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          SMT實(shí)用工藝基礎-回流焊接質(zhì)量分析
          
      
          作者：博維科技   時(shí)間：2018-08-11 15:01
          
SMT回流焊接質(zhì)量分析
          
回流焊是SMT關(guān)鍵工藝之一，表面組裝的質(zhì)量直接體現在回流焊結果中。但回流焊中出現的焊接質(zhì)量問(wèn)題不完全是回流焊工藝造成的，因為回流焊接質(zhì)量除了與焊接溫度(溫度曲線(xiàn))有直接關(guān)系以外，還與生產(chǎn)線(xiàn)設備條件、PCB焊盤(pán)和可生產(chǎn)性設計、元器件可焊性、焊膏質(zhì)量、印制電路板的加工質(zhì)量，以及SMT每道工序的工藝參數，甚至與操作人員的操作都有密切的關(guān)系。
          
下面對影響回流焊質(zhì)量的因素作簡(jiǎn)要分析：
          
15.1PCB焊盤(pán)設計
          
SMT的組裝質(zhì)量與PCB焊盤(pán)設計有著(zhù)直接和十分重要的關(guān)系。如果PCB焊盤(pán)設計正確，貼裝時(shí)少量的歪斜可以在回流焊時(shí)，由于熔融焊錫表面張力的作用而得到糾正(稱(chēng)為自定位或自校正效應)。相反，如果PCB焊盤(pán)設計不正確，即使貼裝位置十分準確，回流焊后反而會(huì )出現元件位置偏移、吊橋等焊接缺陷。
          
1.PCB焊盤(pán)設計應掌握的關(guān)鍵要素
          
根據各種元器件焊點(diǎn)結構分析(見(jiàn)圖15—1)，為了滿(mǎn)足焊點(diǎn)的可靠性要求，PCB焊盤(pán)設計應掌握以下關(guān)鍵要素：
          
 
          
 
          
圖15-1  各種元器件焊點(diǎn)結構示意圖
          
(1)對稱(chēng)，隆——兩端焊盤(pán)必須對稱(chēng)，才能保證熔融焊錫表面張力平衡。
          
(2)焊盤(pán)間足L—確保元件端頭或引腳與焊盤(pán)哈當的搭接尺寸。焊盤(pán)間距過(guò)大或過(guò)小都會(huì )引起焊接缺陷；(見(jiàn)圖15—1)。
          
(3)焊盤(pán)剩余尺寸——元件端頭或引腳與焊盤(pán)搭接后的剩余尺寸必須保證焊點(diǎn)能夠形成彎月面(見(jiàn)圖15-2)。
          
 
          
圖15-2  矩形片式元件焊盤(pán)結構示意圖
          
(4)焊盤(pán)寬度——應與元件端頭或引腳的寬度基本—致(見(jiàn)圖15-2)。
          
 2.回流焊過(guò)程易產(chǎn)生的缺陷
          
如果違反了設計要求，回流焊時(shí)就會(huì )產(chǎn)生焊接缺陷而且PCB焊盤(pán)設計的問(wèn)題在生產(chǎn)工藝中是很難甚至是無(wú)法解決的。以矩形片式元件為例：
          
(1)當焊盤(pán)間距G過(guò)大或過(guò)小時(shí)，回流焊時(shí)由于元件焊端不能與焊盤(pán)搭接交疊，會(huì )產(chǎn)生吊橋、移位(見(jiàn)15-3)。
          
 
          
圖15-5   導通孔示意圖
          
15.2焊膏質(zhì)量及焊膏的正確使用 
          
焊膏中的金屬微粉含量、金屬粉末的含氧量、粘度、觸變性都有一定要求。
          
    如果焊膏金屬微粉含量高，回流焊升溫時(shí)金屬微粉隨著(zhù)溶劑、氣體蒸發(fā)而飛濺；如金屬粉末的含氧量高，還會(huì )加劇飛濺，形成錫珠。另外，如果焊膏粘度過(guò)低或焊膏的保形性(觸變性)不好，印刷后焊膏圖形會(huì )塌陷，甚至造成粘連，回流焊時(shí)也會(huì )形成錫珠、橋接等焊接缺陷。
          
    焊膏使用不當，例如從低溫柜取出焊膏直接使用，由于焊膏的溫度比室溫低，產(chǎn)生水汽凝結，即焊膏吸收空氣中的水分，攪拌后使水汽混在焊膏中，回流焊金屬粉末氧化，飛濺形成錫珠，還會(huì )產(chǎn)生潤濕不良等問(wèn)題。
          
    在元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤(pán)氧化或被污染，以及當印制板受潮等情況下，回流焊時(shí)會(huì )產(chǎn)生潤濕不良、虛焊、錫珠、空洞等焊接缺陷。
          
15.3焊膏印刷質(zhì)量
          
    據資料統計，在PCB設計正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下，表面組裝質(zhì)量問(wèn)題中有70％出在印刷工藝上。印刷位置正確與否(印刷精度)、焊膏量的多少、焊膏量是否均勻、焊膏圖形是否清晰／有無(wú)粘連、印制板表面是否被焊膏粘污等都直接影響表面組裝板的焊接質(zhì)量。    
          
    影響印刷質(zhì)量的主要因素：    
          
    1.首先是模板質(zhì)量——模板印刷是接觸印刷，因此模板厚度與開(kāi)口尺寸確定了焊膏的印刷量。焊膏量過(guò)多會(huì )產(chǎn)生橋接，焊膏量過(guò)少會(huì )產(chǎn)生焊錫不足或虛焊。模板開(kāi)口形狀以及開(kāi)口是否光滑也會(huì )影響脫模質(zhì)量。模板開(kāi)口一定要喇叭口向下，否則脫模時(shí)會(huì )從喇叭口倒角處帶出焊膏。    
          
    2.焊膏質(zhì)量——焊膏的粘度、印刷性(滾動(dòng)性、轉移性)、觸變陛、常溫下的使用壽命等都會(huì )影響印刷質(zhì)量。如果焊膏的印刷性不好，嚴重時(shí)焊膏只是在模板上滑動(dòng)，這種情況下是根本印不上焊膏的。    
          
    3.印刷工藝參數——焊膏是觸變流體，具有粘性。當刮刀以一定速度和角度向前移動(dòng)時(shí)，推動(dòng)焊膏在刮板前滾動(dòng)，產(chǎn)生將焊膏注入網(wǎng)孔或漏孔所需的壓力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板與網(wǎng)板交接處產(chǎn)生切變，切變力使焊膏的粘性下降，有利于焊膏順利地注入網(wǎng)孔或漏孔。刮刀速度、刮刀壓力、刮刀與網(wǎng)板的角度以及焊膏的粘度之間都存在一定的制約關(guān)系，因此只有正確控制這些參數，才能保證焊膏的印刷質(zhì)量。例如刮刀壓力過(guò)大、印刷時(shí)會(huì )造成焊膏圖形粘連：印刷速度過(guò)快容易造成焊膏量不足；如沒(méi)有及時(shí)將模板底部的殘留焊膏檫干凈，印刷時(shí)使焊膏粘污焊盤(pán)以外的地方等等。這些因素都會(huì )引起橋接、虛焊、錫珠等焊接缺陷。
          
    4.設備精度方面——在印刷高密度窄間距產(chǎn)品時(shí)，印刷機的印刷精度和重復印刷精度也會(huì )起一定的作用。如果印刷機沒(méi)有配置視覺(jué)對中系統，即使人工圖形對準時(shí)很精細，PCB的焊盤(pán)圖形與模板漏孔圖形完全重合，但對于PCB的加工誤差還是無(wú)法解決的。
          
    5.對回收焊膏的使用與管理環(huán)境溫度、濕度、以及環(huán)境衛生，對焊點(diǎn)質(zhì)量都有影響?；厥盏暮父嗯c新焊膏要分別存放，環(huán)境溫度過(guò)高會(huì )降低焊膏粘度，濕度過(guò)大時(shí)焊膏會(huì )吸收空氣中的水分，濕度過(guò)小時(shí)會(huì )加速焊膏中溶劑的揮發(fā)，環(huán)境中灰塵混入焊膏中也會(huì )使焊點(diǎn)產(chǎn)生針孔。
          
15.4貼裝元器件    .
          
    貼裝質(zhì)量的三要素是：元件正確、位置準確、壓力(貼片高度)合適。
          
    1.元件正確——要求各裝配位號元器件的類(lèi)型、 型號、標稱(chēng)值和極性等特征標記要符合產(chǎn)品的裝配圖和明細表要求，不能貼錯位置。
          
    2.位置準確——元器件的端頭或引腳均和焊盤(pán)圖形要盡量3寸齊、居中。
          
    元器件貼裝位置要滿(mǎn)足工藝要求。因為兩個(gè)端頭Chip元件自定位效應的作用比較大，貼裝時(shí)元件長(cháng)度方向兩個(gè)端頭只要搭接到相應的焊盤(pán)上，寬度方向有1／2搭接在焊盤(pán)上，回流焊時(shí)能夠自定位，但如果其中一個(gè)端頭沒(méi)有搭接到焊盤(pán)上，回流焊時(shí)就會(huì )產(chǎn)生移位或吊橋。對于SOP、SOJ、QFP、PLCC等器件的自定位作用比較小，貼裝偏移是不能通過(guò)回流焊糾正的； 因此，貼裝時(shí)必須保證引腳寬度的3／4處于焊盤(pán)上，引腳的趾部和跟部也應在焊盤(pán)上。如果貼裝位置超出允許偏差范圍，必須進(jìn)行人工撥正后再進(jìn)入回流焊爐焊接；否則，回流焊后必須返修，會(huì )造成工時(shí)、材料浪費，甚至會(huì )影響產(chǎn)品可靠性。生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現貼裝位置超出允許偏差范圍時(shí)應及時(shí)正貼裝坐標。
          
    手工貼裝時(shí)要求貼裝位置準確，引腳與焊盤(pán)對齊、居中，切勿貼放不準，在焊膏上拖動(dòng)找正，以免焊膏圖形粘連，造成橋接。
          
    3.壓力(貼片高度)合適。
          
    貼片壓力(高度)要恰當合適，元器件焊端或引腳不小于1／2厚度要浸入焊膏。對于一般元器件貼片時(shí)的焊膏擠出量(長(cháng)度)應小于0.2mm，對于窄間距元器件貼片時(shí)的焊膏擠出量(長(cháng)度)應小于0.1mm。貼片壓力過(guò)小，元器件焊端或引腳浮在焊膏表面，焊膏粘不住元器件，在傳遞和回流焊時(shí)容易產(chǎn)生位置移動(dòng)；貼片壓力過(guò)大，焊膏擠出量過(guò)多，容易造成焊膏粘連，回流焊時(shí)容易產(chǎn)生橋接，嚴重日姬會(huì )損壞元器件。
          
15.5回流焊溫度曲線(xiàn)
          
    溫度曲線(xiàn)是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，實(shí)時(shí)溫度曲線(xiàn)和焊膏溫度曲線(xiàn)的升溫斜率和峰值溫度應基本一致。160℃前的升溫速度控制在1—2℃／s。如果升溫斜率速度太快，一方面使元器件及PCB受熱太決，易損壞元器件和造成PCB變形。另一方面，焊膏中的熔劑揮發(fā)速度太快，容易濺出金屬成份，產(chǎn)生錫珠。峰值溫度一般設定在比焊膏金屬熔點(diǎn)高30-40℃左右(例如63Sn／37Pb焊膏的熔點(diǎn)為183℃，峰值溫度應設置在215℃左右)，回流時(shí)間為30~60s。峰值溫度低或回流時(shí)間短，會(huì )使焊接不充分，嚴重時(shí)會(huì )造成焊膏不熔。峰值溫度過(guò)高或回流時(shí)間過(guò)長(cháng)，容易造成金屬粉末氧化，影響焊接質(zhì)量；甚至會(huì )損壞元器件和印制板。
          
    設置回流焊溫度曲線(xiàn)的依據：
          
    1.根據使用焊膏的溫度曲線(xiàn)進(jìn)行設置。不同金屬含量的焊膏有不同的溫度曲線(xiàn)，應按照焊膏供應商提供的溫度曲線(xiàn)進(jìn)行具體產(chǎn)品的回流焊溫度曲線(xiàn)設置。
          
    2.根據PCB板的材料、厚度、是否多層板、尺寸大小進(jìn)行設置。
          
    3.根據表面組裝板搭載元器件的密度、元器件的大小以及有無(wú)BGA、CSP等特殊元器件進(jìn)行設置。
          
    4.此外，根據設備的具體隋況，例如加熱區的長(cháng)度、加熱源的材料、回流焊爐的構造和熱傳導方式等因素進(jìn)行設置。
          
    熱風(fēng)(回流)爐和紅外(回流)爐有很大區別，紅外爐主要是輻射傳導，其優(yōu)點(diǎn)是熱效率高，溫度陡度大，易控制溫度曲線(xiàn)；雙面焊時(shí)，PCB上、下溫度易控制；其缺點(diǎn)是溫度不均勻。在同一塊PCB上由于器件線(xiàn)的要求。
          
    5.根據溫度傳感器的實(shí)際位置確定各溫區的設置溫度，若溫度傳感器位置在發(fā)熱體內部，設置溫度比實(shí)際溫度高30℃左右。
          
    6.根據排風(fēng)量的大小進(jìn)行設置。一般回流焊爐對排風(fēng)量都有具體要求，但實(shí)際排風(fēng)量因各種原因有時(shí)會(huì )有所變化，確定一個(gè)產(chǎn)品的溫度曲線(xiàn)時(shí)，因考慮排風(fēng)量，并定時(shí)測量。
          
15.6回流焊設備的質(zhì)量
          
    回流焊質(zhì)量與設備有著(zhù)十分密切的關(guān)系，影響回流焊質(zhì)量的有以下主要參數：
          
    1.溫度控制精度應達到土0.1～0.2℃；(溫度傳感器的靈敏度要滿(mǎn)足要求)。
          
    2.傳輸帶橫向溫差要求土5℃以下，否則很難保證焊接質(zhì)量。
          
    3.傳送帶寬度要滿(mǎn)足最大PCB尺寸要求。
          
    4.加熱區長(cháng)度越長(cháng)、加熱區數量越多，越容易調整和控制溫度曲線(xiàn)。一般中小批量生產(chǎn)選擇4-5個(gè)溫區，加熱區長(cháng)度1.8m左右的回流爐即能滿(mǎn)足要求。另外，上、下加熱器應獨立控溫，以便調整和控制溫度曲線(xiàn)。
          
    5.最高加熱溫度一般為300~350℃+，如果考慮無(wú)鉛焊料或金屬基板，應選擇350℃以上。
          
    6.傳送帶運行要平穩，傳送帶震動(dòng)會(huì )造成移位、吊橋、冷焊等焊接缺陷。
          
    7.應具備溫度曲線(xiàn)測試功能，如果設備無(wú)此配置，應外購溫度曲線(xiàn)采集器。    
          
      從以上分析可以看出，PCB設計和加工質(zhì)量、元器件和焊膏質(zhì)量是保證回流焊質(zhì)量的基礎，因為這些問(wèn)題在生產(chǎn)工藝中是很難甚至是無(wú)法解決的。 同時(shí)也可以看出，只要PCB設計正確，PCB、元器件和焊膏的質(zhì)量都是合格的，回流焊質(zhì)量是可以通過(guò)印刷、貼裝、回流焊每道工序的工藝來(lái)控制的。
          
 
          


          
	
          
	
	
          
	
          
	


          

	
    
	
          

          








          

          


          

          

          


          

          


          


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