回流焊-出现锡珠,立片,桥接,吸料,焊膜起泡问题的解决方法

发布时间 : 2021-01-14 阅读量:8366 打印本页 收藏此页

回流焊主要分主要缺陷,次要缺陷和表面缺陷。凡使SMA功能失效的缺陷称为主要缺陷;次要缺陷是指焊点之间润湿尚好,不会引起SMA功能丧失,但有影响产品寿命的可能的缺陷;表面缺陷是指不影响产品的功能和寿命。它受许多参数的影响,如锡膏、贴状精度以及焊接工艺等。我们在进行SMT工艺研究和生产中,深知合理的表面组装工艺技术在控制和提高SMT产品质量中起着至关重要的作用。 

 

一.回流焊中的锡珠 

1. 回流焊中锡珠形成的机理:回流焊中出现的锡珠(或称焊料球),常常藏与矩形片式元件两端之间的侧面或细间距引脚之间。在元件贴状过程中,焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间,随着印制板穿过回流焊炉,焊膏熔化变成液体,如果与焊盘和器件引脚等润湿不良,液态焊料颗粒 不能聚合成一个焊点。部分液态焊料会从焊缝流出,形成锡珠。因此,焊料与焊盘和器件引脚的润湿性差是导致锡珠形成的根本原因。 锡膏在印刷工艺中,由于模版与焊盘对中偏移,若偏移过大则会导致锡膏漫流到焊盘外,加热后容易出现锡珠。贴片过程中Z轴的压力是引起锡珠的一项重要原因,往往不被人们注意,部分贴装机由于Z轴头是根据元件的厚度来定位,故会引起元件贴到PCB上一瞬间将锡蕾挤压到焊盘外的现象,这部分的锡明显会引起锡珠。这种情况下产生的锡珠尺寸稍大,通常只要重新调节Z轴高度就能防止锡珠的产生。 

2. 原因分析与控制方法: 造成焊料润湿性差的原因很多,以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施: (1) 回流温度曲线设置不当。焊膏的回流与温度和时间有关,如果未到达足够的温度或时间,焊膏就不会回流。预热区温度上升速度过快,时间过短,使锡膏内部的水分和溶剂未完全挥发出来,到达回流焊温区时,引起水分、溶剂沸腾溅出锡珠。实践证明,将预热区温度的上升速度控制在1~4℃/S是较理想的。 (2) 如果总在同一位置上出现锡珠,就有必要检查金属模板设计结构。模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求,焊盘尺寸偏大,以及表面材质较软(如铜模板),会造成印刷焊膏的外轮廓不清晰互相连接,这种情况多出现在对细间距器件的焊盘印刷时,回流后必然造成引脚间大量锡珠的产生。因此,应针对焊盘图形的不同形状和中心距,选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量。 (3) 如果从贴片至回流焊的时间过长,则因焊膏中焊料粒子的氧化,焊剂变质、活性降低,会导致焊膏不回流,产生锡珠。选用工作寿命长一些的焊膏(一般至少4H),则会减轻这种影响。 (4)另外,焊膏错印的印制板清洗不充分,会使焊膏残留于印制板表面及通空中。回流焊之前贴放元器件时,使印刷锡膏变形。这些也是造成锡珠的原因。因此应加速操作者和工艺人员在生产过程中的责任心,严格遵照工艺要求和操作规程进行生产,加强工艺过程的质量控制。

 二. 立片问题(曼哈顿现象) 片式元件的一端焊接在焊盘上,而另一端则翘立,这种现象就称为曼哈顿现象。引起这种现象的主要原因是元件两端受热不均匀,焊膏熔化有先后所至。在以下情况会造成元件两端受热不均匀: 

(1) 元件排列方向设计不正确。我们设想在回流焊炉中有一条横跨炉子宽度的回流焊限线,一旦焊膏通过它就会立即熔化。片式矩形元件的一个端头先通过回流焊限线,焊膏先熔化,完全浸润元件端头的金属表面具有液态表面张力;而另一端未达到183℃液相温度,焊膏未熔化,只有焊剂的粘接力,该力远小于回流焊焊膏的表面张力,因而使未熔化端的元件端头向上直立。因此,应保持元件两端同时进入回流焊限线,使两端焊盘上的焊膏同时熔化,形成平衡的液态表面张力,保持元件位置不变。

 (2)  在进行气相焊接时印制电路组件预热不充足。气相是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和PCB焊盘上时,释放出热量而熔化焊膏。气相焊分平衡区和蒸汽区,在饱和蒸汽区焊接温度高达217℃,在生产过程中我们发现如果被焊组件预热不充分,经受100℃以上的温度变化,气相焊的气化力很容易将小于1206封装尺寸的片式元件浮起,从而产生立片现象。我们通过将被焊组件在高低温箱内145~150℃的温度下预热1~2min左右,最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接,消除了片立现象。

 (3) 焊盘设计质量的影响。若片式元件的一对焊盘尺寸不同或不对称,也会引起印刷的焊膏量不一致,小焊盘对温度响应快,其上的焊膏易熔化,大焊盘则相反,所以当小焊盘上的焊膏熔化后在焊膏表面张力作用下将元件拉直竖起。焊盘的宽度或间隙过大,也可能出现片立现象。严格按照标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件。 

 三.桥接 桥接也是SMT生产中常见的缺陷之一,它会引起元件之间的短路,遇到桥接必须返修。

 (1)  焊膏质量问题       锡膏中金属含量偏高,特别是印刷时间过久后,易出现金属含量增高;焊膏黏度低,预热后漫流到焊盘外;焊膏塌落度差,预热后漫流到焊盘外,均会导致IC 引脚桥接。

(2)  印刷系统印刷机重复精度差,对位不齐,锡膏印刷到铜铂外,这种情况多见于细间距QFP生产;钢板对位不好和PCB对位不好以及钢板窗口尺寸/厚度设计不对与PCB焊盘设计合金镀层不均匀,导致的锡膏量偏多,均会造成接,解决方法是调整印刷机,改善PCB焊盘涂覆层。 

(3)  贴放       贴放压力过大,锡膏受压后浸沉是生产中多见的原因,应调整Z轴高度。若有贴片精度不够,元件出现移位及IC 引脚变形,则应针对原因改进。(4)  预热       升温速度过快,锡膏中溶剂来不及挥发。

 四. 吸料/芯吸现象     芯吸现象又称抽芯现象是常见焊接缺陷之一,多见于汽相回流焊中。芯吸现象是焊料脱离焊盘沿引脚与芯片本体之间,会形成严重的虚焊现象。 产生的原因通常认为是原件引脚的导热率大,升温迅速,以致焊料优先润湿引脚,焊料与引脚之间的润湿力远大于焊料与焊盘之间的润湿力,引脚的上翘更会加剧芯吸现象的发生。在红外回流焊中,PCB基材与焊料中的有机助焊剂是红外线的优良吸收介质,而引脚却能部分反射红外线,相比而言,焊料优先熔化,它与焊盘的润湿力大于它与引脚之间的润湿了,故焊料部会沿引脚上升,发生芯吸现象的概率就小很多。     解决办法是:在汽相回流焊时应首先将SMA充分预热后再放入汽相炉中;应认真检查和保证PCB板焊盘的可焊性,可焊性不好的PCB不应用与生产;元件的共面性不可忽视,对共面性不好的器件不应用于生产。

 五.  焊接后印制板阻焊膜起泡 印制板组件在焊接后,会在个别焊点周围出现浅绿的气泡,严重时还会出现指甲盖大小的泡状物,不仅影响外观质量,严重时还会影响性能,是焊接工艺中经常出现的问题之一。       阻焊膜起泡的根本原因,在于阻焊膜与阳基材之间存在气体/水蒸气。微量的气体/水蒸气会夹带到不同的工艺过程,当遇到高温时,气体膨胀导致阻焊膜与阳基材的分层。焊接时焊盘温度相对较高,故气泡首先出现在焊盘周围。 现在加工过程经常需要清洗,干燥后再做下道工序,如腐刻后,应干燥后再贴阻焊膜,此时若干燥温度不够就会夹带水汽进入下到工序。PCB加工前存放环境不好,湿度过高,焊接时又没有及时干燥处理;在波峰焊工艺中,经常使用含水的阻焊剂,若PCB预热温度不够,助焊剂中的水汽就会沿通孔的孔壁进入到PCB基板的内部,焊盘周围首先进入水汽,遇到焊接高温后这些情况都会产生气泡。    

解决办法是: (1) 应严格控制各个环节,购进的PCB应检验后入库,通常标准情况下,不应出现气泡现象。

 (2) PCB应存放在通风干燥环境下,存放期不超过6个月; (3) PCB在焊接前应放在烘箱中预烘105℃/4H~6H;

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