回流焊中出现的缺陷及其解决方案

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1、回流焊中出现的缺陷及其解决方案 焊接缺陷可以分为主要缺陷,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， 一， 回流焊中的锡珠 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

2、，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

3、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 14/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

4、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

5、过程的质量控制。 二 立片问题（曼哈顿现象） 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

6、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 12min 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

7、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 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

8、，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 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

9、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

10、生 产。 五 焊接后印制板阻焊膜起泡 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

11、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 105/4H6H； 六 PCB 扭曲 六 PCB 扭曲 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

12、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。 （4） 回流焊中温度过高也会造成 PCB 的扭曲。 针对上述原因，其解决办法如下： 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；

13、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。 七 IC 引脚焊接后引脚开路/虚焊 七 IC 引脚焊接后引脚开路/虚焊 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）

14、。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。 八 片式元件开裂 八 片式元件开裂 在 SMC 生产中，片式元件

15、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。 （3） PCB 的曲翘应力，特别是焊接后，曲翘应力容易造成元件的开裂。 （4） 一些拼板的 PCB 在分割时会损坏元件。 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

16、 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。 九 其他常见的焊接缺陷 九 其他常见的焊接缺陷 （1）差的润湿性 差的润湿性，表现在 PCB 焊盘吃锡不好或元件引脚吃锡不好。产生的原因：元件引脚 PCB 焊盘已 氧化污染；过高的回流温度；锡膏质量差。均会导致润湿性差，严重时会出现虚焊。 （2） 锡量很少 锡量很少，表现在焊点不饱满，IC 引脚根弯月面小。产生原因：印刷模板窗口小；灯芯现象（温度 曲线差） ；锡膏金属含量低。这些均会导致锡量小，焊点强度不够。 （3） 引脚受损 引脚受损，表现在器件引脚共面性不好或弯曲，直接影响焊接质量。 产生原因：运输/取放时碰坏。为此应小心地保管元器件，特别是 FQFP. （4） 污染物覆盖了焊盘 污染物覆盖了焊盘，生产中时有发生。 产生原因：来自现场的纸片、来自卷带的异物、人手触摸 PCB 焊盘或元