回流焊主要分主要缺陷,次要缺陷和表面缺陷。凡使SMA功能失效的缺陷稱為主要缺陷;次要缺陷是指焊點之間潤濕尚好,不會引起SMA功能喪失,但有影響產品壽命的可能的缺陷;表面缺陷是指不影響產品的功能和壽命。它受許多參數的影響,如錫膏、貼狀精度以及焊接工藝等。我們在進行SMT工藝研究和生產中,深知合理的表面組裝工藝技術在控制和提高SMT產品質量中起著至關重要的作用。
一.回流焊中的錫珠
1. 回流焊中錫珠形成的機理:回流焊中出現的錫珠(或稱焊料球),常常藏與矩形片式元件兩端之間的側面或細間距引腳之間。在元件貼狀過程中,焊膏被置于片式元件的引腳與焊盤之間,隨著印制板穿過回流焊爐,焊膏熔化變成液體,如果與焊盤和器件引腳等潤濕不良,液態焊料顆粒 不能聚合成一個焊點。部分液態焊料會從焊縫流出,形成錫珠。因此,焊料與焊盤和器件引腳的潤濕性差是導致錫珠形成的根本原因。 錫膏在印刷工藝中,由于模版與焊盤對中偏移,若偏移過大則會導致錫膏漫流到焊盤外,加熱后容易出現錫珠。貼片過程中Z軸的壓力是引起錫珠的一項重要原因,往往不被人們注意,部分貼裝機由于Z軸頭是根據元件的厚度來定位,故會引起元件貼到PCB上一瞬間將錫蕾擠壓到焊盤外的現象,這部分的錫明顯會引起錫珠。這種情況下產生的錫珠尺寸稍大,通常只要重新調節Z軸高度就能防止錫珠的產生。
2. 原因分析與控制方法: 造成焊料潤濕性差的原因很多,以下主要分析與相關工藝有關的原因及解決措施: (1) 回流溫度曲線設置不當。焊膏的回流與溫度和時間有關,如果未到達足夠的溫度或時間,焊膏就不會回流。預熱區溫度上升速度過快,時間過短,使錫膏內部的水分和溶劑未完全揮發出來,到達回流焊溫區時,引起水分、溶劑沸騰濺出錫珠。實踐證明,將預熱區溫度的上升速度控制在1~4℃/S是較理想的。 (2) 如果總在同一位置上出現錫珠,就有必要檢查金屬模板設計結構。模板開口尺寸腐蝕精度達不到要求,焊盤尺寸偏大,以及表面材質較軟(如銅模板),會造成印刷焊膏的外輪廓不清晰互相連接,這種情況多出現在對細間距器件的焊盤印刷時,回流后必然造成引腳間大量錫珠的產生。因此,應針對焊盤圖形的不同形狀和中心距,選擇適宜的模板材料及模板制作工藝來保證焊膏印刷質量。 (3) 如果從貼片至回流焊的時間過長,則因焊膏中焊料粒子的氧化,焊劑變質、活性降低,會導致焊膏不回流,產生錫珠。選用工作壽命長一些的焊膏(一般至少4H),則會減輕這種影響。 (4)另外,焊膏錯印的印制板清洗不充分,會使焊膏殘留于印制板表面及通空中。回流焊之前貼放元器件時,使印刷錫膏變形。這些也是造成錫珠的原因。因此應加速操作者和工藝人員在生產過程中的責任心,嚴格遵照工藝要求和操作規程進行生產,加強工藝過程的質量控制。
二. 立片問題(曼哈頓現象) 片式元件的一端焊接在焊盤上,而另一端則翹立,這種現象就稱為曼哈頓現象。引起這種現象的主要原因是元件兩端受熱不均勻,焊膏熔化有先后所至。在以下情況會造成元件兩端受熱不均勻:
(1) 元件排列方向設計不正確。我們設想在回流焊爐中有一條橫跨爐子寬度的回流焊限線,一旦焊膏通過它就會立即熔化。片式矩形元件的一個端頭先通過回流焊限線,焊膏先熔化,完全浸潤元件端頭的金屬表面具有液態表面張力;而另一端未達到183℃液相溫度,焊膏未熔化,只有焊劑的粘接力,該力遠小于回流焊焊膏的表面張力,因而使未熔化端的元件端頭向上直立。因此,應保持元件兩端同時進入回流焊限線,使兩端焊盤上的焊膏同時熔化,形成平衡的液態表面張力,保持元件位置不變。
(2) 在進行氣相焊接時印制電路組件預熱不充足。氣相是利用惰性液體蒸汽冷凝在元件引腳和PCB焊盤上時,釋放出熱量而熔化焊膏。氣相焊分平衡區和蒸汽區,在飽和蒸汽區焊接溫度高達217℃,在生產過程中我們發現如果被焊組件預熱不充分,經受100℃以上的溫度變化,氣相焊的氣化力很容易將小于1206封裝尺寸的片式元件浮起,從而產生立片現象。我們通過將被焊組件在高低溫箱內145~150℃的溫度下預熱1~2min左右,最后緩慢進入飽和蒸汽區焊接,消除了片立現象。
(3) 焊盤設計質量的影響。若片式元件的一對焊盤尺寸不同或不對稱,也會引起印刷的焊膏量不一致,小焊盤對溫度響應快,其上的焊膏易熔化,大焊盤則相反,所以當小焊盤上的焊膏熔化后在焊膏表面張力作用下將元件拉直豎起。焊盤的寬度或間隙過大,也可能出現片立現象。嚴格按照標準規范進行焊盤設計是解決該缺陷的先決條件。
三.橋接 橋接也是SMT生產中常見的缺陷之一,它會引起元件之間的短路,遇到橋接必須返修。
(1) 焊膏質量問題 錫膏中金屬含量偏高,特別是印刷時間過久后,易出現金屬含量增高;焊膏黏度低,預熱后漫流到焊盤外;焊膏塌落度差,預熱后漫流到焊盤外,均會導致IC 引腳橋接。
(2) 印刷系統印刷機重復精度差,對位不齊,錫膏印刷到銅鉑外,這種情況多見于細間距QFP生產;鋼板對位不好和PCB對位不好以及鋼板窗口尺寸/厚度設計不對與PCB焊盤設計合金鍍層不均勻,導致的錫膏量偏多,均會造成接,解決方法是調整印刷機,改善PCB焊盤涂覆層。
(3) 貼放 貼放壓力過大,錫膏受壓后浸沉是生產中多見的原因,應調整Z軸高度。若有貼片精度不夠,元件出現移位及IC 引腳變形,則應針對原因改進。(4) 預熱 升溫速度過快,錫膏中溶劑來不及揮發。
四. 吸料/芯吸現象 芯吸現象又稱抽芯現象是常見焊接缺陷之一,多見于汽相回流焊中。芯吸現象是焊料脫離焊盤沿引腳與芯片本體之間,會形成嚴重的虛焊現象。 產生的原因通常認為是原件引腳的導熱率大,升溫迅速,以致焊料優先潤濕引腳,焊料與引腳之間的潤濕力遠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象的發生。在紅外回流焊中,PCB基材與焊料中的有機助焊劑是紅外線的優良吸收介質,而引腳卻能部分反射紅外線,相比而言,焊料優先熔化,它與焊盤的潤濕力大于它與引腳之間的潤濕了,故焊料部會沿引腳上升,發生芯吸現象的概率就小很多。 解決辦法是:在汽相回流焊時應首先將SMA充分預熱后再放入汽相爐中;應認真檢查和保證PCB板焊盤的可焊性,可焊性不好的PCB不應用與生產;元件的共面性不可忽視,對共面性不好的器件不應用于生產。
五. 焊接后印制板阻焊膜起泡 印制板組件在焊接后,會在個別焊點周圍出現淺綠的氣泡,嚴重時還會出現指甲蓋大小的泡狀物,不僅影響外觀質量,嚴重時還會影響性能,是焊接工藝中經常出現的問題之一。 阻焊膜起泡的根本原因,在于阻焊膜與陽基材之間存在氣體/水蒸氣。微量的氣體/水蒸氣會夾帶到不同的工藝過程,當遇到高溫時,氣體膨脹導致阻焊膜與陽基材的分層。焊接時焊盤溫度相對較高,故氣泡首先出現在焊盤周圍。 現在加工過程經常需要清洗,干燥后再做下道工序,如腐刻后,應干燥后再貼阻焊膜,此時若干燥溫度不夠就會夾帶水汽進入下到工序。PCB加工前存放環境不好,濕度過高,焊接時又沒有及時干燥處理;在波峰焊工藝中,經常使用含水的阻焊劑,若PCB預熱溫度不夠,助焊劑中的水汽就會沿通孔的孔壁進入到PCB基板的內部,焊盤周圍首先進入水汽,遇到焊接高溫后這些情況都會產生氣泡。
解決辦法是: (1) 應嚴格控制各個環節,購進的PCB應檢驗后入庫,通常標準情況下,不應出現氣泡現象。
(2) PCB應存放在通風干燥環境下,存放期不超過6個月; (3) PCB在焊接前應放在烘箱中預烘105℃/4H~6H;