再流焊的品質受諸多因素的影響,最重要的因素是再流焊爐的溫度曲線及焊錫膏的成分參數.現在常用的高性能再流焊爐,已能比較方便地精確控制、調整溫度曲線.相比之下,在高密度與小型化的趨勢中,焊錫膏的印刷就成了再流焊質量的關鍵.
焊錫膏合金粉末的顆粒形狀與窄間距器件的焊接質量有關,焊錫膏的粘度與成分也必須選用適當.另外,焊錫膏一般冷藏儲存,取用時待恢復到室溫后,才能開蓋,要特別注意避免因溫差使焊錫膏混入水汽,需要時用攪拌機攪勻焊錫膏.
焊接設備的影響
有時,再流焊設備的傳送帶震動過大也是影響焊接質量的因素之一.
再流焊工藝的影響
在排除了焊錫膏印刷工藝與貼片工藝的品質異常之后,再流焊工藝本身也會導致以下品質異常:
①、冷焊通常是再流焊溫度偏低或再流區的時間不足.
②、錫珠預熱區溫度爬升速度過快(一般要求,溫度上升的斜率小于3度每秒).
③、連錫電路板或元器件受潮,含水分過多易引起錫爆產生連錫.
④、裂紋一般是降溫區溫度下降過快(一般有鉛焊接的溫度下降斜率小于4度每秒).
立碑現象再流焊中,片式元器件常出現立起的現象
產生的原因:立碑現象發生的根本原因是元件兩邊的潤濕力不平衡,因而元件兩端的力矩也不平衡,從而導致立碑現象的發生.
下列情況均會導致再流焊時元件兩邊的濕潤力不平衡:
1.1、焊盤設計與布局不合理.如果焊盤設計與布局有以下缺陷,將會引起元件兩邊的濕潤力不平衡.
1.1.1、元件的兩邊焊盤之一與地線相連接或有一側焊盤面積過大,焊盤兩端熱容量不均勻;
1.1.2、PCB表面各處的溫差過大以致元件焊盤兩邊吸熱不均勻;
1.1.3、大型器件QFP、BGA、散熱器周圍的小型片式元件焊盤兩端會出現溫度不均勻.
解決辦法:改變焊盤設計與布局.
1.2、焊錫膏與焊錫膏印刷存在問題.焊錫膏的活性不高或元件的可焊性差,焊錫膏熔化后,表面張力不一樣,將引起焊盤濕潤力不平衡.兩焊盤的焊錫膏印刷量不均勻,多的一邊會因焊錫膏吸熱量增多,融化時間滯后,以致濕潤力不平衡.
解決辦法:選用活性較高的焊錫膏,改善焊錫膏印刷參數,特別是模板的窗口尺寸.
1.3、貼片移位Z軸方向受力不均勻,會導致元件浸入到焊錫膏中的深度不均勻,熔化時會因時間差而導致兩邊的濕潤力不平衡.如果元件貼片移位會直接導致立碑.
解決辦法:調節貼片機工藝參數.
1.4、爐溫曲線不正確,如果再流焊爐爐體過短和溫區太少就會造成對PCB加熱的工作曲線不正確,以致板面上濕差過大,從而造成濕潤力不平衡.
解決辦法:根據每種不同產品調節好適當的溫度曲線.
1.5、氮氣再流焊中的氧濃度.采取氮氣保護再流焊會增加焊料的濕潤力,但越來越多的例證說明,在氧氣含量過低的情況下發生立碑的現象反而增多;通常認為氧含量控制在(100～500)×10的負6次方左右最為適宜.
錫珠
錫珠是再流焊中常見的缺陷之一,它不僅影響外觀而且會引起橋接.錫珠可分為兩類,一類出現在片式元器件一側,常為一個獨立的大球狀;另一類出現在IC引腳四周,呈分散的小珠狀.產生錫珠的原因很多,現分析如下:
2.1、溫度曲線不正確.再流焊曲線可以分為4個區段,分別是預熱、保溫、再流和冷卻.預熱、保溫的目的是為了使PCB表面溫度在60～90s內升到150℃,并保溫約90s,這不僅可以降低PCB及元件的熱沖擊,更主要是確保焊錫膏的溶劑能部分揮發,避免再流焊時因溶劑太多引起飛濺,造成焊錫膏沖出焊盤而形成錫珠.
解決辦法:注意升溫速率,并采取適中的預熱,使之有一個很好的平臺使溶劑大部分揮發.
2.2、焊錫膏的質量
2.2.1、焊錫膏中金屬含量通常在(90±0.5)℅,金屬含量過低會導致助焊劑成分過多,因此過多的助焊劑會因預熱階段不易揮發而引起飛珠.
2.2.2、焊錫膏中水蒸氣和氧含量增加也會引起飛珠.由于焊錫膏通常冷藏,當從冰箱中取出時,如果沒有確保恢復時間,將會導致水蒸氣進入;此外焊錫膏瓶的蓋子每次使用后要蓋緊,若沒有及時蓋嚴,也會導致水蒸氣的進入.
放在模板上印制的焊錫膏在完工后.剩余的部分應另行處理,若再放回原來瓶中,會引起瓶中焊錫膏變質,也會產生錫珠.
解決辦法:選擇優質的焊錫膏,注意焊錫膏的保管與使用要求.
2.3、印刷與貼片
2.3.1、在焊錫膏的印刷工藝中,由于模板與焊盤對中會發生偏移,若偏移過大則會導致焊錫膏浸流到焊盤外,加熱后容易出現錫珠.此外印刷工作環境不好也會導致錫珠的生成,理想的印刷環境溫度為25±3℃,相對濕度為50℅～65℅.
解決辦法:仔細調整模板的裝夾,防止松動現象.改善印刷工作環境.
2.3.2、貼片過程中Z軸的壓力也是引起錫珠的一項重要原因,卻往往不引起人們的注意.部分貼片機Z軸頭是依據元件的厚度來定位的,如Z軸高度調節不當,會引起元件貼到PCB上的一瞬間將焊錫膏擠壓到焊盤外的現象,這部分焊錫膏會在焊接時形成錫珠.這種情況下產生的錫珠尺寸稍大.
解決辦法:重新調節貼片機的Z軸高度.
2.3.3、模板的厚度與開口尺寸.模板厚度與開口尺寸過大,會導致焊錫膏用量增大,也會引起焊錫膏漫流到焊盤外,特別是用化學腐蝕方法制造的摸板.
解決辦法:選用適當厚度的模板和開口尺寸的設計,一般模板開口面積為焊盤尺寸的90℅.
芯吸現象
芯吸現象又稱抽芯現象,是常見焊接缺陷之一,多見于氣相再流焊.芯吸現象使焊料脫離焊盤而沿引腳上行到引腳與芯片本體之間,通常會形成嚴重的虛焊現象.產生的原因只要是由于元件引腳的導熱率大,故升溫迅速,以致焊料優先濕潤引腳,焊料與引腳之間的濕潤力遠大于焊料與焊盤之間的濕潤力,此外引腳的上翹更會加劇芯吸現象的發生.
解決辦法:
3.1、對于氣相再流焊應將SMA首先充分預熱后再放入氣相爐中;
3.2、應認真檢查PCB焊盤的可焊性,可焊性不好的PCB不能用于生產;
3.3、充分重視元件的共面性,對共面性不好的器件也不能用于生產.
在紅外再流焊中,PCB基材與焊料中的有機助焊劑是紅外線良好的吸收介質,而引腳卻能部分反射紅外線,故相比而言焊料優先熔化,焊料與焊盤的濕潤力就會大于焊料與引腳之間的濕潤力,故焊料不會沿引腳上升,從而發生芯吸現象的概率就小得多.
橋連
橋連是SMT生產中常見的缺陷之一,它會引起元件之間的短路,遇到橋連必須返修.引起橋連的原因很多主要有:
4.1、焊錫膏的質量問題.
4.1.1、焊錫膏中金屬含量偏高,特別是印刷時間過久,易出現金屬含量增高,導致IC引腳橋連;
4.1.2、焊錫膏粘度低,預熱后漫流到焊盤外;
4.1.3、焊錫膏塔落度差,預熱后漫流到焊盤外;
解決辦法:調整焊錫膏配比或改用質量好的焊錫膏.
4.2、印刷系統
4.2.1、印刷機重復精度差,對位不齊(鋼板對位不好、PCB對位不好),.致使焊錫膏印刷到焊盤外,尤其是細間距QFP焊盤;
4.2.2、模板窗口尺寸與厚度設計不對以及PCB焊盤設計Sn-pb合金鍍層不均勻,導致焊錫膏偏多.
解決方法:調整印刷機,改善PCB焊盤涂覆層;
4.3、貼放壓力過大,焊錫膏受壓后滿流是生產中多見的原因.另外貼片精度不夠會使元件出現移位、IC引腳變形等.
4.4、再流焊爐升溫速度過快,焊錫膏中溶劑來不及揮發.
解決辦法:調整貼片機Z軸高度及再流焊爐升溫速度.
波峰焊質量缺陷及解決辦法
5.1、拉尖是指在焊點端部出現多余的針狀焊錫,這是波峰焊工藝中特有的缺陷.
產生原因:PCB傳送速度不當,預熱溫度低,錫鍋溫度低,PCB傳送傾角小,波峰不良,焊劑失效,元件引線可焊性差.
解決辦法:調整傳送速度到合適為止,調整預熱溫度和錫鍋溫度,調整PCB傳送角度,優選噴嘴,調整波峰形狀,調換新的焊劑并解決引線可焊性問題.
5.2、虛焊產生原因:元器件引線可焊性差,預熱溫度低,焊料問題,助焊劑活性低,焊盤孔太大,引制板氧化,板面有污染,傳送速度過快,錫鍋溫度低.
解決辦法:解決引線可焊性,調整預熱溫度,化驗焊錫的錫和雜質含量,調整焊劑密度,設計時減少焊盤孔,清除PCB氧化物,清洗板面,調整傳送速度,調整錫鍋溫度.
5.3、錫薄產生的原因:元器件引線可焊性差,焊盤太大(需要大焊盤除外),焊盤孔太大,焊接角度太大,傳送速度過快,錫鍋溫度高,焊劑涂敷不均,焊料含錫量不足.
解決辦法:解決引線可焊性,設計時減少焊盤及焊盤孔,減少焊接角度,調整傳送速度,調整錫鍋溫度,檢查預涂焊劑裝置,化驗焊料含量.
5.4、漏焊產生原因:引線可焊性差,焊料波峰不穩,助焊劑失效或噴涂不均,PCB局部可焊性差,傳送鏈抖動,預涂焊劑和助焊劑不相溶,工藝流程不合理.
解決辦法:解決引線可焊性,檢查波峰裝置,更換焊劑,檢查預涂焊劑裝置,解決PCB可焊性(清洗或退貨),檢查調整傳動裝置,統一使用焊劑,調整工藝流程.
5.5、焊接后印制板阻焊膜起泡
SMA在焊接后會在個別焊點周圍出現淺綠色的小泡,嚴重時還會出現指甲蓋大小的泡狀物,不僅影響外觀質量,嚴重時還會影響性能,這種缺陷也是再流焊工藝中時常出現的問題,但以波峰焊時為多.
產生原因:阻焊膜起泡的根本原因在于阻焊模與PCB基材之間存在氣體或水蒸氣,這些微量的氣體或水蒸氣會在不同工藝過程中夾帶到其中,當遇到焊接高溫時,氣體膨脹而導致阻焊膜與PCB基材的分層,焊接時,焊盤溫度相對較高,故氣泡首先出現在焊盤周圍.
下列原因之一均會導致PCB夾帶水氣:
5.5.1、PCB在加工過程中經常需要清洗、干燥后再做下道工序,如腐刻后應干燥后再貼阻焊膜,若此時干燥溫度不夠,就會夾帶水汽進入下道工序,在焊接時遇高溫而出現氣泡.
5.5.2、PCB加工前存放環境不好,濕度過高,焊接時又沒有及時干燥處理.
5.5.3、在波峰焊工藝中,現在經常使用含水的助焊劑,若PCB預熱溫度不夠,助焊劑中的水汽會沿通孔的孔壁進入到PCB基材的內部,其焊盤周圍首先進入水汽,遇到焊接高溫后就會產生氣泡.
解決辦法:
5.5.4、嚴格控制各個生產環節,購進的PCB應檢驗后入庫,通常PCB在260℃溫度下10s內不應出現起泡現象.
5.5.5、PCB應存放在通風干燥環境中,存放期不超過6個月;
5.5.6、PCB在焊接前應放在烘箱中在(120±5)℃溫度下預烘4小時.
5.5.7、波峰焊中預熱溫度應嚴格控制,進入波峰焊前應達到100～140℃,如果使用含水的助焊劑,其預熱溫度應達到110～145℃,確保水汽能揮發完.
SMA焊接后PCB基板上起泡
SMA焊接后出現指甲大小的泡狀物,主要原因也是PCB基材內部夾帶了水汽,特別是多層板的加工.因為多層板由多層環氧樹脂半固化片預成型再熱壓后而成,若環氧樹脂半固化片存放期過短,樹脂含量不夠,預烘干去除水汽去除不干凈,則熱壓成型后很容易夾帶水汽.也會因半固片本身含膠量不夠,層與層之間的結合力不夠而留下氣泡.此外,PCB購進后,因存放期過長,存放環境潮濕,貼片生產前沒有及時預烘,受潮的PCB貼片后也易出現起泡現象.
解決辦法:PCB購進后應驗收后方能入庫;PCB貼片前應在(120±5)℃溫度下預烘4小時.
IC引腳焊接后開路或虛焊
產生原因:
7.1、共面性差,特別是FQFP器件,由于保管不當而造成引腳變形,如果貼片機沒有檢查共面性的功能,有時不易被發現.
7.2、引腳可焊性不好,IC存放時間長,引腳發黃,可焊性不好是引起虛焊的主要原因.
7.3、焊錫膏質量差,金屬含量低,可焊性差,通常用于FQFP器件焊接的焊錫膏,金屬含量應不低于90%.
7.4、預熱溫度過高,易引起IC引腳氧化,使可焊性變差.
7.5、印刷模板窗口尺寸小,以致焊錫膏量不夠.
解決辦法:
7.6、注意器件的保管,不要隨便拿取元件或打開包裝.
7.7、生產中應檢查元器件的可焊性,特別注意IC存放期不應過長(自制造日期起一年內),保管時應不受高溫、高濕.]
7.8、仔細檢查模板窗口尺寸,不應太大也不應太小,并且注意與PCB焊盤尺寸相配套.
