波峰焊接异常点及改善 ppt课件

波峰焊接异常点及改善随着SMD器件的日趋发展，3C及家电产品小型化已成为趋势。但因为成本及功率需求，DIP器件使用仍较为普遍。红胶SMD工艺以及DIP直插在短期内很难被替代。随之而来的是整个DIP工艺过程中影响整体质量的关键工艺问题的解决——波峰焊接。本文主要生产过程中实际焊接的问题影响因子及改善，期待能够共同学习进步。*一：波峰焊接基础原理波峰焊接主要是借助泵压作用，使熔融焊料面形成特定形状的波型，SMD及DIP器件装联在PCB板上以一定角度经过焊料波在引脚焊区形成焊点的工艺技术。PCB由链式传送带传送，先后经过助焊剂涂覆(喷涂或发泡)、预热一二(三)、焊料槽焊料波、冷却形成可靠的焊点。锡槽盛有熔融的液态焊料，在组件焊接面通过波时就被焊料波加热，同时焊料波也就润湿焊区并进行扩展填充，最终实现焊接过程。*课件二：焊接问题(连焊)如上图所示，所谓连焊，既非同一线路的器件或引脚之间焊料连接在一起，导致的连焊短路现象。连焊造成的原因主要来自于设计端，其次来自于焊接设备助焊剂喷涂、锡波设计，很少部分源自于物料(包含PCB板)本身。*课件二：焊接问题(连焊)一：设计端1：器件的设计与过炉方向不一致；2：对于多引脚器件尾端未增加拖锡焊盘；3：器件焊盘间距离过小；4：器件引脚过长(特别是机插件弯角后距离)；5：大铜箔区域焊盘未加隔离；6：双层板器件层板面漏铜箔；7：焊接点靠近边缘或过炉载具设计边缘。*课件二：焊接问题(连焊)二：设备制程端1：助焊剂喷涂量不足、不均匀；2：预热温度过高或过低，润湿效果未满足；3：波形使用及平整度；4：锡波高度、轨道倾斜角度；5：锡渣、平流波挡条使用；6：锡炉温度；三：材料1：PCB阻焊层厚度及涂覆精度；2：PCB焊盘大小(与图纸出入)；3：引脚过长*课件二：焊接问题(连焊)一：设计端1：器件的设计与过炉方向不一致；2：对于多引脚器件尾端未增加拖锡焊盘对于正常红胶工艺、波峰焊接制程产品，在设计之处首先要确定好PCB的过炉方向，遵循前轻后重德原则后开始器件布局。为了保证焊接效果，无连焊现象，以下几点需尽量遵循1：所有IC、插座、密集多引脚器件排列器件应与锡炉垂直并在尾端增加与焊盘宽度一致3-5mm拖锡焊盘(如上图一所示)；2：QFP四边有脚器件应与锡炉成45°并在尾端增加与焊盘宽度一致3-5mm拖锡焊盘(如上图二所示)；3：因结构原因无法垂直时，需设计成泪滴型焊盘并增加丝印阻焊层，必要时在焊盘间可增加印刷红胶阻隔(如上图三所示)；4：其它器件遵循上述设计排列原则，如多根电阻，可在最后一根增加拖锡焊盘，尽量保证器件(引脚)设计与锡炉垂直原则*课件二：焊接问题(连焊)一：设计端3：器件焊盘间距离过小；1：正常情况下，器件设计遵循器件(引脚)设计与锡炉垂直原则(对于chip类贴片器件、跳线、电阻、二极管等，器件则为与锡炉平行，引脚尽量保持平行设计原则)，器件间距离可按照正常红胶工艺焊盘、丝印设计大小排列即可(如上图一所示)；2：未按照上述设计，dip类器件焊盘间距在3mm以上，chip类器件焊盘间距至少保证本身材料宽度为宜(如上图二所示)；3：如第二项仍无法满足，则在设计的实际间距内加中阻焊丝印，以保证焊接效果。*课件二：焊接问题(连焊)一：设计端4：器件引脚过长(特别是机插件弯角后距离)；1：目前，DIP类器件引脚长度来料已成型或机插，或者由工厂在插件前进行前置加工，以保证插件后引脚长度保持在2-3mm之间；2：器件引脚长度越长，引脚间连锡风险越大，特备是以IPM等引脚密集型器件为典型；3：对于机插类器件，AI器件引脚为内弯，需注意5mm以下跳线不允许设计。AI器件引脚为向外倾斜弯曲，角度一般为45°，故在设计时考虑弯角方向的器件排布(如上图所示)。*课件二：焊接问题(连焊)一：设计端5：大铜箔区域焊盘未加隔离；所谓大铜箔区域，主要以部分强电、5V、接地等线路上，因电流等设计需求，走线及覆铜区域较大。此部分线路，因铜箔区域较大，吸热量大，同时散热快，对于引脚较近的器件，及易在波峰焊平流波结束时因冷却速度较快锡未完全拖完及固化，导致连锡现象。针对此部分电路内器件引脚设计，密集型引脚拖锡焊盘需孤立设计，不得与大铜箔相连。对于DIP类器件，在保证设计需求的情况下，将焊盘设计成隔离相连形式，以减少大铜箔区域吸热造成的连锡及冷焊现象(如上图所示)。*课件二：焊接问题(连焊)一：设计端6：双层板器件层板面漏铜箔；此部分，主要为双层板或多层板，在器件层上有裸铜设计，特别是跨距在2.5mm左右的器件，极易在器件层发生连锡，且不易被发现。该现象发生主要为多层板按照IPC要求，锡量需贯穿PCB板厚75%以上，对于汽车电子等产品甚至要求全部贯穿。一是锡波高度，二是润湿的助焊剂与液态锡产生毛细作用，此时如表面裸铜则极易产生连锡。针对此，则需要在设计时将表层裸铜取消使用绿油覆盖。同时，变压器、电感、晶振等表面易粘锡器件也要考虑本体底部不得有贯穿孔或裸铜(如上图所示)。*课件二：焊接问题(连焊)一：设计端7：焊接点靠近边缘或过炉载具设计边缘；与第一第二条原理相同，液态的锡具有流动性，同时在轨道角度倾斜的情况下流动性增加。而当器件设计在边缘、或使用过炉载具(SMD锡膏工艺、或后焊需求等)与载具阻挡部分距离过近时，锡在流动过程中阻力加大，形成连焊。此部分如在设计上无法克服，需在载具上增加导锡槽、或将载具边缘增加坡度形成导锡坡。在插座类多引脚尾端可增加钛合金拖锡片等设计，以保证焊接效果(如上图所示)。*课件二：焊接问题(连焊)二：设备制程端1：助焊剂喷涂：首先，开线前需保证助焊剂喷涂的均匀和穿透良好，使用湿敏纸及穿透板进行测量，其次，喷头的清洗频率需保证，日常保养按照要求执行；2：预热温度，首先需根据使用的助焊剂推荐温度进行设定，设定不同范围值进行DOE实验，取得最佳参数，开线前炉温测试，过程中监控按照执行。其次，因波峰焊预热与回流焊预热原理不同，设定温度与实际温度差异较大，固，务必以炉温测试仪实际测量值为准；3\4：目前较为通用的为λ(绕流波)Ω(平流波)，连锡产生主要发生在绕流波焊接的过程中，而最终焊接整形会不会产生连锡主要在于平流波。所以，保证锡波高度、平整度以及档锡片的正确使用能有效控制连锡的产生，适当的时候可以增加风刀。*课件二：焊接问题(连焊)二：设备制程端5：锡渣的危害不言而喻，同时锡渣造成的连焊现象也是普遍发生。虽然抗氧化还原粉以及氮气制程能够抑制锡渣的产生，但保持锡炉的洁净度是波峰焊技师务必要保证的。而平流波的档锡条在一定程度上类似于轨道倾斜角度的作用，起到拖锡作用，但事务的两面性也需考虑，过大的角度及档锡条容易产生飞溅的锡珠；6：锡炉温度的控制较为容易，在使用炉温测试仪量测炉温曲线的同时，需固定时间使用点温计进行测量。而最容易被忽视的是加锡的数量对炉温的影响，有条件的情况下可以使用自定加锡机，以保证炉温的正常。同时锡炉液位的保证对于波的稳定性也很重要，一定程度上也会减少连焊的产生。锡料的成分在一定程度上也影响焊料的熔点，务必定期检测。*课件二：焊接问题(连焊)二：材料材料的影响，主要是PCB板，其次是器件的引脚长度。引脚长度在设计端上已叙述。PCB板的来料控制，对于整体的焊接水平至关重要，影响最多的以锡洞、虚焊、冷焊为主。对于连锡相对来说未发生重大制程失误影响不大。但对于OSP工艺来说，铜表面处理异常，在焊接完成后，助焊剂残留的影响，易出现电腐蚀和迁移，在成品或已使用过程中出现短路现象。覆铜、阻焊丝印、以及喷锡、OSP等工艺过程中，外借环境影响因素较大，不同的管控方式，哪怕是在同一条线上出的PCB板差异也较大。对于SQE部门，务必有一套严格的PCB板来料检验标准。*课件三：焊接问题(锡洞)如上图所示，所谓锡洞，主要是DIP件引脚与焊盘间焊接时空洞的存在。该类不良虽然短期内不会对电气性能产生较大影响。但可靠性降低，在长期使用过程中易产生不良。单层板锡洞、气孔较为明显，如图二图三所示。但多层板贯穿孔内部锡洞较难被发现，一般只有通过X-RAY或切片方可发现，隐藏于内部，易被忽视。*课件三：焊接问题(锡洞)一：设计端1：孔径与引脚设计不符，孔径偏大(小)；2：物料跨距与PCB板孔跨距不符，引脚不在孔径中心；3：大铜箔区域中心小焊盘；4：焊盘尾端有刮锡带，或不同器件焊盘设计在一起未独立；5：器件设计与PCB板紧密平贴且为机插器件；6：器件layout引脚靠近传输边边缘或与过炉载具设计干涉；7：器件引脚按照过炉方向前端有高SMD器件阻挡；8：OSP单层板一面锡膏工艺一面红胶工艺；9：线束等带卡扣物料，插件过程中导致破孔或插件后器件引脚歪斜不在孔中心。*课件三：焊接问题(锡洞)二：设备制程端1：机插角度过小、过紧，一般小于20°时，且器件晃动时无松动；2：有红胶等异物残留(裸手拿板等)；3：产品制程中从拆封至波峰焊接周期长，焊盘氧化；4：助焊剂喷涂量小，未贯穿PCB板孔；5：预热温度不满足助焊剂润湿需求；6：锡波高度不足，未使用绕流波，绕流波不平稳，锡炉温度低、锡渣等。*课件三：焊接问题(锡洞)三：材料1：PCB焊盘破孔、晕圈、孔径歪斜(孔不在焊盘圆心)、涂覆层残留、氧化、焊盘表面处理毛糙、残留粉屑等；2：物料引脚过长、无镀层或镀层氧化。*课件三：焊接问题(锡洞)一：设计端1：孔径与引脚设计不符，孔径偏大(小)；一般情况下，机插器件孔径为引脚直径+0.4mm，手插器件孔径为引脚直径+0.2mm，双面板贯穿孔可在此基础上再增加0.1mm孔径过大会导致引脚不在孔中心，上锡过程中拉应力不一致导致锡洞。而对于贯穿孔，如孔径过小，助焊剂贯穿效果差，会导致上锡高度不足75%。二：物料跨距与PCB板孔跨距不符，引脚不在孔径中心；此项主要是物料选型与PCB板设计时尺寸上的差异，导致插件过程中引脚受力在孔边缘，导致拉应力不一致的锡洞。同时，在部分物料引脚变形的情况下，也回导致此不良的产生。具体分析时要考虑批量和个案。*课件三：焊接问题(锡洞)一：设计端3：大铜箔区域中心小焊盘；与连焊产生的机理是一致的，在大的铜箔区域中设立的焊盘，因铜箔吸热量大，锡固化速度快，导致锡无法有效润湿或者贯穿从而导致锡洞的产生。此种情况下，应按照上图所示隔离焊盘区域，并在焊盘四周增加丝印层，以保证焊盘的上锡量。*课件三：焊接问题(锡洞)一：设计端4：焊盘尾端有刮锡带，或不同器件焊盘设计在一起未独立；在PCB板强电流区域通常需要增加裸铜上锡，以增加线路强度，但在此部分电路里的DIP器件引脚与刮锡带相连，就容易造成锡洞，通常情况下，DIP器件尾端不能再有刮锡带，将器件layout至尾端，或焊盘独立，在前左右增加锡带桥接，如上图所示。其次，对于DIP类器件，引脚较近且在同一线路上的一般情况下不能共用一个焊盘，需独立焊盘。如无法独立，需考虑两个引脚是平行于锡炉而不能垂直于锡炉。*课件三：焊接问题(锡洞)一：设计端5：器件设计与PCB板紧密平贴且为机插器件；这部分器件设计主要为平贴的立式机插电容、立式机插LED灯等，因器件底部设计问题会有凹槽出现，立式机插后贴合度增加，在焊接过程中因其中的气体受热膨胀且无法排除，最终只能从引脚空洞中排除，形成爆锡现场。此部分器件设计时尽量规避底部有凹槽器件，但LED灯因灌胶工艺需求无法避免等情况下，可在器件边缘位置开透气孔，一般在器件内部，一般露出排除气体。如上图所示。孔径大小一般在0.7mm以上。*课件三：焊接问题(锡洞)一：设计端6：器件layout引脚靠近传输边边缘或与过炉载具设计干涉；与连焊现象一致，一般要求，插件器件引脚需离板边5mm以上，无论是裸板过炉或使用载具过炉，此距离需保证。特别是使用载具、托刀位置设计等，在layout器件时需考虑此距离，避免无法上锡造成的锡洞。7：器件引脚按照过炉方向前端有高SMD器件阻挡；器件引脚前(按照过炉方向)有高大SMD器件时，距离过近的情况下会阻挡锡的流路，形成气体真空状态，从而导致器件引脚锡洞。一般情况下需留有器件高度一致的间距，如无法规避，则需要在两者之间增加透气孔。此部分也是SMD器件空焊的因素。如上图所示。*课件三：焊接问题(锡洞)一：设计端8：OSP单层板一面锡膏工艺一面红胶工艺；一般情况下双面OSP工艺，采用一面红胶一面锡膏工艺，或者双面锡膏工艺，或者锡膏与DIP工艺，因在回流焊接过程中受高温影响，特别是PCB板材本身有受潮的影响，极易导致OSP失效，焊盘氧化，从而导致空焊和锡洞现象。此种情况下首先保证PCB拆封到波峰焊焊接在48h内，其次建议使用喷锡工艺PCB板材。9：线束等带卡扣物料，插件过程中导致破孔或插件后器件引脚歪斜不在孔中心；此项与第一、第二项较为相近，主要有两点，一是引脚歪斜不在孔径中心，二是插件过程中导致的焊盘破孔。此种情况下，首先控制线束引脚长度超出PCB板不得大于4mm，其次选择单边卡扣线束使用。*课件三：焊接问题(锡洞)二：设备制程端1：机插角度过小、过紧，一般小于20°时，且器件晃动时无松动；此项与设计端第九项一致，主要有两点，一是引脚歪斜不在孔径中心，二是插件太紧导致的焊盘破孔。一般情况下为控制成本材料引脚直径走下极限，从而导致偏心更为严重。为此在机插过程中一般要求角度为15-45°，在30-45°为宜，器件在晃动时能够听到响动声。2：有红胶等异物残留(裸手拿板等)；红胶制程中，因钢网清洗不及时或洗板等，容易导致PCB板孔中有红胶残留，从而导致锡洞的发生。另外，PCB板本身钻孔的毛屑、图层丝印等杂质残留也易导致锡洞。同时，在过程中的裸手取板污染焊盘，也会造成锡洞的产生。*课件三：焊接问题(锡洞)二：设备制程端3：产品制程中从拆封至波峰焊接周期长，焊盘氧化；焊盘氧化是严重影响焊接效果的一个要因，往往因计划排产的不确定性、储存环境无法满足以及PCB板本身廉价的包装等都会造成焊盘氧化。当生产前确定已超出周期及焊盘氧化，务必要放置于老化房进行烘烤，在焊接过程中适当增加助焊剂用量4：助焊剂喷涂量小，未贯穿PCB板孔；此部分主要为双层或多层板的贯穿孔，在助焊剂喷涂过程中未能有效贯穿、润湿孔洞从而导致焊接效果变差，上锡量不足，形成锡洞。*课件三：焊接问题(锡洞)二：设备制程端5：预热温度不满足助焊剂润湿需求；6：锡波高度不足，未使用绕流波，绕流波不平稳，锡炉温度低。详细见连焊设备制程端分析。选择合理的参数，做好DOE实验，保证锡炉洁净、助焊剂喷涂的均匀性，是保证焊接效果的前提。*课件三：焊接问题(锡洞)三：材料1：PCB焊盘破孔、晕圈、孔径歪斜(孔不在焊盘圆心)、涂覆层残留、氧化、焊盘表面处理毛糙、残留粉屑等；2：物料引脚过长、无镀层或镀层氧化。在所有影响焊接效果的材料中PCB板焊盘处理占据了主要因素，而板材影响到的更多的是锡洞。层经历过四层板上下表面上锡OK，但切片后发现孔径中有锡洞存在。后经分析改善，确认为孔径中镀层毛刺，厚度不一，且有漏喷锡现象从而导致的中间锡洞现象。对于单层板，因成本低，破孔、晕圈、孔径歪斜、涂层残留、铜剥离等屡禁不止严重影响到焊接品质。建立标准的PCB来料检验，严格要求PCB厂家来料品质，方可从根本上解决此类问题的重复发生。*课件四：焊接问题(空焊)*课件