SMT焊接常见缺陷原因及对策分析

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在SMT生产过程中，我们都希望基板从贴装工序开始，到焊接工序结束，质量处于零缺陷状态，但实际上这很难达到。由于SMT生产工序较多，不能保证每道工序不出现一点点差错，因此在SMT生产过程中我们会碰到一些焊接缺陷。这些焊接缺陷通常是由多种原因所造成的，对于每种缺陷，我们应分析其产生的根本原因，这样在消除这些缺陷时才能做到有的放矢。
　　桥 接
　　桥接经常出现在引脚较密的IC上或间距较小的片状元件间，这种缺陷在我们的检验标准中属于重大不良，会严重影响产品的电气性能，所以必须要加以根除。
　　产生桥接的主要原因是由于焊膏过量或焊膏印刷后的错位、塌边。
　　焊膏过量
　　焊膏过量是由于不恰当的模板厚度及开孔尺寸造成的。通常情况下，我们选择使用0.15mm厚度的模板。而开孔尺寸由最小引脚或片状元件间距决定。
　　印刷错位
　　在印刷引脚间距或片状元件间距小于0.65mm的印制板时，应采用光学定位，基准点设在印制板对角线处。若不采用光学定位，将会因为定位误差产生印刷错位，从而产生桥接。
　　焊膏塌边
　　造成焊膏塌边的现象有以下三种
　　1.印刷塌边
　　焊膏印刷时发生的塌边。这与焊膏特性，模板、印刷参数设定有很大关系：焊膏的粘度较低，保形性不好，印刷后容易塌边、桥接；模板孔壁若粗糙不平，印出的焊膏也容易发生塌边、桥接；过大的刮刀压力会对焊膏产生比较大的冲击力，焊膏外形被破坏，发生塌边的概率也大大增加。
　　对策：选择粘度较高的焊膏；采用激光切割模板；降低刮刀压力。
　　2.贴装时的塌边
　　当贴片机在贴装SOP、QFP类集成电路时，其贴装压力要设定恰当。压力过大会使焊膏外形变化而发生塌边。
　　对策：调整贴装压力并设定包含元件本身厚度在内的贴装吸嘴的下降位置。
　　3.焊接加热时的塌边
　　在焊接加热时也会发生塌边。当印制板组件在快速升温时，焊膏中的溶剂成分就会挥发出来，如果挥发速度过快，会将焊料颗粒挤出焊区，形成加热时的塌边。
　　对策：设置适当的焊接温度曲线（温度、时间），并要防止传送带的机械振动。
　　焊锡球
　　焊锡球也是回流焊接中经常碰到的一个问题。通常片状元件侧面或细间距引脚之间常常出现焊锡球。
　　焊锡球多由于焊接过程中加热的急速造成焊料的飞散所致。除了与前面提到的印刷错位、塌边有关外，还与焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料颗粒的粗细（粒度）、助焊剂活性等有关。
　　1.焊膏粘度
　　粘度效果较好的焊膏，其粘接力会抵消加热时排放溶剂的冲击力，可以阻止焊膏塌落。
　　2.焊膏氧化程度
　　焊膏接触空气后，焊料颗粒表面可能产生氧化，而实验证明焊锡球的发生率与焊膏氧化物的百分率咸正比。一般焊膏的氧化物应控制在0.03％左右，最大值不要超过0.15％。
　　3.焊料颗粒的粗细
　　焊料颗粒的均匀性不一致，若其中含有大量的20μm以下的粒子，这些粒子的相对面积较大，极易氧化，最易形成焊锡球。另外在溶剂挥发过程中，也极易将这些小粒子从焊盘上冲走，增加焊锡球产生的机会。一般要求25um以下粒子数不得超过焊料颗粒总数的5％。
　　4.焊膏吸湿
　　这种情况可分为两类：焊膏使用前从冰箱拿出后立即开盖致使水汽凝结；再流焊接前干燥不充分残留溶剂，焊膏在焊接加热时引起溶剂、水分的沸腾飞溅，将焊料颗粒溅射到印制板上形成焊锡球。根据这两种不同情况，我们可采取以下两种不同措施：
　　（1）焊膏从冰箱中取出，不应立即开盖，而应在室温下回温，待温度稳定后开盖使用。
　　（2）调整回流焊接温度曲线，使焊膏焊接前得到充分的预热。
　　5.助焊剂活性
　　当助焊剂活性较低时，也易产生焊锡球。免洗焊锡的活性一般比松香型和水溶型焊膏的活性稍低，在使用时应注意其焊锡球的生成情况。
　　6.网板开孔
　　合适的模板开孔形状及尺寸也会减少焊锡球的产生。一般地，模板开孔的尺寸应比相对应焊盘小10％，同时推荐采用一些模板开孔设计。
　　7.印制板清洗
　　印制板印错后需清洗，若清洗不干净，印制板表面和过孔内就会有残余的焊膏，焊接时就会形成焊锡球。因此要加强操作员在生产过程中的责任心，严格按照工艺要求进行生产，加强工艺过程的质量控制。
　　立 碑
　　在表面贴装工艺的回流焊接过程中，贴片元件会产生因翘立而脱焊的缺陷，人们形象地称之为“立碑”现象（也有人称之为“曼哈顿”现象）。
　　“立碑”现象常发生在CHIP元件（如贴片电容和贴片电阻）的回流焊接过程中，元件体积越小越容易发生。特别是1005或更小钓0603贴片元件生产中，很难消除“立碑”现象。
　　“立碑”现象的产生是由于元件两端焊盘上的焊膏在回流熔化时，元件两个焊端的表面张力不平衡，张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转而致。造成张力不平衡的因素也很多，下面将就一些主要因素作简要分析。
　　1.预热期
　　当预热温度设置较低、预热时间设置较短，元件两端焊膏不同时熔化的概率就大大增加，从而导致两端张力不平衡形成“立碑”，因此要正确设置预热期工艺参数。根据我们的经验，预热温度一般150+10℃，时间为60-90秒左右。
　　2.焊盘尺寸
　　设计片状电阻、电容焊盘时，应严格保持其全面的对称性，即焊盘图形的形状与尺寸应完全一致，以保证焊膏熔融时，作用于元件上焊点的合力为零，以利于形成理想的焊点。设计是制造过程的第一步，焊盘设计不当可能是元件竖立的主要原因。具体的焊盘设计标准可参阅IPC-782《表面贴装设计与焊盘布局标准入事实上，超过元件太多的焊盘可能允许元件在焊锡湿润过程中滑动，从而导致把元件拉出焊盘的一端。
　　对于小型片状元件，为元件的一端设计不同的焊盘尺寸，或者将焊盘的一端连接到地线板上，也可能导致元件竖立。不同焊盘尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盘加热和锡膏流动时间。在回流期间，元件简直是飘浮在液体的焊锡上，当焊锡固化时达到其最终位置。焊盘上不同的湿润力可能造成附着力的缺乏和元件的旋转。在一些情况中，延长液化温度以上的时间可以减少元件竖立。
　　3.焊膏厚度
　　当焊膏厚度变小时，立碑现象就会大幅减小。这是由于：（1）焊膏较薄，焊膏熔化时的表面张力随之减小。（2）焊膏变薄，整个焊盘热容量减小，两个焊盘上焊膏同时熔化的概率大大增加。焊膏厚度是由模板厚度决定的，表2是使用o.1mm与0.2mm厚模板的立碑现象比较，采用的是1608元件。一般在使用1608以下元件时，推荐采用0.15mm以下模板。
　　4.贴装偏移
　　一般情况下，贴装时产生的元件偏移，在回流过程中会由于焊膏熔化时的表面张力拉动元件而自动纠正，我们称之为“自适应”，但偏移严重，拉动反而会使元件立起产生“立碑”现象。这是因为：（1）与元件接触较多的焊锡端得到更多热容量，从而先熔化。（2）元件两端与焊膏的粘力不同。所以应调整好元件的贴片精度，避免产生较大的贴片偏差。
　　5.元件重量
　　较轻的元件“立碑”现象的发生率较高，这是因为不均衡的张力可以很容易地拉动元件。所以在选取元件时如有可能，应优先选择尺寸重量较大的元件。
　　关于这些焊接缺陷的解决措施很多，但往往相互制约。如提高预热温度可有效消除立碑，但却有可能因为加热速度变快而产生大量的焊锡球。因此在解决这些问题时应从多个方面进行考虑，选择一个折衷方案。
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