焊錫膏的影響因素

再流焊的品質(zhì)受諸多因素的影響,最重要的因素是再流焊爐的溫度曲線及焊錫膏的成分參數(shù).現(xiàn)在常用的高性能再流焊爐,已能比較方便地精確控制、調(diào)整溫度曲線.相比之下,在高密度與小型化的趨勢(shì)中,焊錫膏的印刷就成了再流焊質(zhì)量的關(guān)鍵.

焊錫膏合金粉末的顆粒形狀與窄間距器件的焊接質(zhì)量有關(guān),焊錫膏的粘度與成分也必須選用適當(dāng).另外,焊錫膏一般冷藏儲(chǔ)存,取用時(shí)待恢復(fù)到室溫后,才能開(kāi)蓋,要特別注意避免因溫差使焊錫膏混入水汽,需要時(shí)用攪拌機(jī)攪勻焊錫膏.

焊接設(shè)備的影響

有時(shí),再流焊設(shè)備的傳送帶震動(dòng)過(guò)大也是影響焊接質(zhì)量的因素之一.

再流焊工藝的影響

在排除了焊錫膏印刷工藝與貼片工藝的品質(zhì)異常之后,再流焊工藝本身也會(huì)導(dǎo)致以下品質(zhì)異常:

①、冷焊通常是再流焊溫度偏低或再流區(qū)的時(shí)間不足.

②、錫珠預(yù)熱區(qū)溫度爬升速度過(guò)快(一般要求,溫度上升的斜率小于3度每秒).

③、連錫電路板或元器件受潮,含水分過(guò)多易引起錫爆產(chǎn)生連錫.

④、裂紋一般是降溫區(qū)溫度下降過(guò)快(一般有鉛焊接的溫度下降斜率小于4度每秒).

立碑現(xiàn)象再流焊中,片式元器件常出現(xiàn)立起的現(xiàn)象

產(chǎn)生的原因:立碑現(xiàn)象發(fā)生的根本原因是元件兩邊的潤(rùn)濕力不平衡,因而元件兩端的力矩也不平衡,從而導(dǎo)致立碑現(xiàn)象的發(fā)生.

下列情況均會(huì)導(dǎo)致再流焊時(shí)元件兩邊的濕潤(rùn)力不平衡:

1.1、焊盤(pán)設(shè)計(jì)與布局不合理.如果焊盤(pán)設(shè)計(jì)與布局有以下缺陷,將會(huì)引起元件兩邊的濕潤(rùn)力不平衡.

1.1.1、元件的兩邊焊盤(pán)之一與地線相連接或有一側(cè)焊盤(pán)面積過(guò)大,焊盤(pán)兩端熱容量不均勻;

1.1.2、PCB表面各處的溫差過(guò)大以致元件焊盤(pán)兩邊吸熱不均勻;

1.1.3、大型器件QFP、BGA、散熱器周圍的小型片式元件焊盤(pán)兩端會(huì)出現(xiàn)溫度不均勻.

解決辦法:改變焊盤(pán)設(shè)計(jì)與布局.

1.2、焊錫膏與焊錫膏印刷存在問(wèn)題.焊錫膏的活性不高或元件的可焊性差,焊錫膏熔化后,表面張力不一樣,將引起焊盤(pán)濕潤(rùn)力不平衡.兩焊盤(pán)的焊錫膏印刷量不均勻,多的一邊會(huì)因焊錫膏吸熱量增多,融化時(shí)間滯后,以致濕潤(rùn)力不平衡.

解決辦法:選用活性較高的焊錫膏,改善焊錫膏印刷參數(shù),特別是模板的窗口尺寸.

1.3、貼片移位Z軸方向受力不均勻,會(huì)導(dǎo)致元件浸入到焊錫膏中的深度不均勻,熔化時(shí)會(huì)因時(shí)間差而導(dǎo)致兩邊的濕潤(rùn)力不平衡.如果元件貼片移位會(huì)直接導(dǎo)致立碑.

解決辦法:調(diào)節(jié)貼片機(jī)工藝參數(shù).

1.4、爐溫曲線不正確,如果再流焊爐爐體過(guò)短和溫區(qū)太少就會(huì)造成對(duì)PCB加熱的工作曲線不正確,以致板面上濕差過(guò)大,從而造成濕潤(rùn)力不平衡.

解決辦法:根據(jù)每種不同產(chǎn)品調(diào)節(jié)好適當(dāng)?shù)臏囟惹€.

1.5、氮?dú)庠倭骱钢械难鯘舛?采取氮?dú)獗Ｗo(hù)再流焊會(huì)增加焊料的濕潤(rùn)力,但越來(lái)越多的例證說(shuō)明,在氧氣含量過(guò)低的情況下發(fā)生立碑的現(xiàn)象反而增多;通常認(rèn)為氧含量控制在(100～500)×10的負(fù)6次方左右最為適宜.

錫珠

錫珠是再流焊中常見(jiàn)的缺陷之一,它不僅影響外觀而且會(huì)引起橋接.錫珠可分為兩類,一類出現(xiàn)在片式元器件一側(cè),常為一個(gè)獨(dú)立的大球狀;另一類出現(xiàn)在IC引腳四周,呈分散的小珠狀.產(chǎn)生錫珠的原因很多,現(xiàn)分析如下:

2.1、溫度曲線不正確.再流焊曲線可以分為4個(gè)區(qū)段,分別是預(yù)熱、保溫、再流和冷卻.預(yù)熱、保溫的目的是為了使PCB表面溫度在60～90s內(nèi)升到150℃,并保溫約90s,這不僅可以降低PCB及元件的熱沖擊,更主要是確保焊錫膏的溶劑能部分揮發(fā),避免再流焊時(shí)因溶劑太多引起飛濺,造成焊錫膏沖出焊盤(pán)而形成錫珠.

解決辦法:注意升溫速率,并采取適中的預(yù)熱,使之有一個(gè)很好的平臺(tái)使溶劑大部分揮發(fā).

2.2、焊錫膏的質(zhì)量

2.2.1、焊錫膏中金屬含量通常在(90±0.5)℅,金屬含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致助焊劑成分過(guò)多,因此過(guò)多的助焊劑會(huì)因預(yù)熱階段不易揮發(fā)而引起飛珠.

2.2.2、焊錫膏中水蒸氣和氧含量增加也會(huì)引起飛珠.由于焊錫膏通常冷藏,當(dāng)從冰箱中取出時(shí),如果沒(méi)有確保恢復(fù)時(shí)間,將會(huì)導(dǎo)致水蒸氣進(jìn)入;此外焊錫膏瓶的蓋子每次使用后要蓋緊,若沒(méi)有及時(shí)蓋嚴(yán),也會(huì)導(dǎo)致水蒸氣的進(jìn)入.

放在模板上印制的焊錫膏在完工后.剩余的部分應(yīng)另行處理,若再放回原來(lái)瓶中,會(huì)引起瓶中焊錫膏變質(zhì),也會(huì)產(chǎn)生錫珠.

解決辦法:選擇優(yōu)質(zhì)的焊錫膏,注意焊錫膏的保管與使用要求.

2.3、印刷與貼片

2.3.1、在焊錫膏的印刷工藝中,由于模板與焊盤(pán)對(duì)中會(huì)發(fā)生偏移,若偏移過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致焊錫膏浸流到焊盤(pán)外,加熱后容易出現(xiàn)錫珠.此外印刷工作環(huán)境不好也會(huì)導(dǎo)致錫珠的生成,理想的印刷環(huán)境溫度為25±3℃,相對(duì)濕度為50℅～65℅.

解決辦法:仔細(xì)調(diào)整模板的裝夾,防止松動(dòng)現(xiàn)象.改善印刷工作環(huán)境.

2.3.2、貼片過(guò)程中Z軸的壓力也是引起錫珠的一項(xiàng)重要原因,卻往往不引起人們的注意.部分貼片機(jī)Z軸頭是依據(jù)元件的厚度來(lái)定位的,如Z軸高度調(diào)節(jié)不當(dāng),會(huì)引起元件貼到PCB上的一瞬間將焊錫膏擠壓到焊盤(pán)外的現(xiàn)象,這部分焊錫膏會(huì)在焊接時(shí)形成錫珠.這種情況下產(chǎn)生的錫珠尺寸稍大.

解決辦法:重新調(diào)節(jié)貼片機(jī)的Z軸高度.

2.3.3、模板的厚度與開(kāi)口尺寸.模板厚度與開(kāi)口尺寸過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致焊錫膏用量增大,也會(huì)引起焊錫膏漫流到焊盤(pán)外,特別是用化學(xué)腐蝕方法制造的摸板.

解決辦法:選用適當(dāng)厚度的模板和開(kāi)口尺寸的設(shè)計(jì),一般模板開(kāi)口面積為焊盤(pán)尺寸的90℅.

芯吸現(xiàn)象

芯吸現(xiàn)象又稱抽芯現(xiàn)象,是常見(jiàn)焊接缺陷之一,多見(jiàn)于氣相再流焊.芯吸現(xiàn)象使焊料脫離焊盤(pán)而沿引腳上行到引腳與芯片本體之間,通常會(huì)形成嚴(yán)重的虛焊現(xiàn)象.產(chǎn)生的原因只要是由于元件引腳的導(dǎo)熱率大,故升溫迅速,以致焊料優(yōu)先濕潤(rùn)引腳,焊料與引腳之間的濕潤(rùn)力遠(yuǎn)大于焊料與焊盤(pán)之間的濕潤(rùn)力,此外引腳的上翹更會(huì)加劇芯吸現(xiàn)象的發(fā)生.

解決辦法:

3.1、對(duì)于氣相再流焊應(yīng)將SMA首先充分預(yù)熱后再放入氣相爐中;

3.2、應(yīng)認(rèn)真檢查PCB焊盤(pán)的可焊性,可焊性不好的PCB不能用于生產(chǎn);

3.3、充分重視元件的共面性,對(duì)共面性不好的器件也不能用于生產(chǎn).

在紅外再流焊中,PCB基材與焊料中的有機(jī)助焊劑是紅外線良好的吸收介質(zhì),而引腳卻能部分反射紅外線,故相比而言焊料優(yōu)先熔化,焊料與焊盤(pán)的濕潤(rùn)力就會(huì)大于焊料與引腳之間的濕潤(rùn)力,故焊料不會(huì)沿引腳上升,從而發(fā)生芯吸現(xiàn)象的概率就小得多.

橋連

橋連是smt生產(chǎn)中常見(jiàn)的缺陷之一,它會(huì)引起元件之間的短路,遇到橋連必須返修.引起橋連的原因很多主要有:

4.1、焊錫膏的質(zhì)量問(wèn)題.

4.1.1、焊錫膏中金屬含量偏高,特別是印刷時(shí)間過(guò)久,易出現(xiàn)金屬含量增高,導(dǎo)致IC引腳橋連;

4.1.2、焊錫膏粘度低,預(yù)熱后漫流到焊盤(pán)外;

4.1.3、焊錫膏塔落度差,預(yù)熱后漫流到焊盤(pán)外;

解決辦法:調(diào)整焊錫膏配比或改用質(zhì)量好的焊錫膏.

4.2、印刷系統(tǒng)

4.2.1、印刷機(jī)重復(fù)精度差,對(duì)位不齊(鋼板對(duì)位不好、PCB對(duì)位不好),.致使焊錫膏印刷到焊盤(pán)外,尤其是細(xì)間距QFP焊盤(pán);

4.2.2、模板窗口尺寸與厚度設(shè)計(jì)不對(duì)以及PCB焊盤(pán)設(shè)計(jì)Sn-pb合金鍍層不均勻,導(dǎo)致焊錫膏偏多.

解決方法:調(diào)整印刷機(jī),改善PCB焊盤(pán)涂覆層;

4.3、貼放壓力過(guò)大,焊錫膏受壓后滿流是生產(chǎn)中多見(jiàn)的原因.另外貼片精度不夠會(huì)使元件出現(xiàn)移位、IC引腳變形等.

4.4、再流焊爐升溫速度過(guò)快,焊錫膏中溶劑來(lái)不及揮發(fā).

解決辦法:調(diào)整貼片機(jī)Z軸高度及再流焊爐升溫速度.

波峰焊質(zhì)量缺陷及解決辦法

5.1、拉尖是指在焊點(diǎn)端部出現(xiàn)多余的針狀焊錫,這是波峰焊工藝中特有的缺陷.

產(chǎn)生原因:PCB傳送速度不當(dāng),預(yù)熱溫度低,錫鍋溫度低,PCB傳送傾角小,波峰不良,焊劑失效,元件引線可焊性差.

解決辦法:調(diào)整傳送速度到合適為止,調(diào)整預(yù)熱溫度和錫鍋溫度,調(diào)整PCB傳送角度,優(yōu)選噴嘴,調(diào)整波峰形狀,調(diào)換新的焊劑并解決引線可焊性問(wèn)題.

5.2、虛焊產(chǎn)生原因:元器件引線可焊性差,預(yù)熱溫度低,焊料問(wèn)題,助焊劑活性低,焊盤(pán)孔太大,引制板氧化,板面有污染,傳送速度過(guò)快,錫鍋溫度低.

解決辦法:解決引線可焊性,調(diào)整預(yù)熱溫度,化驗(yàn)焊錫的錫和雜質(zhì)含量,調(diào)整焊劑密度,設(shè)計(jì)時(shí)減少焊盤(pán)孔,清除PCB氧化物,清洗板面,調(diào)整傳送速度,調(diào)整錫鍋溫度.

5.3、錫薄產(chǎn)生的原因:元器件引線可焊性差,焊盤(pán)太大(需要大焊盤(pán)除外),焊盤(pán)孔太大,焊接角度太大,傳送速度過(guò)快,錫鍋溫度高,焊劑涂敷不均,焊料含錫量不足.

解決辦法:解決引線可焊性,設(shè)計(jì)時(shí)減少焊盤(pán)及焊盤(pán)孔,減少焊接角度,調(diào)整傳送速度,調(diào)整錫鍋溫度,檢查預(yù)涂焊劑裝置,化驗(yàn)焊料含量.

5.4、漏焊產(chǎn)生原因:引線可焊性差,焊料波峰不穩(wěn),助焊劑失效或噴涂不均,PCB局部可焊性差,傳送鏈抖動(dòng),預(yù)涂焊劑和助焊劑不相溶,工藝流程不合理.

解決辦法:解決引線可焊性,檢查波峰裝置,更換焊劑,檢查預(yù)涂焊劑裝置,解決PCB可焊性(清洗或退貨),檢查調(diào)整傳動(dòng)裝置,統(tǒng)一使用焊劑,調(diào)整工藝流程.

5.5、焊接后印制板阻焊膜起泡

SMA在焊接后會(huì)在個(gè)別焊點(diǎn)周圍出現(xiàn)淺綠色的小泡,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)指甲蓋大小的泡狀物,不僅影響外觀質(zhì)量,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響性能,這種缺陷也是再流焊工藝中時(shí)常出現(xiàn)的問(wèn)題,但以波峰焊時(shí)為多.

產(chǎn)生原因:阻焊膜起泡的根本原因在于阻焊模與PCB基材之間存在氣體或水蒸氣,這些微量的氣體或水蒸氣會(huì)在不同工藝過(guò)程中夾帶到其中,當(dāng)遇到焊接高溫時(shí),氣體膨脹而導(dǎo)致阻焊膜與PCB基材的分層,焊接時(shí),焊盤(pán)溫度相對(duì)較高,故氣泡首先出現(xiàn)在焊盤(pán)周圍.

下列原因之一均會(huì)導(dǎo)致PCB夾帶水氣:

5.5.1、PCB在加工過(guò)程中經(jīng)常需要清洗、干燥后再做下道工序,如腐刻后應(yīng)干燥后再貼阻焊膜,若此時(shí)干燥溫度不夠,就會(huì)夾帶水汽進(jìn)入下道工序,在焊接時(shí)遇高溫而出現(xiàn)氣泡.

5.5.2、PCB加工前存放環(huán)境不好,濕度過(guò)高,焊接時(shí)又沒(méi)有及時(shí)干燥處理.

5.5.3、在波峰焊工藝中,現(xiàn)在經(jīng)常使用含水的助焊劑,若PCB預(yù)熱溫度不夠,助焊劑中的水汽會(huì)沿通孔的孔壁進(jìn)入到PCB基材的內(nèi)部,其焊盤(pán)周圍首先進(jìn)入水汽,遇到焊接高溫后就會(huì)產(chǎn)生氣泡.

解決辦法:

5.5.4、嚴(yán)格控制各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),購(gòu)進(jìn)的PCB應(yīng)檢驗(yàn)后入庫(kù),通常PCB在260℃溫度下10s內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)起泡現(xiàn)象.

5.5.5、PCB應(yīng)存放在通風(fēng)干燥環(huán)境中,存放期不超過(guò)6個(gè)月;

5.5.6、PCB在焊接前應(yīng)放在烘箱中在(120±5)℃溫度下預(yù)烘4小時(shí).

5.5.7、波峰焊中預(yù)熱溫度應(yīng)嚴(yán)格控制,進(jìn)入波峰焊前應(yīng)達(dá)到100～140℃,如果使用含水的助焊劑,其預(yù)熱溫度應(yīng)達(dá)到110～145℃,確保水汽能揮發(fā)完.

SMA焊接后PCB基板上起泡

SMA焊接后出現(xiàn)指甲大小的泡狀物,主要原因也是PCB基材內(nèi)部夾帶了水汽,特別是多層板的加工.因?yàn)槎鄬影逵啥鄬迎h(huán)氧樹(shù)脂半固化片預(yù)成型再熱壓后而成,若環(huán)氧樹(shù)脂半固化片存放期過(guò)短,樹(shù)脂含量不夠,預(yù)烘干去除水汽去除不干凈,則熱壓成型后很容易夾帶水汽.也會(huì)因半固片本身含膠量不夠,層與層之間的結(jié)合力不夠而留下氣泡.此外,PCB購(gòu)進(jìn)后,因存放期過(guò)長(zhǎng),存放環(huán)境潮濕,貼片生產(chǎn)前沒(méi)有及時(shí)預(yù)烘,受潮的PCB貼片后也易出現(xiàn)起泡現(xiàn)象.

解決辦法:PCB購(gòu)進(jìn)后應(yīng)驗(yàn)收后方能入庫(kù);PCB貼片前應(yīng)在(120±5)℃溫度下預(yù)烘4小時(shí).

IC引腳焊接后開(kāi)路或虛焊

產(chǎn)生原因:

7.1、共面性差,特別是FQFP器件,由于保管不當(dāng)而造成引腳變形,如果貼片機(jī)沒(méi)有檢查共面性的功能,有時(shí)不易被發(fā)現(xiàn).

7.2、引腳可焊性不好,IC存放時(shí)間長(zhǎng),引腳發(fā)黃,可焊性不好是引起虛焊的主要原因.

7.3、焊錫膏質(zhì)量差,金屬含量低,可焊性差,通常用于FQFP器件焊接的焊錫膏,金屬含量應(yīng)不低于90%.

7.4、預(yù)熱溫度過(guò)高,易引起IC引腳氧化,使可焊性變差.

7.5、印刷模板窗口尺寸小,以致焊錫膏量不夠.

解決辦法:

7.6、注意器件的保管,不要隨便拿取元件或打開(kāi)包裝.

7.7、生產(chǎn)中應(yīng)檢查元器件的可焊性,特別注意IC存放期不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)(自制造日期起一年內(nèi)),保管時(shí)應(yīng)不受高溫、高濕.]

7.8、仔細(xì)檢查模板窗口尺寸,不應(yīng)太大也不應(yīng)太小,并且注意與PCB焊盤(pán)尺寸相配套.