SMT焊接

 

在SMT生产过程中，我们都希望基板的质量从贴装过程开始到焊接过程结束都处于零缺陷状态，但实际上这很难实现。由于SMT生产工序较多，无法保证每一道工序都不会出现一点点误差，所以在SMT生产过程中会遇到一些焊接缺陷。

这些焊接缺陷通常是由多种原因引起的。对于每一个缺陷，都要分析其发生的根本原因，做到目的明确，有的放矢。

桥接

 

桥接经常发生在引脚密集的 IC 上或间距较小的芯片元件之间。这个缺陷是我们检验标准中的一个重大缺陷，会严重影响产品的电气性能，所以必须根除。

桥接的主要原因是由于锡膏过多或锡膏印刷后的错位和塌陷。

 

过多的焊膏

 

焊膏过量是由于模板厚度和孔径尺寸不当造成的。通常，我们选择使用0.15mm厚的模板。孔径大小由最小引线或芯片元件间距决定。

 

错位印刷

 

印制引脚间距或芯片元件间距小于0.65mm的印制板时，应采用光学定位，参考点应设置在印制板对角线处。如果不使用光学定位，由于定位误差会出现打印错位，导致桥接。

焊膏塌陷

 

造成锡膏塌陷的有以下三种现象

印刷下垂

 

焊膏印刷过程中发生的下垂。这与锡膏、钢网的特性、印刷参数的设置有很大关系：锡膏的粘度低，保形性不好，印刷后容易塌桥架桥；如果钢网孔壁粗糙，印刷的锡膏也容易塌陷和桥接；刮刀压力过大会对锡膏造成比较大的影响，损坏锡膏的形状，塌陷的概率也会大大增加。

对策：选择粘度较高的锡膏；使用激光切割模板；降低叶片压力。

安装时下垂

 

贴片机在贴装SOP和QFP集成电路时，其贴装压力要适当设置。过大的压力会改变焊膏的形状并导致下垂。

对策：调整贴装压力，设置贴装吸嘴的落下位置，包括元件本身的厚度。

焊接加热时下垂

 

加热焊接时也会发生塌陷。当印制板组件迅速升温时，焊膏中的溶剂成分会挥发。如果挥发速度过快，焊料颗粒会被挤出焊料区，在加热过程中形成坍落度。

对策：设定合适的焊接温度曲线（温度、时间），防止输送带机械振动。

 

 

焊球

 

锡球也是回流焊中经常遇到的问题。焊球经常出现在芯片元件的侧面或细间距引脚之间。

焊球大多是由于焊接过程中快速加热造成的焊料飞散造成的。除了上述的印刷错位和流挂外，还与焊膏的粘度、焊膏的氧化程度、焊料颗粒的粗细、助焊剂的活性等有关。

锡膏粘度

对于粘性效果较好的锡膏，其附着力会抵消加热时排出的溶剂的冲击力，可以防止锡膏塌落。

焊膏的氧化度

焊膏暴露在空气中后，焊锡颗粒表面可能会被氧化，实验表明焊球的发生率与焊膏氧化物的百分比成正比。一般锡膏的氧化物应控制在0.03%左右，最大值不超过0.15%。

焊料颗粒厚度

焊料颗粒的均匀性不一致。如果20μm以下的颗粒较多，这些颗粒的相对面积就大，容易氧化，最容易形成锡球。

此外，在溶剂蒸发过程中，这些小颗粒很容易从焊盘上冲走，增加了产生锡球的机会。一般要求25um以下的颗粒数不得超过焊料颗粒总数的5%。

焊膏是吸湿的

这种情况可分为两类：锡膏在使用前从冰箱中取出，立即打开盖子导致水蒸气凝结；回流焊前残留溶剂未充分干燥，焊膏在加热焊料时引起溶剂和水的沸腾和飞溅。焊料颗粒溅射到印刷板上以形成焊球。根据这两种不同的情况，我们可以采取两种不同的行动：

(1)从冰箱中取出锡膏，不要马上开盖，而是回到室温，待温度稳定后再开盖。

(2)调整回流焊温度曲线，使锡膏在焊接前充分预热。

通量活动

当助焊剂活性低时，也容易产生焊球。免洗焊锡的活性一般略低于松香型和水溶性焊膏，使用时要注意锡球的形成。

模板开口

适当的模板开口形状和尺寸也会减少锡球的产生。一般钢网开孔尺寸应比对应焊盘小10%，推荐一些钢网开孔设计。

PCB清洗

印刷错误后需要清洗印制板。如果清洗不干净，印制板表面和过孔内都会有锡膏残留，焊接时会形成锡球。因此，要在生产过程中增强操作者的责任心，严格按照工艺要求进行生产，加强工艺质量控制。

 

“墓碑”现象

 

在表面贴装工艺的回流焊接过程中，SMD元件会因翘曲而出现脱焊的缺陷，形象地称为“墓碑”现象。

“墓碑”现象在贴片电容和贴片电阻的回流焊接过程中经常出现。组件体积越小，越容易发生。

之所以会出现“墓碑”现象，是因为回流焊时元件两端焊盘上的锡膏熔化时，元件两端焊锡端的表面张力不平衡，张力较大的一端将元件拉向沿其底部旋转。

造成张力失衡的因素也很多。下面将简要分析一些主要因素。

 

 

 热身期

当预热温度设置低，预热时间设置短时，元件两端的锡膏熔化的概率大大增加，导致两端的张力不平衡形成“墓碑”，所以它是需要正确设置预热周期工艺参数。

根据我们的经验，预热温度一般为150+10℃，时间约为60-90秒。

 

 焊盘尺寸

在设计贴片电阻和电容焊盘时，要严格保持它们的整体对称性，即焊盘图形的形状和尺寸要完全一致，以保证焊膏熔化时，作用在焊点上的合力在组件上为零。有利于形成理想的焊点。

设计是制造过程的第一步，不正确的焊盘设计可能是组件竖立的主要原因。具体的焊盘设计标准可在 IPC-782、表面贴装设计和焊盘布局标准中找到。事实上，元件上过多的焊盘可能会导致元件在焊料润湿期间滑动，从而导致元件从焊盘上脱落。一端。

对于小芯片组件，为组件的一端设计不同的焊盘尺寸，或者将焊盘的一端连接到地平面，也可能导致组件竖起。使用不同尺寸的焊盘可能会导致焊盘加热和焊膏流动时间不平衡。

在回流过程中，元件只是漂浮在液态焊料上，随着焊料凝固到达其最终位置。焊盘上不同的润湿力会导致缺乏附着力和组件旋转。在某些情况下，延长液化温度以上的时间可以减少元件竖立。

锡膏厚度

当锡膏的厚度变小时，墓碑现象会大大减少。这是因为：

（1）锡膏较薄，熔化时锡膏的表面张力降低。
(2)焊膏变薄，整个焊盘的热容量降低，焊膏同时在两个焊盘上熔化的概率大大增加。焊膏厚度由模板厚度决定。

 

安装偏移

一般情况下，贴装时产生的元件偏移会在回流过程中由于熔浆拉动元件的表面张力而自动修正。我们称之为“自适应”，但偏移严重，拉动会导致组件站起来产生“墓碑”现象。这是因为：
(1) 与元件接触更多的焊端获得更多的热容量，因此首先熔化。
(2)元件两端与锡膏的附着力不同。因此，应调整元器件的贴装精度，避免出现较大的贴装偏差。

 

 组件重量

较轻的组件具有较高的“墓碑”发生率，因为不均匀的张力很容易拉动组件。因此，在选择元件时，如有可能，应首先选择尺寸和重量较大的元件。

这些焊接缺陷有很多解决方案，但往往相互制约。例如，提高预热温度可以有效消除墓碑，但由于升温速度较快，可能会产生大量锡球。因此，在解决这些问题时，应多方面考虑，选择折中方案。

 

SMT贴片焊接形成气孔的原因

在焊接过程中，气孔的形成机理较为复杂。通常，孔隙率是由回流期间夹带在夹层状结构中的焊料中的助焊剂脱气引起的。孔隙率的形成主要由金属化区域的可焊性决定，并随着助焊剂活性的降低、粉末金属负载量的增加和引线接头下的足迹增加而变化，减小焊料颗粒的尺寸只能增加孔隙率。

此外，气孔的形成还与焊料粉末聚结和固定金属氧化物消除之间的时间分布有关。焊膏凝聚越早，形成的孔越多。焊料在凝固时也会收缩，焊接镀通孔时助焊剂的分层和夹带也是造成孔隙的原因。

 

控制 SMT 贴片中孔隙形成的方法

1.使用活性较高的助焊剂

2.提高元器件或电路板的可焊性

3.减少焊锡粉氧化物的形成

4.使用惰性加热气氛

5、降低回流焊的预热程度

 

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