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PCB資訊

PCB資訊 - SMT制程缺陷分析及解决

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SMT制程缺陷分析及解决
2019-10-28
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Author:dag      分享文章

橋接

橋接經常出現在引脚較密的IC上或間距較小的片狀元件間,這種缺陷在我們的檢驗標準中屬於重大不良,會嚴重影響產品的電力效能,所以必須要加以根除。

產生橋接的主要原因是由於焊膏過量或焊膏印刷後的錯位、塌邊。


焊膏過量

焊膏過量是由於不恰當的範本厚度及開孔尺寸造成的。 通常情况下,我們選擇使用0.15mm厚度的範本。 而開孔尺寸由最小引脚或片狀元件間距决定。


印刷錯位

在印刷引脚間距或片狀元件間距小於0.65mm的電路板時,應採用光學定位,基準點設在電路板對角線處。 若不採用光學定位,將會因為定位誤差產生印刷錯位,從而產生橋接。


焊膏塌邊

造成焊膏塌邊的現象有以下三種

1、印刷塌邊

焊膏印刷時發生的塌邊。 這與焊膏特性,範本、印刷參數設定有很大關係:焊膏的粘度較低,保形性不好,印刷後容易塌邊、橋接; 範本孔壁若粗糙不平,印出的焊膏也容易發生塌邊、橋接; 過大的刮刀壓力會對焊膏產生比較大的衝擊力,焊膏外形被破壞,發生塌邊的概率也大大新增。

對策:選擇粘度較高的焊膏; 採用鐳射切割範本; 降低刮刀壓力。

2、貼裝時的塌邊

當貼片機在貼裝SOP、QFP類集成電路時,其貼裝壓力要設定恰當。 壓力過大會使焊膏外形變化而發生塌邊。

對策:調整貼裝壓力並設定包含元件本身厚度在內的貼裝吸嘴的下降位置。

PCBA產品

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3、焊接加熱時的塌邊

在焊接加熱時也會發生塌邊。 當電路板組件在快速升溫時,焊膏中的溶劑成分就會揮發出來,如果揮發速度過快,會將焊料顆粒擠出焊區,形成加熱時的塌邊。

對策:設定適當的焊接溫度曲線(溫度、時間),並要防止傳送帶的機械振動。


焊錫球

焊錫球也是回流焊接中經常碰到的一個問題。 通常片狀元件側面或細間距引脚之間常常出現焊錫球。

焊錫球多由於焊接過程中加熱的急速造成焊料的飛散所致。 除了與前面提到的印刷錯位、塌邊有關外,還與焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料顆粒的粗細(細微性)、助焊劑活性等有關。

1、焊膏粘度

粘度效果較好的焊膏,其粘接力會抵消加熱時排放溶劑的衝擊力,可以封锁焊膏塌落。

2、焊膏氧化程度

焊膏接觸空氣後,焊料顆粒表面可能產生氧化,而實驗證明焊錫球的發生率與焊膏氧化物的百分率鹹正比。 一般焊膏的氧化物應控制在0.03%左右,最大值不要超過0.15%。

3、焊料顆粒的粗細

焊料顆粒的均勻性不一致,若其中含有大量的20 μ m以下的粒子,這些粒子的相對面積較大,極易氧化,最易形成焊錫球。 另外在溶劑揮發過程中,也極易將這些小粒子從焊盤上沖走,新增焊錫球產生的機會。 一般要求25um以下粒子數不得超過焊料顆粒總數的5%。

4、焊膏吸濕

這種情況可分為兩類:焊膏使用前從冰柜拿出後立即開蓋致使水汽凝結; 再流焊接前乾燥不充分殘留溶劑,焊膏在焊接加熱時引起溶劑、水分的沸騰飛濺,將焊料顆粒濺射到電路板上形成焊錫球。 根據這兩種不同情况,我們可採取以下兩種不同措施:

A. 焊膏從冰柜中取出,不應立即開蓋,而應在室溫下回溫,待溫度穩定後開蓋使用。

B. 調整回流焊接溫度曲線,使焊膏焊接前得到充分的預熱。

5、助焊劑活性

當助焊劑活性較低時,也易產生焊錫球。 免洗焊錫的活性一般比松香型和水溶型焊膏的活性稍低,在使用時應注意其焊錫球的生成情况。

6、網板開孔

合適的範本開孔形狀及尺寸也會减少焊錫球的產生。 一般地,範本開孔的尺寸應比相對應焊盤小10%,同時推薦採用一些範本開孔設計。

7、電路板清洗

電路板印錯後需清洗,若清洗不乾淨,電路板表面和過孔內就會有殘餘的焊膏,焊接時就會形成焊錫球。 囙此要加强操作員在生產過程中的責任心,嚴格按照工藝要求進行生產,加强工藝過程的品質控制。

PCBA產品

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立碑

在表面貼裝工藝的回流焊接過程中,貼片元件會產生因翹立而脫焊的缺陷,人們形象地稱之為“立碑”現象(也有人稱之為“曼哈頓”現象)。

“立碑”現象常發生在CHIP元件(如貼片電容和貼片電阻)的回流焊接過程中,元件體積越小越容易發生。 特別是1005或更小釣0603貼片元件生產中,很難消除“立碑”現象。

“立碑”現象的產生是由於元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時,元件兩個焊端的表面張力不平衡,張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉而致。 造成張力不平衡的因素也很多,下麵將就一些主要因素作簡要分析。

1、預熱期

當預熱溫度設定較低、預熱時間設定較短,元件兩端焊膏不同時熔化的概率就大大新增,從而導致兩端張力不平衡形成“立碑”,囙此要正確設定預熱期工藝參數。 根據我們的經驗,預熱溫度一般150+10℃,時間為60-90秒左右。

2、焊盤尺寸

設計片狀電阻、電容焊盤時,應嚴格保持其全面的對稱性,即焊盤圖形的形狀與尺寸應完全一致,以保證焊膏熔融時,作用於元件上焊點的合力為零,以利於形成理想的焊點。 設計是製造過程的第一步,焊盤設計不當可能是元件豎立的主要原因。 具體的焊盤設計標準可參閱IPC-782《表面貼裝設計與焊盤佈局標準入事實上,超過元件太多的焊盤可能允許元件在焊錫濕潤過程中滑動,從而導致把元件拉出焊盤的一端。

對於小型片狀元件,為元件的一端設計不同的焊盤尺寸,或者將焊盤的一端連接到地線板上,也可能導致元件豎立。 不同焊盤尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盤加熱和錫膏流動時間。 在回流期間,元件簡直是飄浮在液體的焊錫上,當焊錫固化時達到其最終位置。 焊盤上不同的濕潤力可能造成附著力的缺乏和元件的旋轉。 在一些情况中,延長液化溫度以上的時間可以减少元件豎立。

3、焊膏厚度

當焊膏厚度變小時,立碑現象就會大幅减小。 

這是由於:

A. 焊膏較薄,焊膏熔化時的表面張力隨之减小。 (

B. 焊膏變薄,整個焊盤熱容量减小,兩個焊盤上焊膏同時熔化的概率大大新增。 焊膏厚度是由範本厚度决定的,錶2是使用o.1mm與0.2mm厚範本的立碑現象比較,採用的是1608元件。 一般在使用1608以下元件時,推薦採用0.15mm以下範本。

4、貼裝偏移

一般情况下,貼裝時產生的元件偏移,在回流過程中會由於焊膏熔化時的表面張力拉動元件而自動糾正,我們稱之為“自我調整”,但偏移嚴重,拉動反而會使元件立起產生“立碑”現象。

這是因為:

A. 與元件接觸較多的焊錫端得到更多熱容量,從而先熔化。 

B. 元件兩端與焊膏的粘力不同。 所以應調整好元件的貼片精度,避免產生較大的貼片偏差。

5、元件重量

較輕的元件“立碑”現象的發生率較高,這是因為不均衡的張力可以很容易地拉動元件。 所以在選取元件時如有可能,應優先選擇尺寸重量較大的元件。

關於這些焊接缺陷的解决措施很多,但往往相互制約。 如提高預熱溫度可有效消除立碑,但卻有可能因為加熱速度變快而產生大量的焊錫球。 囙此在解决這些問題時應從多個方面進行考慮,選擇一個折衷方案。