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技術(shù)交流
影響SMT接焊質(zhì)量的原因
影響SMT接焊質(zhì)量的原因
(
一
)PCB
焊盤(pán)設(shè)計(jì)
SMT
的組裝質(zhì)量與
PCB
焊盤(pán)設(shè)計(jì)有直接的、十分重要的關(guān)系。如果
PCB
焊盤(pán)設(shè)計(jì)正確,貼裝時(shí)少量的歪斜可以在再流焊時(shí),由于熔融焊錫表面張力的作用
而得到糾正
(
稱(chēng)為自定位或自校正效應(yīng)
)
;相反,如果
PCB
焊盤(pán)設(shè)計(jì)不正確,即使貼裝位置十分準(zhǔn)確,再流焊后反而會(huì)出現(xiàn)元件位置偏移、吊橋等焊接缺陷。
根據(jù)各種元器件焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析,為了滿(mǎn)足焊點(diǎn)的可靠性要求,
PCB
焊盤(pán)設(shè)計(jì)應(yīng)掌握以下關(guān)鍵要素:
1.
對(duì)稱(chēng)性
——
兩端焊盤(pán)必須對(duì)稱(chēng),才能保證熔融焊錫表面張力平衡。
2.
焊盤(pán)間距
—
確保元件端頭或引腳與焊盤(pán)恰當(dāng)?shù)拇罱映叽纭:副P(pán)間距過(guò)大或過(guò)小都會(huì)引起焊接缺陷。
3.
焊盤(pán)剩余尺寸
——
元件端頭或引腳與焊盤(pán)搭接后的剩余尺寸必須保證焊點(diǎn)能夠形成彎月面。
4.
焊盤(pán)寬度
——
應(yīng)與元件端頭或引腳的寬度基本一致。
以矩形片式元件為例,圖
5
為焊盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖
.
如果違反了設(shè)計(jì)要求,再流焊時(shí)就會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷,而且
PCB
焊盤(pán)設(shè)計(jì)的問(wèn)題在生產(chǎn)工藝中是很難甚至是無(wú)法解決的。例如:
1.
當(dāng)焊盤(pán)間距
G
過(guò)大或過(guò)小時(shí),再流焊時(shí)由于元件焊端不能與焊盤(pán)搭接交疊,會(huì)產(chǎn)生吊橋、移位。
2.
當(dāng)焊盤(pán)尺寸大小不對(duì)稱(chēng)
(
見(jiàn)圖
7)
,或兩個(gè)元件的端頭設(shè)計(jì)在同一個(gè)焊盤(pán)上時(shí)
(
見(jiàn)圖
8)
,由于表面張力不對(duì)稱(chēng),也會(huì)產(chǎn)生吊橋、移位。
3.
導(dǎo)通孔設(shè)計(jì)在焊盤(pán)上,焊料會(huì)從導(dǎo)通孔中流出,會(huì)造成焊膏量不足(見(jiàn)圖
9
)
(
二
)
焊膏質(zhì)量及焊膏的正確使用
焊膏中的金屬微粉含量、金屬粉末的含氧量、粘度、觸變性都有一定要求。
如果焊膏金屬微粉含量高,再流焊升溫時(shí)金屬微粉隨著溶劑、氣體蒸發(fā)而飛濺,如金屬粉末的含氧量高,還會(huì)加劇飛濺,形成錫珠。此外,如果焊膏粘度過(guò)低或焊膏的保形性
(
觸變性
)
不好,印刷后焊膏圖
形會(huì)塌陷,甚至造成粘連,再流焊時(shí)也會(huì)形成錫珠、
橋接等焊接缺陷。
焊膏使用不當(dāng),例如從低溫柜取出焊膏直接使用,由于焊膏的溫度比室溫低,產(chǎn)生水汽凝結(jié),即焊膏吸收空氣中的水分,攪拌后使水汽混在焊膏中,再流焊升溫時(shí),水汽蒸發(fā)帶出金屬粉末,在高溫下水汽會(huì)使金屬粉末氧化,飛濺形成錫珠,還會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)濕**等問(wèn)題。
(
三
)
元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤(pán)質(zhì)量
當(dāng)元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤(pán)氧化或污染,或印制板受潮等情況下,再流焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)濕**、虛焊,錫珠、空洞等焊接缺陷。
(
四
)
焊膏印刷質(zhì)量
據(jù)資料統(tǒng)計(jì),在
PCB
設(shè)計(jì)正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下,表面組裝質(zhì)量問(wèn)題中有
70
%的質(zhì)量問(wèn)題出在印刷工藝。印刷位置正確與否
(
印刷精度
)
、焊膏量的多少、焊錫量是否均勻、焊膏圖形是否清晰有無(wú)粘連、印制板表面是否被焊膏粘污等都直接影響表面組裝板的焊接質(zhì)量。
影響印刷質(zhì)量的因素很多,主要有以下因素:
1.
首先是模板質(zhì)量
模板印刷是接觸印刷,因此模板厚度與開(kāi)口尺寸確定了焊膏的印刷量。焊膏量過(guò)多會(huì)產(chǎn)生橋接,焊膏量過(guò)少會(huì)產(chǎn)生焊錫不足或虛焊。模板開(kāi)口形狀以及開(kāi)口是否光滑也會(huì)影響脫模質(zhì)量。模板開(kāi)口一定要喇叭口向下,否則脫模時(shí)會(huì)從喇叭口倒角處帶出焊膏。
2.
其次是焊膏的粘度、印刷性
(
滾動(dòng)性、轉(zhuǎn)移性
)
、觸變性、常溫下的使用壽命等都會(huì)影響印刷質(zhì)量。如果焊膏的印刷性不好,嚴(yán)重焊膏只是在模板上滑動(dòng),這種情況下是根本印不上焊膏的。
3.
印刷工藝參數(shù)
焊膏是觸變流體,具有粘性。當(dāng)刮刀以一定速度和角度向前移動(dòng)時(shí),對(duì)焊膏產(chǎn)生一定的壓力,推動(dòng)焊膏在刮板前滾動(dòng),產(chǎn)生將焊膏注入網(wǎng)孔或漏孔所需的壓力,焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板與網(wǎng)板交接處產(chǎn)生切變,切變力使焊膏的粘性下降,有利于焊膏順利地注入網(wǎng)孔或漏孔。
刮刀速度、刮刀壓力、刮刀與網(wǎng)板的角度以及焊膏的粘度之間都存在一定的制約關(guān)系,因此只有正確控制這些參數(shù),才能保證焊膏的印刷質(zhì)量。例如刮刀壓力過(guò)大,印刷時(shí)會(huì)造成焊膏圖形粘連;印刷速度過(guò)快容易造成焊膏量不足。如沒(méi)有及時(shí)將模板底部的殘留焊膏檫干凈,印刷時(shí)使焊膏粘污焊盤(pán)以外的地方等等,這些因素都會(huì)引起橋接、虛焊、錫珠等焊接缺陷。
4.
設(shè)備精度方面
在印刷高密度窄間距產(chǎn)品時(shí),印刷機(jī)的印刷精度和重復(fù)印刷精度也會(huì)起一定的作用,如果印刷機(jī)沒(méi)有配置視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng),即使人工圖形對(duì)準(zhǔn)時(shí)很精細(xì),
PCB
的焊盤(pán)圖形與模板漏孔圖形完全重合,但對(duì)于
PCB
的加工誤差還是無(wú)法解決的。
5.
對(duì)回收焊膏的使用與管理,環(huán)境溫度、濕度、以及環(huán)境衛(wèi)生,對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量都有影響?;厥盏暮父嗯c新焊膏要分別存放,環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)降低焊膏粘度,濕度過(guò)大時(shí)焊膏會(huì)吸收空氣中的水分,濕度過(guò)小時(shí)會(huì)加速焊膏中溶劑的揮發(fā),環(huán)境中灰塵混入焊膏中會(huì)使焊點(diǎn)產(chǎn)生針孔。
(
五
)
貼裝元器件
貼裝質(zhì)量的三要素:元件正確、位置準(zhǔn)確、壓力
(
貼片高度
)
合適。
1.
元件正確
——
要求各裝配位號(hào)元器件的類(lèi)型、型號(hào)、標(biāo)稱(chēng)值和櫥極性等特征標(biāo)記要符合產(chǎn)品的裝配圖和明細(xì)表要求,不能貼錯(cuò)位置。
2.
位置準(zhǔn)確
——
元器件的端頭或引腳均和焊盤(pán)圖形要盡量對(duì)齊、居中。
元器件貼裝位置要滿(mǎn)足工藝要求。因?yàn)閮蓚€(gè)端頭
Chip
元件自定位效應(yīng)的作用比較大,貼裝時(shí)元件長(zhǎng)度方向兩個(gè)端頭只要搭接到相應(yīng)的焊盤(pán)上,寬度方向有
1/2
搭接在焊盤(pán)上,再流焊時(shí)就能夠自定位,但如果其中一個(gè)端頭沒(méi)有搭接到焊盤(pán)上,再流焊時(shí)就會(huì)產(chǎn)生移位或吊橋:而對(duì)于
SOP
、
SOJ
、
QFP
、
PLCC
等器件的自定位作用比較小,貼裝偏移是不能通過(guò)再流焊糾正的。因此貼裝時(shí)必須保證引腳寬度的
3
/
4
處于焊盤(pán)上,引腳的趾部和跟部也應(yīng)在焊盤(pán)上。如果貼裝位置超出允許偏差范圍,必須進(jìn)行人工撥正后再進(jìn)入再流焊爐焊接。否則再流焊后必須返修,會(huì)造成工時(shí)、材料浪費(fèi),甚至?xí)绊懏a(chǎn)品可靠性。生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)貼裝位置超出允許偏差范圍時(shí)應(yīng)及時(shí)修正貼裝坐標(biāo)。
手工貼裝時(shí)要求貼裝位置準(zhǔn)確,引腳與焊盤(pán)對(duì)齊,居中,切勿貼放不準(zhǔn),在焊膏上拖動(dòng)找正,以免焊膏圖形粘連,造成橋接。
3.
壓力
(
貼片高度
)——
貼片壓力
(
高度
)
要恰
當(dāng)合適,元器件焊端或引腳不小于
1
/
2
厚度要浸入焊膏。對(duì)于
—
般元器貼片時(shí)的焊膏擠出量
(
長(zhǎng)度
)
應(yīng)小于
0.2mm
,對(duì)于窄間距元器件貼片時(shí)的焊膏擠出量
(
長(zhǎng)度
)
應(yīng)小于
0.1mm
。貼片壓力過(guò)小,元器件焊端或引腳浮在焊膏表面,焊膏粘不住元器件,在傳遞和再流焊時(shí)容易產(chǎn)生位置移動(dòng)。此外,由于
z
軸高度過(guò)高,貼片時(shí)元件從高處扔下,會(huì)造成貼片位置偏移。貼片壓力過(guò)大,焊膏擠出量過(guò)多,容易造成焊膏粘連,再流焊時(shí)容易產(chǎn)生橋接,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞元器件。
(
六
)
再流焊溫度曲線(xiàn)
溫度曲線(xiàn)是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵,實(shí)時(shí)溫度曲線(xiàn)和焊膏溫度曲線(xiàn)的升溫斜率和峰值溫度應(yīng)基本
—
致。
160℃
前的升溫速度控制在
1℃
/
s—2℃
/
s
。如果升溫斜率太大,一方面使元器件及
PCB
受熱太陜,易損壞元器件,易造成
PCB
變形。另一方面,焊膏中的溶劑揮發(fā)速度太快,容易濺出金屬成份,產(chǎn)生錫珠;峰值溫度一般設(shè)定在比焊膏金屬熔點(diǎn)高
30℃~40℃
左右
(
例如
63Sn
/
37Pb
焊膏的熔點(diǎn)為
183℃
,峰值溫度應(yīng)設(shè)置在
215℃
左右
)
,再流時(shí)間為
30s~60s
。峰值溫度低或再流時(shí)間短,會(huì)使焊接不充分,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成焊膏不熔。峰值溫度過(guò)高或再流時(shí)間長(zhǎng),造成金屬粉末氧化,影響焊接質(zhì)量,甚至?xí)p壞元器件和印制板。
設(shè)置再流焊溫度曲線(xiàn)的依據(jù):
1.
根據(jù)使用焊膏的溫度曲線(xiàn)進(jìn)行設(shè)置。不同金屬含量的焊膏有不同的溫度曲線(xiàn),應(yīng)按照焊膏加工廠(chǎng)提供的溫度曲線(xiàn)進(jìn)行設(shè)置具體產(chǎn)品的再流焊溫度曲線(xiàn)。
2.
根據(jù)
PCB
板的材料、厚度、是否是多層板和尺寸大小設(shè)置。
3.
根據(jù)表面組裝板搭載元器件的密度、元器件的大小以及有無(wú)
BGA
、
CSP
等特殊元器件進(jìn)行設(shè)置。
4.
根據(jù)設(shè)備的具體情況,例如加熱區(qū)的長(zhǎng)度、加熱源的材料、再流焊爐的構(gòu)造和熱傳導(dǎo)方式等因素進(jìn)行設(shè)置。
熱風(fēng)爐和紅外爐有很大區(qū)別,紅外爐主要是輻射傳導(dǎo),其優(yōu)點(diǎn)是熱效率高,溫度陡度大,易控制溫度曲線(xiàn),雙面焊時(shí)
PCB
上、下溫度易控制;其缺點(diǎn)是溫度不均勻。在同
—
塊
PCB
上由于器件的顏色和大小不
同、其溫度就不同。為了使深顏色器件周?chē)暮更c(diǎn)和大體積元器件達(dá)到焊接溫度,必須提高焊接溫度。
熱風(fēng)爐主要是對(duì)流傳導(dǎo)。其優(yōu)點(diǎn)是溫度均勻、焊接質(zhì)量好;缺點(diǎn)是
PCB
上、下溫差以及沿焊接爐長(zhǎng)度方向溫度梯度不易控制。目前許多熱風(fēng)爐在對(duì)流方式上采取了一些改進(jìn)措施,例如小對(duì)流方式、采用各溫區(qū)獨(dú)立調(diào)節(jié)風(fēng)量、在爐子下面采用制冷手段等,以保證爐子上、下和長(zhǎng)度方向的溫度梯度。以達(dá)到工藝曲線(xiàn)的要求。
5.
還要根據(jù)溫度傳感器的實(shí)際位置來(lái)確定各溫區(qū)的設(shè)置溫度,若溫度傳感器位置在發(fā)熱體內(nèi)部,設(shè)置溫度比實(shí)際溫度高近
—
倍左右,若溫度傳感器位置在爐體內(nèi)腔的頂部或底部,設(shè)置溫度比實(shí)際溫度高
30℃
左右。
6.
還要根據(jù)排風(fēng)量的大小進(jìn)行設(shè)置,一般再流焊爐對(duì)排風(fēng)量都有具體要求,但實(shí)際排風(fēng)量因各種原因有時(shí)會(huì)有所變化,確定一個(gè)產(chǎn)品的溫度曲線(xiàn)時(shí),因考慮排風(fēng)量,并定時(shí)測(cè)量。
7.
環(huán)境溫度對(duì)爐溫也有影響,特別是加熱溫區(qū)較短、爐體寬度窄的再流焊爐,爐溫受環(huán)境溫度影響較大,因此在再流焊爐進(jìn)出口處要避免對(duì)流風(fēng)。
(
七
)
再流焊設(shè)備的質(zhì)量
再流焊質(zhì)量與設(shè)備有著十分密切的關(guān)系。影響再流焊質(zhì)量的主要參數(shù):
1.
溫度控制精度應(yīng)達(dá)到
±0.1-0.2℃(
溫度傳感器的靈敏度要滿(mǎn)足要求
)
。
2.
傳輸帶橫向溫差要求
±5℃
以下,否則很難保證焊接質(zhì)量。
3.
傳送帶寬度要滿(mǎn)足*大
PCB
尺寸要求。
4.
加熱區(qū)長(zhǎng)度
——
加熱區(qū)長(zhǎng)度越長(zhǎng)、加熱區(qū)數(shù)量越多,越容易調(diào)整和控制溫度曲線(xiàn)。
—
般中小批量生產(chǎn)選擇
4-5
溫區(qū),加熱區(qū)長(zhǎng)度
1.8m
左右即能滿(mǎn)足要求。另外上、下加熱器應(yīng)獨(dú)立控溫,便以調(diào)整和控制溫度曲線(xiàn)。
5.
*高加熱溫度一般為
300-350℃
,如果考慮無(wú)鉛焊料或金屬基板,應(yīng)選擇
350℃
以上。
6.
傳送帶運(yùn)行要平穩(wěn),傳送帶震動(dòng)會(huì)造成移位、
從以上分析可以看出,再流焊質(zhì)量與
PCB
焊盤(pán)設(shè)計(jì)、元器件可焊性、焊膏質(zhì)量、印制電路板的加工質(zhì)量、生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備、以及
SMT
每道工序的工藝參數(shù)、甚至與操作人員的操作都有密切的關(guān)系。同時(shí)也可以看出
PCB
設(shè)計(jì)、
PCB
加工質(zhì)量、元器件和焊膏質(zhì)量是保證再流焊質(zhì)量的基礎(chǔ),因?yàn)檫@些問(wèn)題在生產(chǎn)工藝中是很難甚至是無(wú)法解決的。
因此只要
PCB
設(shè)計(jì)正確,
PCB
、元器件和焊膏都是合格的,再流焊質(zhì)量是可以通過(guò)印刷、貼裝、再流焊每道工序的工藝來(lái)控制的。
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