SMT焊接常見(jiàn)缺陷原因及對(duì)策分析

在SMT生產(chǎn)過(guò)程中，我們都希望基板從貼裝工序開(kāi)始，到焊接工序結(jié)束，質(zhì)量處于零缺陷狀態(tài)，但實(shí)際上這很難達(dá)到。由于SMT生產(chǎn)工序較多，不能保證每道工序不出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)差錯(cuò)，因此在SMT生產(chǎn)過(guò)程中我們會(huì)碰到一些焊接缺陷。這些焊接缺陷通常是由多種原因所造成的，對(duì)于每種缺陷，我們應(yīng)分析其產(chǎn)生的根本原因，這樣在消除這些缺陷時(shí)才能做到有的放矢。

橋 接

橋接經(jīng)常出現(xiàn)在引腳較密的IC上或間距較小的片狀元件間，這種缺陷在我們的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中屬于重大不良，會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的電氣性能，所以必須要加以根除。

產(chǎn)生橋接的主要原因是由于焊膏過(guò)量或焊膏印刷后的錯(cuò)位、塌邊。

焊膏過(guò)量

焊膏過(guò)量是由于不恰當(dāng)?shù)哪０搴穸燃伴_(kāi)孔尺寸造成的。通常情況下，我們選擇使用0.15mm厚度的模板。而開(kāi)孔尺寸由最小引腳或片狀元件間距決定。

印刷錯(cuò)位

在印刷引腳間距或片狀元件間距小于0.65mm的印制板時(shí)，應(yīng)采用光學(xué)定位，基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在印制板對(duì)角線處。若不采用光學(xué)定位，將會(huì)因?yàn)槎ㄎ徽`差產(chǎn)生印刷錯(cuò)位，從而產(chǎn)生橋接。

焊膏塌邊

造成焊膏塌邊的現(xiàn)象有以下三種

1.印刷塌邊

焊膏印刷時(shí)發(fā)生的塌邊。這與焊膏特性，模板、印刷參數(shù)設(shè)定有很大關(guān)系：焊膏的粘度較低，保形性不好，印刷后容易塌邊、橋接；模板孔壁若粗糙不平，印出的焊膏也容易發(fā)生塌邊、橋接；過(guò)大的刮刀壓力會(huì)對(duì)焊膏產(chǎn)生比較大的沖擊力，焊膏外形被破壞，發(fā)生塌邊的概率也大大增加。

對(duì)策：選擇粘度較高的焊膏；采用激光切割模板；降低刮刀壓力。

2.貼裝時(shí)的塌邊

當(dāng)貼片機(jī)在貼裝SOP、QFP類集成電路時(shí)，其貼裝壓力要設(shè)定恰當(dāng)。壓力過(guò)大會(huì)使焊膏外形變化而發(fā)生塌邊。

對(duì)策：調(diào)整貼裝壓力并設(shè)定包含元件本身厚度在內(nèi)的貼裝吸嘴的下降位置。

3.焊接加熱時(shí)的塌邊

在焊接加熱時(shí)也會(huì)發(fā)生塌邊。當(dāng)印制板組件在快速升溫時(shí)，焊膏中的溶劑成分就會(huì)揮發(fā)出來(lái)，如果揮發(fā)速度過(guò)快，會(huì)將焊料顆粒擠出焊區(qū)，形成加熱時(shí)的塌邊。

對(duì)策：設(shè)置適當(dāng)?shù)暮附訙囟惹€（溫度、時(shí)間），并要防止傳送帶的機(jī)械振動(dòng)。

焊錫球

焊錫球也是回流焊接中經(jīng)常碰到的一個(gè)問(wèn)題。通常片狀元件側(cè)面或細(xì)間距引腳之間常常出現(xiàn)焊錫球。

焊錫球多由于焊接過(guò)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(cuò)位、塌邊有關(guān)外，還與焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料顆粒的粗細(xì)（粒度）、助焊劑活性等有關(guān)。

1.焊膏粘度

粘度效果較好的焊膏，其粘接力會(huì)抵消加熱時(shí)排放溶劑的沖擊力，可以阻止焊膏塌落。

2.焊膏氧化程度

焊膏接觸空氣后，焊料顆粒表面可能產(chǎn)生氧化，而實(shí)驗(yàn)證明焊錫球的發(fā)生率與焊膏氧化物的百分率咸正比。一般焊膏的氧化物應(yīng)控制在0.03％左右，最大值不要超過(guò)0.15％。

3.焊料顆粒的粗細(xì)

焊料顆粒的均勻性不一致，若其中含有大量的20μm以下的粒子，這些粒子的相對(duì)面積較大，極易氧化，最易形成焊錫球。另外在溶劑揮發(fā)過(guò)程中，也極易將這些小粒子從焊盤(pán)上沖走，增加焊錫球產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。一般要求25um以下粒子數(shù)不得超過(guò)焊料顆粒總數(shù)的5％。

4.焊膏吸濕

這種情況可分為兩類：焊膏使用前從冰箱拿出后立即開(kāi)蓋致使水汽凝結(jié)；再流焊接前干燥不充分殘留溶劑，焊膏在焊接加熱時(shí)引起溶劑、水分的沸騰飛濺，將焊料顆粒濺射到印制板上形成焊錫球。根據(jù)這兩種不同情況，我們可采取以下兩種不同措施：

（1）焊膏從冰箱中取出，不應(yīng)立即開(kāi)蓋，而應(yīng)在室溫下回溫，待溫度穩(wěn)定后開(kāi)蓋使用。

（2）調(diào)整回流焊接溫度曲線，使焊膏焊接前得到充分的預(yù)熱。

5.助焊劑活性

當(dāng)助焊劑活性較低時(shí)，也易產(chǎn)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(shí)應(yīng)注意其焊錫球的生成情況。

6.網(wǎng)板開(kāi)孔

合適的模板開(kāi)孔形狀及尺寸也會(huì)減少焊錫球的產(chǎn)生。一般地，模板開(kāi)孔的尺寸應(yīng)比相對(duì)應(yīng)焊盤(pán)小10％，同時(shí)推薦采用一些模板開(kāi)孔設(shè)計(jì)。

7.印制板清洗

印制板印錯(cuò)后需清洗，若清洗不干凈，印制板表面和過(guò)孔內(nèi)就會(huì)有殘余的焊膏，焊接時(shí)就會(huì)形成焊錫球。因此要加強(qiáng)操作員在生產(chǎn)過(guò)程中的責(zé)任心，嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)，加強(qiáng)工藝過(guò)程的質(zhì)量控制。

立 碑

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

“立碑”現(xiàn)象常發(fā)生在CHIP元件（如貼片電容和貼片電阻）的回流焊接過(guò)程中，元件體積越小越容易發(fā)生。特別是1005或更小釣0603貼片元件生產(chǎn)中，很難消除“立碑”現(xiàn)象。

“立碑”現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于元件兩端焊盤(pán)上的焊膏在回流熔化時(shí)，元件兩個(gè)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(zhuǎn)而致。造成張力不平衡的因素也很多，下面將就一些主要因素作簡(jiǎn)要分析。

1.預(yù)熱期

當(dāng)預(yù)熱溫度設(shè)置較低、預(yù)熱時(shí)間設(shè)置較短，元件兩端焊膏不同時(shí)熔化的概率就大大增加，從而導(dǎo)致兩端張力不平衡形成“立碑”，因此要正確設(shè)置預(yù)熱期工藝參數(shù)。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)熱溫度一般150+10℃，時(shí)間為60-90秒左右。

2.焊盤(pán)尺寸

設(shè)計(jì)片狀電阻、電容焊盤(pán)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格保持其全面的對(duì)稱性，即焊盤(pán)圖形的形狀與尺寸應(yīng)完全一致，以保證焊膏熔融時(shí)，作用于元件上焊點(diǎn)的合力為零，以利于形成理想的焊點(diǎn)。設(shè)計(jì)是制造過(guò)程的第一步，焊盤(pán)設(shè)計(jì)不當(dāng)可能是元件豎立的主要原因。具體的焊盤(pán)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可參閱IPC-782《表面貼裝設(shè)計(jì)與焊盤(pán)布局標(biāo)準(zhǔn)入事實(shí)上，超過(guò)元件太多的焊盤(pán)可能允許元件在焊錫濕潤(rùn)過(guò)程中滑動(dòng)，從而導(dǎo)致把元件拉出焊盤(pán)的一端。

對(duì)于小型片狀元件，為元件的一端設(shè)計(jì)不同的焊盤(pán)尺寸，或者將焊盤(pán)的一端連接到地線板上，也可能導(dǎo)致元件豎立。不同焊盤(pán)尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盤(pán)加熱和錫膏流動(dòng)時(shí)間。在回流期間，元件簡(jiǎn)直是飄浮在液體的焊錫上，當(dāng)焊錫固化時(shí)達(dá)到其最終位置。焊盤(pán)上不同的濕潤(rùn)力可能造成附著力的缺乏和元件的旋轉(zhuǎn)。在一些情況中，延長(zhǎng)液化溫度以上的時(shí)間可以減少元件豎立。

3.焊膏厚度

當(dāng)焊膏厚度變小時(shí)，立碑現(xiàn)象就會(huì)大幅減小。這是由于：（1）焊膏較薄，焊膏熔化時(shí)的表面張力隨之減小。（2）焊膏變薄，整個(gè)焊盤(pán)熱容量減小，兩個(gè)焊盤(pán)上焊膏同時(shí)熔化的概率大大增加。焊膏厚度是由模板厚度決定的，表2是使用o.1mm與0.2mm厚模板的立碑現(xiàn)象比較，采用的是1608元件。一般在使用1608以下元件時(shí)，推薦采用0.15mm以下模板。

4.貼裝偏移

一般情況下，貼裝時(shí)產(chǎn)生的元件偏移，在回流過(guò)程中會(huì)由于焊膏熔化時(shí)的表面張力拉動(dòng)元件而自動(dòng)糾正，我們稱之為“自適應(yīng)”，但偏移嚴(yán)重，拉動(dòng)反而會(huì)使元件立起產(chǎn)生“立碑”現(xiàn)象。這是因?yàn)椋海?）與元件接觸較多的焊錫端得到更多熱容量，從而先熔化。（2）元件兩端與焊膏的粘力不同。所以應(yīng)調(diào)整好元件的貼片精度，避免產(chǎn)生較大的貼片偏差。

5.元件重量

較輕的元件“立碑”現(xiàn)象的發(fā)生率較高，這是因?yàn)椴痪獾膹埩梢院苋菀椎乩瓌?dòng)元件。所以在選取元件時(shí)如有可能，應(yīng)優(yōu)先選擇尺寸重量較大的元件。

關(guān)于這些焊接缺陷的解決措施很多，但往往相互制約。如提高預(yù)熱溫度可有效消除立碑，但卻有可能因?yàn)榧訜崴俣茸兛於a(chǎn)生大量的焊錫球。因此在解決這些問(wèn)題時(shí)應(yīng)從多個(gè)方面進(jìn)行考慮，選擇一個(gè)折衷方案。