回流焊工艺

回流焊工艺 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 回流焊工艺 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 第8章 再流焊通用工艺 8.1. 再流焊的工艺要求 再流焊是SMT的关键工序，必须在受控的条件下进行。再流焊的工艺要求如下。 (1) 根据所选用焊膏的温度曲线与表面组装板的具体情况，结合焊接理论，设置“理想的再流焊温度曲线”， 并定期(每个产品或每班)测“实时温度曲线”，确保焊接质量与工艺稳定性。 (2) 要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。 (3) 焊接过程中，严防传送带振动。当生产线没有配备卸板装置时，要注意在贴装机出口处接板，防止后出来 的板掉落在先出来的板上，碰伤SMD引脚。 (4) 必须对首件焊接质量检查。批生产过程中用AOI实时监控或定时检查焊接质量。 8.2. 再流焊的工艺流程 再流焊工艺流程如图8-1所示。 图8-1 再流焊的工艺流程 59 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 8.3. 首件表面组装板焊接与检测 首件是指符合焊接质量要求的第一块表面组装板。 ? 首件表面组装板焊接 将经过贴装、检验合格的表面组装板平放在网状传送带或链条导轨上，表面组装板随传送带按其设定的速度缓慢地进入炉内，经过升温区、保温区、回流区和冷却区，完成再流焊。在出口处及时接出表面组装板。操作过程中应佩戴防静电腕带。 ? 检验首件表面组装板的焊接质量 (1) 检验 首块表面组装板的焊接质量一般采用目视检验，根据组装密度选择2~5倍放大镜或3~20倍显微镜进行检验。 (2) 检验内容 z z z z z z 检验焊接是否充分，有无焊膏熔化不充分的痕迹。 检验焊点表面是否光滑、有无孔洞缺陷，孔洞的大小。 检验焊料量是否适中，焊点形状是否呈半月壮。 检查锡球和残留物的多少。 检查立碑、虚—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 焊、桥接、元件移位等缺陷率。 还要检查PCB表面颜色变化情况，再流焊后允许PCB有少许但是均匀的变色。 (3) 检验标准 按照本单位制定的企业标准或参照其他标准。目前大多采用IPC-A-610E执行。 ? 根据首块表面组装板焊接质量检查结果调整参数 (1) 调整参数时应逐项参数进行，以便于分析、总结。 (2) 首先调整(微调)传送带的速度，复测温度曲线，进行试焊。 (3) 如果焊接质量不能达到要求，再调整各温区的温度，直到焊接质量符合要求为止。 8.4. 连续焊接 首件焊接后的表面组装板经检验合格后可进行连续焊接。如下: (1) 经过贴装、检验合格的表面组装板 才可进行焊接。 (2) 将表面组装板平稳地放在网状传送带(或链条导轨)上。 (3) 注意观察温度参数的变化，温度变化范围应在?1?(根据设备指标)。 (4) 当生产线没有配置卸板装置时，在出口处及时接板，防止表面组装板下滑(或跌落)碰撞元器件(如果是全 60 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 自动生产线，则转AOI检测，或转在线测或由卸板装置卸下PCB)。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 8.5. 检测 对焊接后的每块表面组装板都要进行检验。 检验方法、内容和标准同首件表面组装板检验。 如果有AOI或ICT在线测设备，可直接按自动检测设备要求执行。 8.6. 双面再流焊工艺控制 双面再流焊大致有4种方法:用贴片胶粘;应用不同熔点的焊锡合金;第二次再流焊时将炉子底部温度调低，并吹冷风;双面采用相同温度曲线。下面分别介绍这4种方法。 ? 用贴片胶粘 这种方法是用胶粘住辅面(或称B面)元件，工艺流程如图8-2所示。 这种方法由于元件在第一次再流焊时已经被固定在PCB上，因此当它被翻过来进行二次再流焊时不会掉 落。此方法很常用，但工艺复杂，同时需要额外的设备和操作步骤，增加了成本。 图8-2 用贴片胶粘结的双面再流焊工艺流程 ? 应用不同熔点的锡焊合金 这种方法是辅面第一次再流焊采用较高熔点合金，主面第二次再流焊采用较低熔点合金。 这种方法的问题是高熔点的合金势必要提高再流焊的温度，因此可能会对元件与PCB本身造成损伤。低熔点合金可能受到最终产品工作温度的限制，也会影响产品可靠性。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ? 第二次再流焊时将炉子底部温度调低并吹冷风 这种方法是通过降低第二次再流焊时炉子底部温度，使PCB底部焊点温度低于二次再流焊的熔点，使二次再流焊时PCB底部焊点不至于熔化。采用这种方法对设备有一定的要求，要求炉子底部具备吹冷风的功能。但是由于上、下面温差产生内应力，也会影响可靠性。 实际上很难将PCB上、下面拉开30?以上温差，因其可能会引起二次熔融不充分，造成焊点质量变差。最严重时，经过二次再流焊的焊点被拉长，破坏焊点界面结合层的结构。 61 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 ? 双面采用相同温度曲线 这种方法是目前应用最多的双面再流焊工艺。对于大多数小元件，由于熔融焊点的表面张力足以抓住底部元件，二次熔融后完全可以形成可靠的焊点。其工艺控制如下。 (1) 要求PCB设计将大元件布放在主(A)面，小元件布放在辅(B)面。设计时遵循原则为: Dg/p,30g/in (8-1) 式中，Dg为元件质量;P为该元件焊盘总面积。 (2) 不符合以上原则的大而重的元件，用胶粘住。 (3) 先焊B面，再焊A面。 2 8.7. 常见再流焊焊接缺陷、原因分析及预防和解决 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 再流焊接质量除了与温度曲线有直接关系以外，还与生产线设备条件、PCB焊盘和可生产性设计、元器件可焊性、焊膏质量、印制电路板的加工质量等都有密切的关系。 8.7.1 再流焊的工艺特点 ? 有“再流动”与自定位效应 由于焊膏是触变流体，可以通过印刷施加焊膏、贴片，把元件临时固定在焊盘的位置上。再流焊时，当焊膏中的合金熔融后呈液态，焊膏“再流动”一次。由于元件很轻，漂浮在焊料液面上，原来的贴装位置会发生移动。 如果焊盘设计正确(焊盘位置尺寸对称、焊盘间距恰当)，元器件端头与印制板焊盘的可焊性良好，当元器件的全部焊端与相应焊盘同时被熔融焊料润湿时，就会产生自定位效应(Self Alignment)。自定位效应是SMT再流焊工艺最大的特性。 ? 每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的 再流焊工艺中，焊料是预先分配到印制板焊盘上的，每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的，因此再流焊质量与工艺的关系极大。特别是印刷焊膏和再流焊工序，严格控制这些关键工序就能避免或减少焊接缺陷的产生。 8.7.2 影响再流焊质量的原因分析 影响再流焊质量的因素很多，主要有:PCB焊盘设计，焊膏质量，元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘质量，焊膏印刷质量，贴装精度，再流焊温度曲线，再流焊设备的质量等。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 62 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 ? PCB焊盘设计 SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接的、十分重要的关系。 元件尺寸越小、重量越轻，由于自校正效应越强，因此对焊盘结构、尺寸设计要求更严格。 无论哪一种封装形式的表面贴装元件，其焊盘结构设计一定要保证焊后能够形成主焊点的位置，同时还要满足印刷、贴装工艺要求。如果违反要求，再流焊时会产生焊接缺陷，而且PCB焊盘设计问题在生产工艺中是很难甚至无法解决的。 ? 焊膏的性能、质量及焊膏的正确使用 焊膏中，合金与助焊剂的配比、颗粒度及分布、合金的氧化度，助焊剂和添加剂的性能，焊膏的黏度、可焊性、焊接强度、触变性、塌落度、粘结性、腐蚀性，焊膏的工作寿命和储存期限等都会影响再流焊质量。 ? 元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘质量 当元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮等情况下，再流焊时会产生润湿不良、虚焊，焊锡球、空洞等焊接缺陷。 ? 焊膏印刷质量 据资料统计，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，表面组装的质量问题中有70,出在印刷工艺。印刷位置正确—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 与否(印刷精度)、焊膏量的多少、焊膏量是否均匀、焊膏图形是否清晰、有无粘连、印制板表面是否被焊膏沾污等都直接影响表面组装板的焊接质量。 ? 贴装元器件 保证贴装质量的三要素是元件正确、位置准确、压力(贴片高度)合适。 ? 再流焊温度曲线 温度曲线是保证焊接质量的关键。掌握正确的焊接方法和焊接工艺，设置正确的温度曲线是生成高质量、高机械强度焊点的首要条件。 ? 再流焊设备的质量 再流焊质量与设备有着十分密切的关系。影响再流焊质量的主要参数如下。 (1) 温度控制精度应达到?0.1,0.2?,温度传感器的灵敏度要满足要求。 (2) 温度分布的均匀性，无铅要求传输带横向温差<?2?，否则很难保证整板的焊接质量。 (3) 加热区长度。加热区长度越长、加热区数量越多，越容易调整和控制温度曲线。 (4) 传输带运行要平稳，传送带振动会造成位移、立碑、冷焊等焊接缺陷。 (5) 加热效率会影响温度曲线的调整和控制。加热效率与设备结构、空气流动设计等有关。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (6) 是否配备氮气保护系统，氮气保护可以减少高温氧化，提高焊点浸润性。 (7) 应具备温度曲线测试功能，如果设备无此配置，应外购温度曲线采集器。 63 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 ? 总结 从以上分析可以看出，再流焊质量与PCB焊盘设计、元器件可焊性、焊膏质量、印制电路板的加工质量、生产线设备，以及SMT每道工序的工艺参数、操作人员的操作都有密切的关系。 同时也可以看出，PCB设计、PCB加工质量、元器件和焊膏质量是保证再流焊质量的基础，因这些问题在生产工艺中是很难甚至无法解决的。因此，只要PCB设计正确，PCB、元器件和焊膏都是合格的，再流焊质量是可以通过印刷、贴装、再流焊每道工序的工艺来控制的。 8.7.3 SMT再流焊中常见的焊接缺陷分析与预防对策 ? 焊盘露铜(暴露基体金属)现象 元件引线、焊盘图形边缘暴露基体金属的现象称为焊盘露铜，如图8-3所示。 图8-3 焊盘露铜 如果焊盘露铜的面积超过焊点润湿性要求的面积，则认为是不可接受的。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 焊盘露铜现象主要发生在无铅焊接二次回流的OSP涂覆层的焊盘上。产生焊盘露铜的主要原因是OSP的耐热性差，丧失了高温下保护焊盘的作用，使焊盘在高温下被氧化而不能润湿。 解决措施:双面回流或多次焊接工艺的PCB要选择耐高温的OSP材料;缩短两次回流焊的时间间隔;采取氮气保护焊接。 ? 焊膏熔化不完全 焊膏融化不完全是指焊膏回流不完全，局部或全部焊点周围有未熔化的的残留焊膏，如图8-4 所示。 图8-4 焊膏熔化不完全 焊膏熔化不完全产生的原因分析与预防对策见表8-1 64 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 表8-1 焊膏熔化不完全产生的原因分析与预防对策 原因分析 当表面组装板所有焊点或大部分焊点都存在焊膏熔化不完全时，说明再流 焊峰值温度低或再流时间短，造车焊膏熔化不充分 当焊接大尺寸PCB时，横向两侧存在焊膏熔化不完全现象，说明再流焊炉 可适当提高峰值温度或延长再流时间。尽量将PCB 横向温度不均匀。这种情况一般发生在炉体比较窄、保温不良时，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 因横向 放置在炉子中间部位进行焊接 两侧比中间温度低所致 当焊膏熔化不完全发生在表面组装板的固定位置，如大焊点、大元件及大 元件周围，或发生在印制板背面贴装有大热容量器件的部位时，是因为吸 热过大或热传导受阻而造成的 红外炉问题--红外炉焊接时由于深颜色吸收热量多，黑色器件比白色焊点 为了使深颜色周围的焊点和大体积元器件达到焊 大约高30,40?左右，因此在同一块PCB上，由于器件的颜色和大小不同， 接温度，必须提高焊接温度 其温度就不同 焊膏质量问题--金属粉末的含氧量高，助焊剂性能差，或焊膏使用不当:如不要使用劣质焊膏，指定焊膏使用#管理#。例如，? 双面设计时尽量将大元件布放在PCB的同一面，确实排布不开时，应交错排布。 ? 适当提高峰值温度或延长再流时间 预防对策 调整温度曲线，峰值温度一般定在比焊膏熔点高30,40?，再流时间为30,60s 果从低温柜取出焊膏直接使用，由于焊膏的温度比室温低，产生水气凝结，在有效期内使用，使用前一天从冰箱取出焊膏，达即焊膏—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 吸收空气中的水分，搅拌后使水气混在焊膏中，或使用回收与过期 失效的焊膏 到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结;回收焊膏不能与新焊膏混装等 ? 润湿不良 润湿不良又称不润湿或半润湿 不润湿是指焊料未润湿焊盘或元件端头，造成元器件焊端、引脚或印制板焊盘不沾锡或局部不沾锡;或焊料覆盖焊端的面积没有满足检测标准的要求，如图8-5(a)所示。 (a) 不润湿 (b) 半润湿 图8-5 润湿不良 半润湿是这样一个状态:当熔融焊料覆盖某一表面后，又回缩留下不规则焊料团，而焊料离开的区域被一 65 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 薄层焊料所覆盖，焊盘或元件端头的金属或表面图层并未暴露，如图8-5(b)所示。 润湿不良产生的原因分析与预防对策见表8-2 原因分析 元器件焊端、引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染， 或印制板受潮 焊膏中金属粉末含氧量高，焊膏中助焊剂活性差 焊膏受潮或使—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 用回收焊膏、使用过期失效焊膏 预防对策 元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期。对印制板进行清洗和去潮处理 选择满足要求的焊膏 回到室温后使用焊膏，指定焊膏使用 ? 焊料量不足与虚焊或断路 当焊点高度达不到规定要求时，称为焊料量不足。焊料量不足会影响焊点的机械强度和电气连接的可靠性，严重时会造成虚焊或断路(元器件端头或引脚与焊盘之间电气接触不良或没有连接上)。焊料量不足、虚焊、断路如图8-6所示，其产生的原因分析与预防对策见表8-3。 图8-6 焊料量不足、虚焊、断路 表8-3 焊料量不足、虚焊、断路产生的原因分析与预防对策 原因分析 整体焊膏量过少原因:可能由于模板厚度或开口尺寸不够，或开 加工合格的模板，模板喇叭口应向下，增加模板厚度或扩大 口四壁有毛刺，或喇叭口向上，脱模时带出焊膏;焊膏滚动(转 开口尺寸;更换焊膏;采用不锈钢刮刀;调整印刷压力和速 移)性差;刮刀压力过大，尤其橡胶刮刀过软，切入开口，带出 度;调整基板、模板、刮刀的平行度 焊膏;印刷速度过快。 个别焊盘上的焊膏量过少或没有焊膏:可能由于漏孔被焊膏堵塞—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 或个别开口尺寸小;导通孔设计在焊盘上，焊料从孔中流出 清除模板漏孔中的焊膏，印刷时经常擦洗模板底面。若开口尺寸小，应扩大开口尺寸;修改焊盘设计 预防对策 运输和传递SMD器件、特别是SOP和QFP的过程中不要破坏 器件引脚共面性差，翘起的引脚不能与其相对应的焊盘接触 其包装，人工贴装时尽量采用吸笔，不要碰伤引脚 PCB设计时要考虑长、宽和厚度的比例;大尺寸PCB再流焊 PCB变形，使大尺寸SMD器件引脚不能完全与焊膏接触 时应采用底部支撑 ? 立碑和移位 立碑是指两个焊端的表面组装元件，经过再流焊后其中一个端头离开焊盘表面，整个元件呈斜立或直立， 66 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 如石碑状，又称吊桥、墓碑现象、曼哈顿现象;移位是指元器件端头或引脚离开焊盘的错位现象。立碑和移位如图8-7所示，其愿意分析与预防对策见表8-4。 图8-7 立碑和移位 表8-4 立碑和移位产生的原因分析与预防对策 原因分析 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 预防对策 按照Chip元件的焊盘设计原则进行设计，之一焊盘的对称性， 两个焊盘尺寸大小不对称，焊盘间距过大或过小，使元件的一 焊盘间距应等于元件的总长度减去两个电极的长度及修正系 个端头不能接触焊盘 数0.25mm?0.05mm(视元件尺寸而定) 提高贴装精度，精确调整首件贴装坐标，连续生产过程中发现 贴装位置偏移，或元件厚度设置不正确或贴片头Z轴高度过高，位置偏移时应及时修正贴装坐标，设置正确的元件厚度和贴片贴片时元件从高处扔下造成;或元件的焊端没有压在焊膏上 高度;小元件贴片时采用“APC”技术，将印刷焊膏的偏移量告诉贴片机，使焊端压在焊膏上 元件的一个焊端氧化或被污染，或元件端头电极附着力不良;焊接时元件端头不润湿或脱帽(端头电极脱落) 严格来料检验制度，严格进行首件焊后检验，每次更换元件后也要检验，发现端头问题及时更换元件 严格来料检验制度，将问题反映给PCB设计人员及PCB加工厂。 PCB焊盘被污染(有丝网、字符、阻焊膜或氧化等) 对已经加工好PCB的焊盘，若有丝网、字符可用小刀轻轻刮掉清楚模板漏孔中的焊膏，印刷时经常擦洗模板底面。若开口尺 两个焊盘上的焊膏量不一致(模板漏孔被焊膏堵塞或开口小) 寸小，应扩大开口尺寸 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 贴片压力过小，元器件焊端或引脚浮在焊膏表面，焊膏粘不住 在贴片程序中输入正确的元件厚度和贴片头z轴高度。Z轴高 元器件，在传递和再流焊时产生位置移动(元件厚度或贴片头Z 度调整到使吸嘴刚好碰到元件表面，再略微提高一点 轴高度设置不准确) 检查传送带是否太松，可调大轴距或去掉1~2节链条;检查电 传送带振动会造成元器件位置移动 机是否有故障;检查入口和出口处导轨衔接高度和距离是否匹配。人工放置PCB时要轻拿轻放 风量过大 调整风量 ? 焊料过多、焊点桥接或短路 桥接是指元件端头之间、元件相邻焊点之间，焊点与邻近导线、过孔等电气上不该连接的部位被焊锡连 67 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 接在一起(桥接不一定短路，但短路一定是桥接)，如图8-8所示。其产生的原因分析与预防对策见表 8-5。 图8-8 焊料过多、焊点桥接或短路 表8-5 桥接产生的原因分析与预防对策 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 原因分析 焊锡量过多;模板厚度与开口尺寸不恰当;模板与印制板表面不平行或有间隙 由于焊膏黏度过低，触变性不好，印刷后塌边，使焊膏图形粘连由于印刷质量不好，使焊膏图形粘连 贴片位置偏移 贴片压力过大，焊膏挤出量多，使图形粘连 由于贴片位置偏移，人工拨正后使焊膏图形粘连 焊盘间距过窄 预防对策 减薄模板厚度或缩小开口尺寸或改变开口形状;调整模板与印制板表面之间的距离，使之接触并平行 选择黏度适当、触变性好的焊膏 提高印刷精度并经常擦洗模板底面 提高贴装精度 提高贴片头Z轴高度，减小贴片压力 提高贴片精度，减少人工拨正的频率 修改焊盘设计 ? 焊锡球和焊料微粒 焊锡球又称焊料球、焊锡珠，是指散步在焊点附近的微小珠状焊料。大尺寸的焊料球会破坏最小电气间隙，引起短路;焊料微粒(小锡珠)残留在免清洗残留物中、敷形涂覆层中，或散布在组装板表面都会引起可靠性问题，如图8-9所示。其产生的原因分析与预防对策见表8-6。 图8-9 焊锡球和焊料微粒 表8-6 焊锡球好的焊料微粒产生的原因分析与预防对策 原因分析 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 焊膏本身质量问题:如金属微粉含量高，再流焊升温时金属微粉随着溶剂、气体蒸发而飞溅，若金属粉末的含量高，还会加 控制焊膏质量，例如，3#的合金颗粒直径,20μm的微粉应少 剧飞溅，形成焊锡球。另外，如果焊膏黏度过低或焊膏的保形 于10, (触变)性不好，印刷后焊膏图形会塌陷，甚至造成粘连，再流焊时也会形成焊锡球 预防对策 68 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制 严格来料检验，若印制板受潮或污染，贴装前应清洗并烘干 板受潮，再流焊时不但会产生不润湿、虚焊，还会形成焊锡球 焊膏使用不当:如果从低温柜去除焊膏直接使用，由于焊膏的温度比室温第，产生水汽凝结，使焊膏吸收空气中的水分，搅 在焊膏有效期内使用，使用前一天从冰箱取出焊膏，达到室温 拌后使水汽混在焊膏中，再流焊升温时，水汽蒸发带出金属粉 后才能打开容器盖，防止水汽凝结 末，同时在高温下水汽会使金属粉末氧化，也会产生飞溅，形成焊锡球 温度曲线设置不当:如果升温区的升温速率过快，焊膏中的溶 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 温度曲线与焊膏的升温斜率和峰值温度应基本一致。160?前 剂、气体蒸发剧烈，金属粉末会随溶剂蒸汽飞溅，形成焊锡球; 的升温速度控制在1~2?/s 如果预热区温度过低，突然进入焊接区，也容易产生焊锡球 焊膏量过多，贴装时焊膏挤出量多:可能由于模板厚度与开口尺寸不恰当，或模板与印制板表面不平行或有间隙 印刷工艺方面:印刷质量不好的原因很多，如刮刀压力过大、模板质量不好，印刷时会造成焊膏图形粘连，或没有及时将模 严格控制印刷工艺，保证印刷质量 板底部的残留焊膏擦干净，印刷时使焊膏沾污焊盘以外的地方，或焊膏量过多等 贴片压力过大，焊膏挤出量过多，使图形粘连 提高贴片头Z轴高度，减小贴片压力 加工合格的模板;调整模板与印制板表面之间的距离，使之接触并平行 ? 气孔、针孔和空洞 气孔和针孔是指分布在焊点表面或内部的气孔(带有气泡)、针孔，也称空洞，如图8-10所示。焊点上的针孔、气泡、空洞会降低最低的电气与机械连接可靠性要求。其产生的原因和预防对策见表8-7。 图8-10 气孔、针孔和空洞 表8-7 气孔等产生的原因分析与预防对策 原因分析 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 焊膏中金属粉末的含氧量高或使用回收焊膏、工艺环境卫生 控制焊膏质量，制定焊膏使用条例 差、混入杂质 达到室温后才能打开焊膏的容器盖，控制环境温度20~26?、 焊膏受潮，吸收了空气中的水汽 相对湿度40,~70, 预防对策 69 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 元器件焊端、引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制 板受潮 升温区的升温速度过快，焊膏中的溶剂、气体蒸发不完全，进 160?前的升温速度控制在1~2?/s 入焊接区产生气泡、针孔 前3个原因都会引起焊锡熔融时焊盘、焊端局部不润湿，未润湿处的助焊剂排气及氧化物排气时会产生空洞 元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期 ? 焊点高度接触或超过元件体(吸料现象) 焊接时焊料向焊端或引脚跟部移动，使焊料高度接触元件体或超过元件体，这种现象称为吸料现象。焊点高度接触或超过元件体如图8-11所示。其产生的原因分析与预防对策见表8-8。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 图8-11 焊点高度接触或超过元件体 表8-8 焊点过高产生的原因分析与预防对策 原因分析 焊锡量过多:模板厚度与开口尺寸不恰当;模板与印制板表面不 平行或有间隙 PCB加工质量问题或焊盘氧化、污染(有丝网、字符、阻焊膜或氧 化等)，或PCB受潮。焊料熔融时由于PCB焊盘润湿不良，在表面严格来料检验制度，将问题反映给PCB设计人员及PCB加预防对策 减薄膜板厚度或缩小开口尺寸或改变开口形状;调整模板与印制板表面之间的距离，使之接触并平行 张力的作用下，使焊料向元件焊端或引脚上吸附(又称吸料现象)。工厂;对已经加工好PCB的焊盘，若有丝网、字符可用小另一种解释为，由于引脚温度比焊盘处温度高，熔融焊料容易向 高处流动 刀轻轻刮掉;若印制板受潮或污染，贴装前应清洗并烘干 ? 锡丝、焊锡网与焊锡斑 锡丝是指元件焊端之间、引脚之间、焊端或引脚与通孔之间的微细锡丝。如果许多微细锡丝、锡斑粘连在一起，称为焊锡网与焊锡斑，如图8-12所示。其产生的原因分析与预防 对策见表8-9。 图8-12 锡丝、焊锡网与焊锡斑 70 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 表8-9 锡丝产生的原因分析与预防对策 原因分析 预防对策 如果发生在Chip元件体底下，可能由于焊盘间距过小，贴片 扩大焊盘间距 后两个焊盘上的焊膏粘连所致 预热温度不足，PCB和元器件温度比较低，突然进入高温区，溅出的焊料贴在PCB表面而形成 调整温度曲线，提高预热温度;可适当提高一些峰值温度或加长回流时间 焊膏可焊性差;阻焊膜太光滑 更换焊膏;采用亚光阻焊膜技术 ? 元件裂纹缺损 元件裂纹缺损是指元件体或端头有不同程度的裂纹或缺损现象，如图8-13所示。其产生的原因分析与预防对策见表8-10。 图8-13 元件裂纹缺损 表8-10 元件裂纹缺损产生的原因分析与预防对策 原因分析 元件本身的质量 贴片压力过大 再流焊的预热温度或时间不够，突然进入高温区，由于激热造成热应力过大峰值温度过高，焊点突然冷却，由于激冷造成热应力过大 预防对策 制定元器件入厂检验制度，更换元器件 提高贴片头Z轴高度，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 减小贴片压力 调整温度曲线，提高预热温度或延长预热时间调整温度曲线，冷却速率应,4?/s ? 元件端头金属镀层剥落与浸析 元件端头金属镀层剥落是指元件端头电极镀层不同程度剥落，露出元件体材料陶瓷，俗称“脱帽”现象，如图8-14所示。端头镀层剥落超过规定的尺寸【超过元件宽度(W)或厚度(T)的25,;端头顶部区域金属镀层缺失超过50,】，会影响连接可靠性。其产生的原因分析与预防对策见表8-11。 图8-14 元件端头金属镀层剥落与浸析 71 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 表8-11 端头镀层剥落产生的原因分析与预防对策 原因分析 预防对策 可通过元件端头可焊性试验判断，若质量不合格，应更换 元件端头电极镀层质量不合格;温度过高，时间过长 元件;调整温度曲线 元件端头电极为单层镀层时，没有选择含银的焊膏，铅锡 一般应选择三层金属电极的片式元件。单层电极时，应选 焊料熔融时，焊料中的铅将钯银后膜电极中的银溶蚀掉， 择含银2,的焊膏，可防止蚀银现象 造成元件端头镀层剥落，俗称“脱帽”现象 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ? 元件侧立、元件面贴反 元件侧立(见图8-15)是指元件侧面站立，元件面贴反(见图8-16)是指片式电阻器的字符面向下。其产生的原因分析与预防对策见表8-12。 图8-15 元件侧立 图8-16 元件面贴反 表11-12 元件侧立、元件面贴反的原因分析与预防对策 原因分析 由于元件厚度设置不正确或贴片头Z轴高度过高，贴片时元件从高处扔 设置正确的元件厚度，调整贴片高度 下造成翻面 拾片压力过大引起供料器振动，将纸带下一个空穴中的元件翻面 调整贴片头Z轴拾片高度 预防对策 ? 冷焊、焊点扰动 冷焊是指焊点表面呈现焊锡紊乱痕迹，扰动是 凝固时因运动造成以应力线为特征的焊点，如图8-17所示。其产生的原因分析与预防对策见表8-13。 图8-17 冷焊、焊点扰动 72 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 表8-13 冷焊、焊点扰动产生的原因分析与预防对策 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 原因分析 预防对策 检查传送带是否太松，可调大轴距或去掉1~2节链条;检查电机是否有故障;检查入口和出口处导轨衔接高度和距离是否匹配; 由于传送带振动，冷却凝固时受到外力影响，使焊点发生扰动 人工放置PCB时要轻拿轻放;另外一个方法是加速冷却，使焊点迅速凝固 由于回流温度过低或回流时间过短，焊料熔融不充分 调整温度曲线，提高峰值温度或延长回流时间 ? 焊锡裂纹 焊锡裂纹是指焊锡表面或内部有裂纹，如图8-18所示。其产生的原因分析与预防对策见表8-14。 图8-18 焊锡裂纹 表8-14 焊锡裂纹产生的原因与预防对策 原因分析 峰值温度过高，焊点突然冷却，由于激冷造成热应力过大， 调整温度曲线，缓慢升温，降低冷却速度，冷却速率应,4?/s 产生焊锡裂纹 焊料本身的质量问题 更换焊料 预防对策 ? 爆米花现象 爆米花现象(见图8-19)主要发生在非气密性(Non-Hermetic)器件—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (或称湿度敏感器件)中。吸潮的器件在再流焊过程中由于水蒸气膨胀、压力随温度升高而上升，造成器件的内部连接或外部封装破裂，使BGA的焊盘脱落，或引脚的焊点处出现锡球飞溅等现象。其产生的原因分析与预防对策见表8-15。 表8-15 爆米花现象产生的原因分析与预防对策 原因分析 库存、元器件管理和使用环境湿度造成芯片受潮，再流焊时芯 加强物料管理;进行去潮处理 片内部或基板、引脚气体膨胀 塑胶封装厚度与尺寸越大越容易吸潮 回流曲线不正确，升温速度过快，峰值温度过高 严格按照器件封装防潮等级使用 缓慢升温，较低峰值温度 预防对策 73 Deqing Jiahe Electronic Technology Co., Ltd. 德清佳和电子科技有限公司 (a)器件内部连接破裂 (b) PBGA基板翘起、焊盘(c) 封装肿胀、有起泡(d) 焊点喷气现象 图8-19 爆米花现象 ? 其他 还有一些肉眼看不见的缺陷，如焊点晶粒大小、焊点内部应力、焊点内部裂纹等，这些要通过X光、焊点疲劳试验等手段才能检测到。—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 这些缺陷主要与温度曲线有关。例如，冷却速度过慢，会形成大结晶颗粒，造成焊点抗疲劳性差，但冷却速度过快，又容易产生元件体和焊点裂纹;又如，峰值温度过高或回流时间过长，又会增加共界金属化合物的产生，使焊点发脆，传统FR-4基板超过240?的时间过长，还会引起PCB中环氧树脂物理化学变质，影响PCB的性能和寿命等。 74 ——————————————————————————————————————