1、 引言
表面組裝技術(shù)在減少電子產(chǎn)品體積重量和可靠性方面的突出優(yōu)點,迎來了未來戰(zhàn)略武器 洲際射程 機(jī)動發(fā)射 安全可靠 技術(shù)先進(jìn)的特點對制造技術(shù)的要求。但是,要制定和選擇合適于具體產(chǎn)品的表面組裝工藝不是簡單的事情`因為
smt技術(shù)是涉及到了多項技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其中任何一向因素的改變都會影響電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。
元器件焊點的焊接質(zhì)量直接是直接影響印制電路組件(PWA)乃至整機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵因素,他它受許多因素的影響,如焊膏 基板 元器件可焊性`絲印 貼裝精度以及焊接工藝等。我們在進(jìn)行
smt工藝研究和生產(chǎn)中,深知合理的表面組裝工藝技術(shù)在控制和提高
smt生產(chǎn)質(zhì)量中起到至關(guān)重要的作用本文就針對所遇到的幾種典型焊接缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的工藝方法來解決。
2-1 波峰焊和回流焊中的錫球
錫球的存在表明工藝不完全正確,而且電子產(chǎn)品存在短路的風(fēng)險,因此需要排除。際上對錫球的存在認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)是:印制
電路板組件在600范圍內(nèi)不能出現(xiàn)5個錫球。產(chǎn)生錫球的原因有多種。需要找到根源。
2-1-1波峰焊中的錫球
波峰焊中常常出現(xiàn)錫球,主要原因有兩個方面:一,由于焊接印制板時,印制板上的通孔附近的水分受熱而變蒸汽。如果孔壁金屬鍍層較薄或有空隙,水汽就會通過孔隙排除,如果孔內(nèi)有焊料,當(dāng)焊料凝固時水汽就會在焊料內(nèi)產(chǎn)生空隙(針眼),或擠出焊料在印制板正面產(chǎn)生錫珠。二,在印制板反面(既接觸波峰的一面)產(chǎn)生的錫珠是由于波峰焊接中一些工藝設(shè)置不當(dāng)而造成的,如果助焊劑涂覆量增加或預(yù)熱溫度設(shè)置過低,就可能影響原劑內(nèi)
組成成分的蒸發(fā),在印制板進(jìn)入波峰時,多余的焊劑受高溫蒸發(fā),將焊料從錫槽中濺出來,在印制板上產(chǎn)生不規(guī)則的焊料球。
針對上述的原因 我們采取以下相應(yīng)的解決措施:一,通孔內(nèi)適當(dāng)厚度的金屬層是很關(guān)鍵的,孔壁上的銅度層小應(yīng)為25UM,而且無空隙。二。使用噴霧或發(fā)泡途覆助焊劑。發(fā)泡方式中,在調(diào)節(jié)助焊劑空氣含量時,應(yīng)保持盡可能產(chǎn)生小的氣泡,泡沫與PCB接觸面相對減小。三,波峰焊機(jī)預(yù)熱溫度的設(shè)定要使線路板頂面的溫度達(dá)到100度。適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度不僅可以消除焊料球,而且可以避免線路板受到熱沖擊而變形。
2-1-2.1.回流焊中錫球產(chǎn)生的原因
回流焊接中出現(xiàn)的錫球 常常在于矩形片式元件兩端之間的側(cè)面或或細(xì)距引腳之間。在元件貼裝過程中,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,焊膏融化變成液體,如果與焊盤和器件引腳等潤濕不良,液態(tài)焊錫會因收縮而使焊縫填充不充分,所有焊料顆粒不能和聚成一個焊點 部分液態(tài)焊錫會叢焊縫中流出,形成錫球 因此,焊錫與焊盤和器件引腳濕潤性差 是導(dǎo)致錫球形成的根本原因。
2-1-2.2原因分析與控制方法
造成焊錫潤濕性差的原因有很多,以下主要分析與相關(guān)工藝有關(guān)的原因及解決措施
?。ˋ) 回流溫度曲線設(shè)置不當(dāng)。焊膏的回流是溫度與時間的函數(shù),如果未到達(dá)足夠的溫度和時間,焊膏就不會回流。預(yù)熱區(qū)溫度升溫速度過快,達(dá)到平頂溫度的時間過短,使焊膏內(nèi)的水分 溶劑未完全揮發(fā)出來,到達(dá)可流焊區(qū)時,引起水分`溶劑沸騰,濺出焊錫球。實踐證明,將預(yù)熱區(qū)溫度的上升速度控制在1~4 C/S是為理想的。
?。˙) 如果總是在同一位置上出現(xiàn)錫球,就有必要檢查金屬板
設(shè)計結(jié)構(gòu),模板開口大小腐蝕精度達(dá)不到要求,對于焊盤大小偏大,如板面材質(zhì)較軟(如銅模板),造成焊膏的外型輪廓不清晰,互相橋連,這種情況多出現(xiàn)在細(xì)間距器件的焊盤印刷時,回流后必然會造成引腳間大量的錫珠產(chǎn)生。因此應(yīng)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的質(zhì)量。
(C) 如果在貼片至回流的時間過長, 則因焊料中的焊料粒子的氧化,焊劑變質(zhì)`活性降低,會導(dǎo)致焊膏不回流,焊球就會產(chǎn)生。要選用工作壽命長的一些錫膏(我們認(rèn)為是4小時),則會減輕這種影響。
?。―) 另外,焊膏印錯的印制板清洗不充分,使焊膏殘留在印制板表面和通孔中。這樣也會在回流中產(chǎn)生錫珠,因此應(yīng)加強(qiáng)對操作人員和 工藝人員在生產(chǎn)過程的責(zé)任心,嚴(yán)格按照工藝要求和操作規(guī)程 進(jìn)行生產(chǎn),同時還要加強(qiáng)工藝過程的質(zhì)量控制。
2.2立件問題(曼哈頓現(xiàn)象)
距行片式元件的一端焊接在焊盤上,而另一端則翹立,這種現(xiàn)象就稱為曼哈頓現(xiàn)象。引起這種現(xiàn)象的主要原因是元件兩端受熱不均勻。焊膏融化有先后所致。在以下情況會造成原件兩端受熱不均勻:
?。ˋ) 有缺陷的元件排列方向
設(shè)計。我們設(shè)想在 回流焊中有一條橫跨爐子寬度的在流焊限線,一旦錫膏通過 它就會立即融化,片式矩形元件的一頭先通過在流焊的限線,錫膏線融化,完全浸潤元件的金屬表面,具有液態(tài)表面張力,而另一端沒有達(dá)到183°C 錫膏就不會融化 只有焊劑的粘貼力,該力遠(yuǎn)小于在流焊焊膏的表面張力,因此,使未融化端的元件端頭向上直立。因此,保證元器件兩端要同時進(jìn)入在流焊限線,使元件兩端焊盤上的焊錫同時融化,形成均衡的液態(tài)表面張力,保持元件位置不變。
?。˙) 在進(jìn)行汽相焊接時印制電路組件預(yù)熱不夠充分。汽相焊是利用隋性液體蒸汽冷凝在元件引腳和PCB焊盤上時,釋放出熱量而達(dá)到融化錫膏的目的。汽相焊是分平衡區(qū)和飽和蒸汽區(qū),在飽和蒸汽區(qū)焊接溫度高達(dá)217度,在生產(chǎn)過程中我們發(fā)現(xiàn) 如果被焊組件預(yù)熱不充分,經(jīng)受100多度的溫差變化,汽相焊的氣化力容易將小于1206封裝尺寸的片式元件浮起,從而產(chǎn)生立片現(xiàn)象。我們通過將被焊組件在高低箱內(nèi)以145°到150°C的溫度預(yù)熱1到2分鐘,然后在汽相焊的平衡區(qū)內(nèi)在預(yù)熱1分鐘左右,后緩慢進(jìn)入飽和蒸汽區(qū)焊接消除了立件現(xiàn)象。
?。–) 焊盤
設(shè)計質(zhì)量的影響。若片式元件的一對焊盤大小不同或不對稱,也會引起印刷的焊錫量不一至,小焊盤對溫度響應(yīng)快,其上的焊盤容易融化,大焊盤則相反,所以,當(dāng)小焊盤上的焊膏融化后,在焊盤表面張力作用下,將元件拉直豎起。焊盤的寬度或間隙過大,也都可能出現(xiàn)立件現(xiàn)象,嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行焊盤
設(shè)計是解決該現(xiàn)象的先天條件。
2-3細(xì)間距引腳橋接問題
導(dǎo)致細(xì)間距引腳橋接缺陷的主要因素有:1。印刷的錫膏成型不佳。2。印板上有缺陷的細(xì)間距引線制作;3。不恰當(dāng)?shù)幕亓骱笢囟惹€設(shè)置等。因而,應(yīng)從模板的制作,絲印工藝,回流焊工藝等關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制入手,盡可能避免橋接隱患。
2-3-1模板材料的選擇
smt工藝質(zhì)量問題70%出至于印刷這到工序,而模板是必不可少的關(guān)鍵工裝,直接影響印刷質(zhì)量。通常我們使用的模板材料的銅板和不銹鋼板,不銹鋼板與銅板相比有較小的摩擦系數(shù)和較高的彈性,因此在其它條件一定的情況下,更有和于焊膏脫模和焊膏成型效果好。通過0.5mm引腳中心距QFP208器件組裝試驗統(tǒng)計,因銅模板印刷不合格而造成的疵點數(shù)占成的疵點率平均為3%。因此,對引腳中心距為0.635mm以下的細(xì)間距元器件的印刷,提出必須采用不銹鋼板的要求,厚度優(yōu)選0.15mm~0.2mm。
2.3.2絲印過程工藝控制
焊膏在進(jìn)行回流焊之前,若出現(xiàn)坍塌,成型的焊膏圖形邊不清晰,連貼放元器件或進(jìn)入回流焊預(yù)熱區(qū)時,由于焊膏中的助焊劑軟化,則會造成引腳橋接。焊膏的坍塌時由于使用了不合格的焊膏材料和不宜的環(huán)境條件,如較高的室溫會造成焊膏坍塌。在絲印工序中,我們通過以下工序的調(diào)整,小心地控制焊膏的流變特性,減少了坍塌。
a) 絲印細(xì)間距引腳,通常選用厚度較薄的模板,為避免印刷的焊膏量偏少,所需的焊膏黏度應(yīng)較低,這樣焊膏流動性好,易漏印,而且模板與PCB脫模時不易帶走焊膏,保證焊膏涂蓋量。但同時為了保持焊膏印刷圖形的理想形態(tài),又需要較搞的焊膏黏度。我們解決這一矛盾的方法時選用45—75um的更小粒度和球型顆粒焊膏,如愛法公司的RMA390DH3型焊膏。另外,在絲印時保持適宜的環(huán)境溫度,焊膏黏度與環(huán)境溫度的關(guān)系式表示如下:
Logu=A\T+B-------------------------(1)
式中:u——黏度系數(shù)
A,B——常數(shù)
T——絕對溫度。
通過上式可看出,濕度越高黏度越小。因此,為獲得較高的黏度,我們將環(huán)境溫度控制
20+3℃
b) 刮刀的速度和壓力也影響焊膏的流變特性。因為他們決定了焊膏所受的剪切速率和剪切力大小。焊膏黏度與剪切速率的關(guān)系。在焊膏類型和環(huán)境溫度較合適的情況下,在刮刀壓力一定的情況下,將印刷速度調(diào)慢,可以保持焊膏黏度基本不變,這樣共給焊膏的時間加長,焊膏量就增多,而且有好的成型。另外,控制脫模速率的減慢和模板與PCE的小間隙,也會在減少細(xì)間距引腳橋接方面到起到良好的效果。根據(jù)我們使用的SP200行型絲印機(jī)我們認(rèn)為印刷細(xì)間距線較理想的工藝參數(shù)是:印刷速度保持在10mm\--25mm\s;脫模速率控制在2s左右:模板與PCB的小間隙小于等于0.2mm。
2.3.3回流過程工藝控制
細(xì)間距引線的間距小,焊需面積小、漏印的焊膏量較少,在焊接時,如果紅外在流焊的預(yù)熱區(qū)溫度較高‘時間較長,會將較多的活化劑在達(dá)到回流焊峰值溫度區(qū)域前就被耗盡。然而,只有只有在峰值區(qū)域內(nèi)有充足的活化劑釋放被氧化的焊??焖偃刍?,從而濕潤金屬引腳表面,形成良好的焊點。免清洗焊膏?;罨滩灰逑吹暮父嗟停匀绻A(yù)熱區(qū)溫度和預(yù)熱時間設(shè)置稍不恰當(dāng)便會出現(xiàn)焊接細(xì)間引腳橋接溫度區(qū)域的流動性和對金屬引線表面的濕潤性,減少了細(xì)間距線的橋接缺陷。針對細(xì)間距器件和阻容器件,我們采用的回流溫度焊接曲線典型例圖
3:結(jié)束語
隨著表面組裝技術(shù)更廣泛‘更深入的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。
smt焊接質(zhì)量問題引起人們高度重視,
smt焊接質(zhì)量與整個組裝工藝流程各個環(huán)節(jié)密切相關(guān),為了減少或避免上述焊接缺陷的出現(xiàn),不僅要提高工藝人員判斷和解決方法這些問題能力,另外還要注重提高工藝質(zhì)量控制技術(shù)、完善工藝的管理,制定出有效的控制方法,才能提高
smt焊接質(zhì)量,保證電子產(chǎn)品的終質(zhì)量。上述解決方法如有不對或不完善指出、請予以指正
來源:
再談SMT焊接缺陷及其解決措施