精密元器件SMT表面贴装技术一些技术研究

焊锡膏的影响因素

再流焊的品质受诸多因素的影响，最重要的因素是再流焊炉的温度曲线及焊锡膏的成分、参数，现在常用的高性能再流焊炉，已能比较方便地精确控制、调整温度曲线，相比之下，在高密度与小型化的趋势中，焊锡膏的印刷就成了再流焊质量的关键；

焊锡膏合金粉末的颗粒形状与窄间距器件的焊接质量有关，焊锡膏的粘度与成分也必须选用适当，另外，焊锡膏一般冷藏储存，取用时待恢复到室温后，才能开盖，要特别注意避免因温差使焊锡膏混入水汽，需要时用搅拌机搅匀焊锡膏。

焊接设备的影响

有时，再流焊设备的传送带震动过大也是影响焊接质量的因素之一.

再流焊工艺的影响

在排除了焊锡膏印刷工艺与贴片工艺的品质异常之后，再流焊工艺本身也会导致以下品质异常：

• 冷焊通常是再流焊温度偏低或再流区的时间不足；

• 锡珠预热区温度爬升速度过快(一般要求,温度上升的斜率小于3度每秒)；

• 连锡电路板或元器件受潮,含水分过多易引起锡爆产生连锡；

• 裂纹一般是降温区温度下降过快(一般有铅焊接的温度下降斜率小于4度每秒)；

立碑现象再流焊中,片式元器件常出现立起的现象

产生的原因：立碑现象发生的根本原因是元件两边的润湿力不平衡，因而元件两端的力矩也不平衡，从而导致立碑现象的发生。

下列情况均会导致再流焊时元件两边的湿润力不平衡：

▶ 焊盘设计与布局不合理.如果焊盘设计与布局有以下缺陷,将会引起元件两边的湿润力不平衡：

• 元件的两边焊盘之一与地线相连接或有一侧焊盘面积过大,焊盘两端热容量不均匀：

• PCB表面各处的温差过大以致元件焊盘两边吸热不均匀：

• 大型器件QFP、BGA、散热器周围的小型片式元件焊盘两端会出现温度不均匀：

解决办法：改变焊盘设计与布局.

▶ 焊锡膏与焊锡膏印刷存在问题：焊锡膏的活性不高或元件的可焊性差，焊锡膏熔化后，表面张力不一样，将引起焊盘湿润力不平衡，两焊盘的焊锡膏印刷量不均匀，多的一边会因焊锡膏吸热量增多,融化时间滞后，以致湿润力不平衡；

解决办法：选用活性较高的焊锡膏，改善焊锡膏印刷参数，特别是模板的窗口尺寸；

▶ 贴片移位Z轴方向受力不均匀：会导致元件浸入到焊锡膏中的深度不均匀，熔化时会因时间差而导致两边的湿润力不平衡，如果元件贴片移位会直接导致立碑；

解决办法：调节贴片机工艺参数。

▶ 炉温曲线不正确：如果再流焊炉炉体过短和温区太少就会造成对PCB加热的工作曲线不正确，以致板面上湿差过大，从而造成湿润力不平衡。

解决办法：根据每种不同产品调节好适当的温度曲线。

▶ 氮气再流焊中的氧浓度：采取氮气保护再流焊会增加焊料的湿润力，但越来越多的例证说明，在氧气含量过低的情况下发生立碑的现象反而增多，通常认为氧含量控制在(100～500)×10的负6次方左右最为适宜；

锡珠

锡珠是再流焊中常见的缺陷之一，它不仅影响外观而且会引起桥接，锡珠可分为两类：一类出现在片式元器件一侧，常为一个独立的大球状；另一类出现在IC引脚四周，呈分散的小珠状，产生锡珠的原因很多,现分析如下：

▶ 温度曲线不正确：再流焊曲线可以分为4个区段，分别是预热、保温、再流和冷却，预热、保温的目的是为了使PCB表面温度在60～90s内升到150℃，并保温约90s，这不仅可以降低PCB及元件的热冲击，更主要是确保焊锡膏的溶剂能部分挥发，避免再流焊时因溶剂太多引起飞溅，造成焊锡膏冲出焊盘而形成锡珠。

解决办法：注意升温速率，并采取适中的预热，使之有一个很好的平台使溶剂大部分挥发。

▶ 焊锡膏的质量

• 焊锡膏中金属含量通常在(90±0.5)℅，金属含量过低会导致助焊剂成分过多，因此过多的助焊剂会因预热阶段不易挥发而引起飞珠；

• 焊锡膏中水蒸气和氧含量增加也会引起飞珠，由于焊锡膏通常冷藏，当从冰箱中取出时，如果没有确保恢复时间,，将会导致水蒸气进入。此外焊锡膏瓶的盖子每次使用后要盖紧，若没有及时盖严也会导致水蒸气的进入；

• 放在模板上印制的焊锡膏在完工后，剩余的部分应另行处理，若再放回原来瓶中，会引起瓶中焊锡膏变质，也会产生锡珠。

解决办法：选择优质的焊锡膏、注意焊锡膏的保管与使用要求。

▶ 印刷与贴片

在焊锡膏的印刷工艺中，由于模板与焊盘对中会发生偏移，若偏移过大则会导致焊锡膏浸流到焊盘外，加热后容易出现锡珠，此外印刷工作环境不好也会导致锡珠的生成，理想的印刷环境温度为25±3℃,相对湿度为50℅～65℅。

解决办法：仔细调整模板的装夹，防止松动现象，改善印刷工作环境。

贴片过程中Z轴的压力也是引起锡珠的一项重要原因，却往往不引起人们的注意，部分贴片机Z轴头是依据元件的厚度来定位的，如Z轴高度调节不当，会引起元件贴到PCB上的一瞬间将焊锡膏挤压到焊盘外的现象，这部分焊锡膏会在焊接时形成锡珠，这种情况下产生的锡珠尺寸稍大。

解决办法：重新调节贴片机的Z轴高度。

模板的厚度与开口尺寸：模板厚度与开口尺寸过大，会导致焊锡膏用量增大，也会引起焊锡膏漫流到焊盘外，特别是用化学腐蚀方法制造的摸板。

解决办法：选用适当厚度的模板和开口尺寸的设计，一般模板开口面积为焊盘尺寸的90℅。

芯吸现象

芯吸现象又称抽芯现象，是常见焊接缺陷之一，多见于气相再流焊，芯吸现象使焊料脱离焊盘而沿引脚上行到引脚与芯片本体之间,，通常会形成严重的虚焊现象，产生的原因只要是由于元件引脚的导热率大，故升温迅速，以致焊料优先湿润引脚，焊料与引脚之间的湿润力远大于焊料与焊盘之间的湿润力，此外引脚的上翘更会加剧芯吸现象的发生。

解决办法：

• 对于气相再流焊应将SMA首先充分预热后再放入气相炉中；

• 应认真检查PCB焊盘的可焊性,可焊性不好的PCB不能用于生产；

• 充分重视元件的共面性,对共面性不好的器件也不能用于生产。

在红外再流焊中，PCB基材与焊料中的有机助焊剂是红外线良好的吸收介质，而引脚却能部分反射红外线，故相比而言焊料优先熔化，焊料与焊盘的湿润力就会大于焊料与引脚之间的湿润力，故焊料不会沿引脚上升，从而发生芯吸现象的概率就小得多。

桥连

桥连是SMT生产中常见的缺陷之一，它会引起元件之间的短路,遇到桥连必须返修.引起桥连的原因很多主要有：

▶ 焊锡膏的质量问题：

• 焊锡膏中金属含量偏高，特别是印刷时间过久，易出现金属含量增高，导致IC引脚桥连；

• 焊锡膏粘度低，预热后漫流到焊盘外，

• 焊锡膏塔落度差，预热后漫流到焊盘外；

解决办法：调整焊锡膏配比或改用质量好的焊锡膏。

▶ 印刷系统

• 印刷机重复精度差，对位不齐(钢板对位不好、PCB对位不好)，致使焊锡膏印刷到焊盘外，尤其是细间距QFP焊盘；

• 模板窗口尺寸与厚度设计不对以及PCB焊盘设计Sn-pb合金镀层不均匀，导致焊锡膏偏多；

解决方法：调整印刷机、改善PCB焊盘涂覆层。

▶ 贴放压力过大、焊锡膏受压后满流是生产中多见的原因，另外贴片精度不够会使元件出现移位、IC引脚变形等；

▶ 再流焊炉升温速度过快，焊锡膏中溶剂来不及挥发。

解决办法：调整贴片机Z轴高度及再流焊炉升温速度。

波峰焊质量缺陷及解决办法

▶ 拉尖是指在焊点端部出现多余的针状焊锡,这是波峰焊工艺中特有的缺陷.

产生原因:PCB传送速度不当,预热温度低,锡锅温度低,PCB传送倾角小,波峰不良,焊剂失效,元件引线可焊性差.

解决办法：调整传送速度到合适为止，调整预热温度和锡锅温度，调整PCB传送角度，优选喷嘴，调整波峰形状，调换新的焊剂并解决引线可焊性问题。

▶ 虚焊产生原因：元器件引线可焊性差、预热温度低，焊料问题，助焊剂活性低、焊盘孔太大、引制板氧化、板面有污染、传送速度过快、锡锅温度低。

解决办法：解决引线可焊性，调整预热温度，化验焊锡的锡和杂质含量，调整焊剂密度、设计时减少焊盘孔、清除PCB氧化物、清洗板面、调整传送速度、调整锡锅温度。

▶ 锡薄产生的原因：元器件引线可焊性差，焊盘太大(需要大焊盘除外)，焊盘孔太大、焊接角度太大、传送速度过快、锡锅温度高、焊剂涂敷不均、焊料含锡量不足。

解决办法：解决引线可焊性、设计时减少焊盘及焊盘孔、减少焊接角度、调整传送速度、调整锡锅温度、检查预涂焊剂装置、化验焊料含量。

▶ 漏焊产生原因：引线可焊性差,焊料波峰不稳、助焊剂失效或喷涂不均、PCB局部可焊性差、传送链抖动、预涂焊剂和助焊剂不相溶,、工艺流程不合理。

解决办法：解决引线可焊性、检查波峰装置、更换焊剂、检查预涂焊剂装置、解决PCB可焊性(清洗或退货),检查调整传动装置,统一使用焊剂,调整工艺流程。

▶ 焊接后印制板阻焊膜起泡

SMA在焊接后会在个别焊点周围出现浅绿色的小泡，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，这种缺陷也是再流焊工艺中时常出现的问题，但以波峰焊时为多。

产生原因：阻焊膜起泡的根本原因，在于阻焊模与PCB基材之间存在气体或水蒸气，这些微量的气体或水蒸气会在不同工艺过程中夹带到其中，当遇到焊接高温时，气体膨胀而导致阻焊膜与PCB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。

下列原因之一均会导致PCB夹带水气:

• PCB在加工过程中经常需要清洗、干燥后再做下道工序,如腐刻后应干燥后再贴阻焊膜,若此时干燥温度不够,就会夹带水汽进入下道工序,在焊接时遇高温而出现气泡.

• 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,现在经常使用含水的助焊剂,若PCB预热温度不够,助焊剂中的水汽会沿通孔的孔壁进入到PCB基材的内部,其焊盘周围首先进入水汽,遇到焊接高温后就会产生气泡.  

解决办法:

• 严格控制各个生产环节，购进的PCB应检验后入库，通常PCB在260℃温度下10s内不应出现起泡现象：

• PCB应存放在通风干燥环境中，存放期不超过6个月；

• PCB在焊接前应放在烘箱中在(120±5)℃温度下预烘4小时；

• 波峰焊中预热温度应严格控制，进入波峰焊前应达到100～140℃，如果使用含水的助焊剂，其预热温度应达到110～145℃，确保水汽能挥发完。

  
  

SMA焊接后PCB基板上起泡

SMA焊接后出现指甲大小的泡状物，主要原因也是PCB基材内部夹带了水汽,，特别是多层板的加工，因为多层板由多层环氧树脂半固化片预成型再热压后而成，若环氧树脂半固化片存放期过短，树脂含量不够，预烘干去除水汽去除不干净，则热压成型后很容易夹带水汽，也会因半固片本身含胶量不够，层与层之间的结合力不够而留下气泡，此外，PCB购进后，因存放期过长，存放环境潮湿，贴片生产前没有及时预烘，受潮的PCB贴片后也易出现起泡现象。

解决办法：PCB购进后应验收后方能入库，PCB贴片前应在(120±5)℃温度下预烘4小时。

IC引脚焊接后开路或虚焊产生原因：

• 共面性差,特别是FQFP器件，由于保管不当而造成引脚变形，如果贴片机没有检查共面性的功能,有时不易被发现；

• 引脚可焊性不好、IC存放时间长、引脚发黄、可焊性不好是引起虚焊的主要原因；

• 焊锡膏质量差、金属含量低、可焊性差，通常用于FQFP器件焊接的焊锡膏，金属含量应不低于90%；

• 预热温度过高,易引起IC引脚氧化,使可焊性变差；

• 印刷模板窗口尺寸小，以致焊锡膏量不够。

解决办法:

• 注意器件的保管,不要随便拿取元件或打开包装.

• 生产中应检查元器件的可焊性，特别注意IC存放期不应过长(自制造日期起一年内)，保管时应不受高温、高湿；

• 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。

以上是线路板SMT表面贴装主要设备，还有PCB清洁机，SPI，AOI，不良品分板暂存机，X-Ray等设备。就不一一详细说了。

最后孔令图先生介绍其公司面对电子行业（手机、各种PCB、SMT 生产线、FPC、摄像头、LED 晶片）等相关行业，研发出全自动视觉异型贴装机来替代工人贴装压敏胶、PI、导电胶、双面胶、导热硅胶、散热石墨片、屏蔽盖、标签、保护膜以及读条码、二维码等工作。如下图：