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常见回流焊接不良现象

发布日期:2019-12-16 16:07 作者:bbin宝盈 点击:

  在过完回流焊后由于各种原因(回流焊设备原因,线路板原因,工人操作原因,原因,贴片机原因等等)经常会看到有部分的产品出现各种的不良现象,如不严格控制这些不良现象的产生,会给公司照成严重的后患

  在SMT制程中的回流焊接是非常重要而复杂的工序,由于在印刷工序和贴装工序环节的操作不当等原因,加之回流焊接的参数设置不合理,就会出现很多常见的焊接缺陷,导致产品高的不良率,增加维修成本。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  (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。

  PCB扭曲问题是SMT生产中经常出现的问题。它会对装配及测试带来相当大的影响,因此在生产中应尽量避免这个问题的出现,PCB扭曲的原因有如下几种;

  (1) PCB本身原材料选用不当,PCB的Tg低,特别是纸基PCB,其加工温度过高,会使PCB变弯曲。

  (2) PCB设计不合理,元件分布不均匀会造成PCB热应力过大,外形较大的连接器和插座也会影响PCB的膨胀和收缩,乃至出现永久性的扭曲。

  (3) 双面PCB,若一面的铜箔保留过大(如地线)。而另一面铜箔过少,会造成两面收缩不均匀而出现变形。

  在价格和空间容许的情况下,选用Tg高的PCB或增加PCB的厚度,以取得最佳长宽比;合理设计PCB双面的铜箔面积应均衡,在没有电路的地方布满钢层,并以网络形式出现,以增加PCB的刚度,在贴片前对PCB进行预热,其条件是105℃/4H;调整夹具或夹持距离,保证PCB受热膨胀的空间;焊接工艺温度尽可能调低;已经出现轻度扭曲时,可以放在定位夹具中,升温复位,以释放应力,一般会取得满意的效果。

  IC引脚焊接后出现部分引脚虚焊,是常见的焊接缺陷,产生的原因很多,主要原因,一是共面性差,特别是QFP器件。由于保管不当,造成引脚变形,有时不易被发现(部分贴片机没有共面性的功能)。因此应注意器件的保管,不要随便拿取元件或打开包装。二是引脚可焊性不好。IC存放时间长,引脚发黄,可焊性不好也会引起虚焊,生产中应检查元器件的可焊性,特别注意存放期不应过长(制造日期起一年内),保管时应不受高温、高湿,不随便打开包装袋。三是锡膏质量差,金属含量低,可焊性差,通常用于QFP器件的焊接用锡膏金属含量应不低于90%。四是预热温度过高,易引起IC引脚氧化,使可焊性变差。五是模板窗口尺寸小,以致锡膏量不够。通常在模板制造后应仔细检查模板窗口尺寸,不应太大也不应太小,并且注意与PCB焊盘尺寸相配套。

  在SMC生产中,片式元件的开裂常见于多层片式电容器(MLCC),其原因主要是效应力与机械应力所致。

  (1) 对于MLCC类电容来讲,其结构上存在着很大的脆弱性,通常MLCC是由多层陶瓷电容叠加而成,强度低,极不耐受热与机械力的冲击。

  (2) 贴片过程中,贴片机Z轴的吸放高度,特别是一些不具备Z轴软着陆功能的贴片机,吸放高度由片式元件的厚度而不是由压力传感器来决定,故元件厚度的公差会造成开裂。

  预防办法是:认真调节焊接工艺曲线,特别是预热区温度不能过低;贴片时应认真调节贴片机Z轴的吸放高度;PCB的曲翘度,特别是焊接后的曲翘度,应由针对性的校正,如果PCB板材质量问题,需重点考虑。

  电子产品的回流焊接缺陷分为主要缺陷和次要缺陷及表面缺陷。凡是使电子产品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,不会引起电子产品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。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。

  1、桥联:焊接加热过程中也会产生焊料塌边,这个情况出现在预热和主加热两种场合,当预热温度在几十至一百范围内,作为焊料中成分之一的溶剂即会降低粘度而流出,如果其流出的趋势十分强烈,会同时将焊料颗粒挤出焊区外形成含金颗粒,在溶融时如不能返回到焊区内,也会形成滞留焊料球。

  (1)在印刷时可选择使用0.15mm厚度的模板,而开孔尺寸由最小引脚或片状元件间距决定。

  (2)在印刷引脚间距或片状元件间距小于0.65mm的印制板时,应采用光学定位,基准点设在印制板对角线处。若不采用光学定位,将会因为定位误差产生印刷错位,从而产生桥接。

  (3)为了预防塌边,要选择粘度较高的焊膏;采用激光切割模板;降低刮刀压力。调整贴装压力并设定包含元件本身厚度在内的贴装吸嘴的下降位置。设置适当的焊接温度曲线(温度、时间),并要防止传送带的机械振动。

  2、锡球:锡球主要是焊接过程中加热的急速造成焊料的飞散所致。与焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料颗粒的粗细(粒度)、助焊剂活性等有关。

  预防:增加锡膏黏度,对于锡膏的氧化物应控制在0.03%左右,最大值不要超过0.15%。焊料颗粒的粗细一般要求25um以下粒子数不得超过焊料颗粒总数的5%。调整回流焊接温度曲线,使焊膏焊接前得到充分的预热。合适的模板开孔形状及尺寸也会减少焊锡球的产生。一般地,模板开孔的尺寸应比相对应焊盘小10%。

  (2)元件的外部电极需要有良好的湿润性湿润稳定性。推荐:温度400C以下,湿度70%RH以下,进厂元件的使用期不可超过6个月。

  (3)采用小的焊区宽度尺寸,以减少焊料溶融时对元件端部产生的表面张力。另外可适当减小焊料的印刷厚度,如选用100um。

  (4)焊接温度管理条件设定对元件翘立也是一个因素。通常的目标是加热要均匀,特别是在元件两连接端的焊接圆角形成之前,均衡加热不可出现波动。

  5、虚焊:是指在生产过程中的,因生产工艺不当引起的,时通时不通的不稳定状态; 另外一种是电器经过长期使用,一些发热较严重的零件,其焊脚处的焊点极容易出现老化剥离现象所引起的。

  预防:对于QFP芯片要注意保管好,防止引脚变形、氧化,焊接时预热温度不宜过高,加热速度要恰当均匀。

  6、爆米花现象:一些塑封型元器件由于吸潮而在焊接升温时,受热膨胀,形成爆米花现象。

  预防:对于贴片机贴便的元器件,可调整贴片机贴装精度和安放位置,更换粘接性强的新焊膏。如果是由于回流焊接的原因,这时要考虑回流焊炉内传送带上是否有震动等影响,对回流焊炉时进行检验。调整升温曲线和预热时间;消除传送带的震动;更换活性剂;调整焊膏的供给量。

  预防:(1)在价格和空间容许的情况下,选用质量较好的PCB或增加PCB厚度,以取得最佳长宽比。

  (2)合理设计PCB,双面铜箔面积均衡,在贴片前对PCB进行预热; 调整夹具或夹持距离,保证PCB受热膨胀空间。

  回流焊接缺陷是由很多原因造成的,要想减少回流焊接缺陷,提高产品良率,还需深入研究焊接工艺的方方面面。

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