SMT無鉛制程工藝要求及問題解決方案

一、錫膏絲印工藝要求

1、解凍、攪拌

首先從冷藏庫中取出錫膏解凍至少4小時(shí)，然后進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為機(jī)械2分鐘，人手3分鐘，攪拌是為了使存放于庫中的錫膏產(chǎn)生物理分離或因使用回收造成金屬含量偏高使之還原，目前無鉛錫膏Sn/Ag3.0/Cu0.5代替合金，比重為7.3,Sn63/Pb37合金比重為8.5因此無鉛錫膏攪拌分離時(shí)間可以比含鉛錫膏短。

2、模板

不銹鋼激光開口,厚度80-150目(0.1-0.25mm)、銅及電鑄Ni模析均可使用。

3、刮刀

硬質(zhì)橡膠(聚胺甲酸酯刮刀)及不銹鋼金屬刮刀。

4、刮刀速度角度

每秒2cm-12cm。（視PCB元器件大小和密度確定）；角度:35-65℃。

5、刮刀壓力（圖一）

1.0-2Kg/cm2 。

6、回流方式

適用于壓縮空氣、紅外線以及氣相回流等各種回流設(shè)備。

7、工藝要求

錫膏絲印工藝包括4個(gè)主要工序，分別為對位、充填、整平和釋放。要把整個(gè)工作做好，在基板上有一定的要求。基板需夠平，焊盤間尺寸準(zhǔn)確和穩(wěn)定，焊盤的設(shè)計(jì)應(yīng)該配合絲印鋼網(wǎng)，并有良好的基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)計(jì)來協(xié)助自動定位對中，此外基板上的標(biāo)簽油印不能影響絲印部分，基板的設(shè)計(jì)必需方便絲印機(jī)的自動上下板，外型和厚度不能影響絲印時(shí)所需要的平整度等。

8、回流焊接工藝

回流焊接工藝是目前最常用的焊接技術(shù)，回流焊接工藝的關(guān)鍵在于調(diào)較設(shè)置溫度曲線。溫度曲線必需配合所采用的不同廠家的錫膏產(chǎn)品要求。

二、回流焊溫度曲線

本文推薦的無鉛回流焊優(yōu)化工藝曲線說明(如圖二):推薦的工藝曲線上的四個(gè)重要點(diǎn):

1、預(yù)熱區(qū)升溫速度盡量慢一些(選擇數(shù)值2-3℃/s)，以便控制由錫膏的塌邊而造成的焊點(diǎn)橋接、焊球等。

2、活性區(qū)要求必須在(45-90sec、120-160℃)范圍內(nèi)，以便控制PCB基板的溫差及焊劑性能變化等因數(shù)而發(fā)生回流焊時(shí)的不良。

3、焊接的最高溫度在230℃以上保持20-30sec，以保證焊接的濕潤性。

4、冷卻速度選擇在-4℃/s。

回流溫度曲線如下：（圖二）

圖二中紅色曲線推薦對焊點(diǎn)亮度要求的客戶

回流曲線濕度變化說明：

1、焊錫膏的焊劑在濕度升至100℃時(shí)開始熔化（開始進(jìn)入活性時(shí)期），焊錫膏在活化區(qū)的主要作用是將被焊物表面的氧化層去掉，如果活性區(qū)的時(shí)間過長，焊劑會蒸發(fā)揮過快，也會造成焊點(diǎn)表面不光滑，有顆粒狀。錫膏在熔點(diǎn)濕度以上（進(jìn)入回流區(qū)）完全熔融的時(shí)間大約30-45秒，視該P(yáng)CB厚度、元器件大小、密度來決定是否延長時(shí)間。

2、活性區(qū)的溫度也可幫助PCB的元器件緩和吸收，使之大小元器件的溫差變小，減少功能壞機(jī)產(chǎn)生。

3、進(jìn)入回流爐的大小元器件的溫差大約為11.4℃，所以，我們要減少它們差也是從活性區(qū)開始控制，最大限度可將溫差減少到5-8℃。

4、無鉛焊錫膏因考慮到其由多元合金組成，金屬的冷卻收縮時(shí)間不同，為了使焊點(diǎn)能夠光亮，除了有其它方法外，快速降溫是最有效的方法。

三、在回流焊中出現(xiàn)的缺陷及其解決方案

1、焊接缺陷分為主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷：

a.主要缺陷導(dǎo)致產(chǎn)品的SMA功能失效。

b.次要缺陷是指焊點(diǎn)之間潤濕尚好，SMA功能正常，但會影響產(chǎn)品的壽命。

c.表面缺陷是不影響產(chǎn)品的壽命和功能(通常以生產(chǎn)工藝、外觀、來簽別)。

2、問題形成及處理方案:

A.錫珠

原因:

在元器件貼裝過和中，焊膏被置放于片式元件的引腳與焊盤之間，如果焊盤和元件引腳潤濕不良(可焊性差)，液態(tài)焊料會收縮而使焊縫不充分，所有焊料顆粒不能聚合成一個(gè)焊點(diǎn)。部分液態(tài)焊料會從焊縫流出，形成錫珠。

a.在印刷工藝中由于模板與焊盤對中偏移導(dǎo)致焊膏流到焊盤外。

b.貼片過程中Z軸的壓力過太瞬間將錫膏擠壓到焊盤外。

c.加熱速度過快，時(shí)間過短焊膏內(nèi)部水分和溶劑未能完全揮發(fā)出來，到達(dá)回流焊接區(qū)時(shí)引起溶劑、水分沸騰，濺出錫珠。

d.模板開口尺寸及輪廓不清晰。

解決方法:

a.跟進(jìn)焊盤、元件引腳和錫膏是否氧化。

b.調(diào)整模板開口與焊盤精確對位。

c.精確調(diào)整Z軸壓力。

d.調(diào)整預(yù)熱區(qū)活化區(qū)溫度上升速度。

e.檢查模板開口及輪廓是否清晰，必要時(shí)需更換模板。

B.立碑(曼哈頓現(xiàn)象)，元件一端焊接在焊盤另一端則翹立。

原因：

a.元件兩端受熱不均勻或焊盤兩端寬長和間隙過大，焊膏熔化有先后所致。

b.安放元件位置移位。

c.焊膏中的焊劑使元件浮起。

d.元件可焊性差。

e.印刷焊錫膏厚度不夠。

解決方法：

a.元件均勻和合理設(shè)計(jì)焊盤兩端尺寸對稱。

b.調(diào)整印刷參數(shù)和安放位置。

c.采用焊劑量適中的焊劑(無鉛錫膏焊劑在10.5±0.5%)。

d.無材料采用無鉛的錫膏或含銀和鉍的錫膏。

e.增加印刷厚度。

C.橋接(不相連的焊點(diǎn)接連在一起)，在SMT生產(chǎn)中最常見的缺陷之一，它會引起元件之間的短路。

原因：

a.焊錫膏質(zhì)量問題，錫膏中金屬含量偏高和印刷時(shí)間過長。

b.錫膏太多、粘度低、塌落度差，預(yù)熱后漫流到焊盤外，導(dǎo)至較密間隙之焊點(diǎn)橋接。

c.印刷對位不準(zhǔn)或印刷壓力過大，容易造成細(xì)間距QFP橋接。

d.貼放元器件壓力過大錫膏受壓后溢出。

e.鏈速和升溫速度過快錫膏中溶劑來不及揮發(fā)。

解決方法:

a.更換或增加新錫膏(在印刷過程中可定時(shí)補(bǔ)充新錫膏以保持其金屬含量及粘度)

b.降低刮刀壓力，采用粘度在190±30Pa·S的錫膏。

c.調(diào)整模板精確對位。

d.調(diào)整Z軸壓力。

e.調(diào)整回流溫度曲線，根據(jù)實(shí)際情況對鏈速和爐溫度進(jìn)行調(diào)整。

D.焊點(diǎn)錫少、焊錫量不足

原因:

a.錫膏不夠、機(jī)器停止后再印刷、模板開口堵塞、錫膏品質(zhì)變壞。

b.焊盤和元器件可焊性差。

c.回流時(shí)間少。

解決方法:

a.增加模板厚度，增加印刷壓力，停機(jī)后再開機(jī)應(yīng)檢查模板是否堵塞。鉛焊錫使用的模板開口在設(shè)計(jì)允許的情況下要比焊盤大≥100%。

b.選用可焊性較好之焊盤和元器件。

c.增加回流時(shí)間。

E.假焊

原因:

a.元器件和焊盤可焊性差。

b.再流焊溫度和升溫速度不當(dāng)。

c.印刷參數(shù)不正確。

d.印刷后滯流時(shí)間過長，錫膏活性變差。

解決方法:

a.加強(qiáng)對PCB和元器件的篩選，保證焊接性能良好。

b.調(diào)整回流焊溫度曲線。

c.改變刮刀壓力和速度，保證良好的印刷效果。

d.錫膏印刷后盡快貼片過回流焊。

F.冷焊（焊點(diǎn)表面偏暗、粗糙,與被焊物沒有進(jìn)行融熔。）

原因：

a.加熱溫度不適合。

b.焊錫變質(zhì)。

c.預(yù)熱時(shí)間過長或溫度過高。

解決方法：

a.調(diào)整回流溫度曲線，依照供應(yīng)商提供的曲線參考，再根據(jù)所生產(chǎn)之產(chǎn)品的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

b.換新錫膏。

c.檢查設(shè)備是否正常，改正預(yù)熱條件。

G.芯吸現(xiàn)象（圖三）

圖三

這個(gè)問題以前資料少有介紹，因?yàn)镾n/Pb錫膏出現(xiàn)這問題不是很多，而在使用無鉛焊錫膏時(shí)此問題就經(jīng)常出現(xiàn)，原因是無鉛錫膏的潤濕和擴(kuò)展率都不及含鉛錫膏。

芯吸現(xiàn)象產(chǎn)生的原因通常認(rèn)為是元件引腳的導(dǎo)熱率大，升溫迅速以致焊料優(yōu)先潤濕引腳，焊料與引腳之間的潤濕力遠(yuǎn)大于焊料與焊盤之間的潤濕力，引腳的上翹更會加劇芯吸現(xiàn)象的發(fā)生。在紅外線回流焊中,PCB基材與焊料中的有機(jī)助焊劑是紅外線的優(yōu)良吸收介質(zhì)，而引腳卻能部份反射紅外線，相比而言，焊料優(yōu)先熔化,它與焊盤的潤濕力大于焊料與它與引腳之間的潤濕力，故焊料不會沿引腳上爬，相反焊料沿引腳上爬。

解決方法：

在回流焊時(shí)應(yīng)首先將SMA充分預(yù)熱后再放入回流爐中，認(rèn)真檢查和保證PCB板焊盤的可焊性；被焊元件的共面性不可忽視，對共性面不良的器件不應(yīng)用于生產(chǎn)。

H.IC引腳開路/虛焊

IC引腳焊接后出現(xiàn)部分引腳虛焊，是常見的焊接缺陷。

原因：

a.元件共面性差，特別是QFP器件，由于保管不當(dāng)，造成引腳變形，有時(shí)不易發(fā)現(xiàn)(部分貼片機(jī)沒有共面性檢查功能)。

b.是引腳可焊性不好，引腳發(fā)黃，存放時(shí)間長。

c.是錫膏活性不夠，金屬含量低，通常用于QFP器件的焊接用錫膏金屬含量不低于90%。四是預(yù)熱溫度過高，引起件腳氧化，可焊性變差。五是模板開口尺寸小，錫量不夠，針對以上的問題做出相應(yīng)的解決辦法。

I.焊料結(jié)珠

焊料結(jié)珠是在使用焊膏和SMT工藝時(shí)焊料成球的一個(gè)特殊現(xiàn)象，簡單地說，焊料結(jié)珠是指那些非常大的焊球，其上粘著有(或沒有)細(xì)小的焊料球，它們形成在具有極低的托腳的元件，如芯片電容器的周圍。焊料結(jié)珠是由焊劑排氣而引起，在預(yù)熱階段這種排作用超過了焊劑的內(nèi)聚力，排氣促進(jìn)了焊膏在低間隙元件下形成立的團(tuán)粒，在軟熔時(shí)熔化了折焊膏再次從元件下冒出來，并聚結(jié)起來。

原因：

a.印刷電路的厚度太高；焊點(diǎn)和元件重疊太多。

b.在元件下涂了過多的錫膏；安放元件壓力太大。

c.預(yù)熱時(shí)時(shí)溫度上升速度太快；預(yù)熱溫度太高。

d.元件和錫膏受潮；焊劑的活性太高；焊粉太細(xì)或氧化物太多。

e.焊膏坍落太多。

解決方法：

是改變模版的孔隙形狀，以使在低托腳元件和焊點(diǎn)之間夾有較少的焊膏。