消除smt焊接缺陷做到有的放矢
来源：龙人计算机研究所 作者：站长 时间：2011-05-31 09:30:14
在SMT出产过程中，我们都但愿基板从贴装工序开始，到焊接工序结束，质量处于零缺陷状态，但实际上这很难达到。因为SMT出产工序较多，不能保证每道工序不泛起一点点差错，因此在SMT出产过程中我们会遇到一些焊接缺陷。这些焊接缺陷通常是由多种原因所造成的，对于每种缺陷，我们应分析其产生的根本原因，这样在消除这些缺陷时才能做到有的放矢。
桥 接
桥接常常泛起在引脚较密的IC上或间距较小的片状元件间，这种缺陷在我们的检修尺度中属于重大不良，会严峻影响产品的电气机能，所以必需要加以根除。
产生桥接的主要原因是因为焊膏过量或焊膏印刷后的错位、塌边。
焊膏过量
焊膏过量是因为不恰当的模板厚度及开孔尺寸造成的。通常情况下，我们选择使用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，如表1所示。
印刷错位
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，将会由于定位误差产生印刷错位，从而产生桥接。
焊膏塌边
造成焊膏塌边的现象有以下三种
1.印刷塌边
焊膏印刷时发生的塌边。这与焊膏特性，模板、印刷参数设定有很大关系：焊膏的粘度较低，保形性不好，印刷后轻易塌边、桥接；模板孔壁若粗拙不平，印出的焊膏也轻易发生塌边、桥接；过大的刮刀压力会对焊膏产生比较大的冲击力，焊膏形状被破坏，发生塌边的概率也大大增加。
对策：选择粘度较高的焊膏；采用激光切割模板；降低刮刀压力。
2.贴装时的塌边
当贴片机在贴装SOP、QFP类集成电路时，其贴装压力要设定恰当。压力过大会使焊膏形状变化而发生塌边。
对策：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。
3.焊接加热时的塌边
在焊接加热时也会发生塌边。当印制板组件在快速升温时，焊膏中的溶剂成分就会挥发出来，假如挥发速渡过快，会将焊料颗粒挤出焊区，形成加热时的塌边。
对策：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。
焊锡球
焊锡球也是回流焊接中常常遇到的一个题目。通常片状元件侧面或细间距引脚之间经常泛起焊锡球。
焊锡球多因为焊接过程中加热的急速造成焊料的飞散所致。除了与前面提到的印刷错位、塌边有关外，还与焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料颗粒的粗细（粒度）、助焊剂活性等有关。
1.焊膏粘度
粘度效果较好的焊膏，其粘接力会抵消加热时排放溶剂的冲击力，可以阻止焊膏塌落。
2.焊膏氧化程度
焊膏接触空气后，焊料颗粒表面可能产生氧化，而实验证实焊锡球的发生率与焊膏氧化物的百分率咸正比。一般焊膏的氧化物应控制在0.03％左右，最大值不要超过0.15％。
3.焊料颗粒的粗细
焊料颗粒的平均性不一致，若其中含有大量的20μm以下的粒子，这些粒子的相对面积较大，极易氧化，最易形成焊锡球。另外在溶剂挥发过程中，也极易将这些小粒子从焊盘上冲走，增加焊锡球产生的机会。一般要求25um以下粒子数不得超过焊料颗粒总数的5％。
4.焊膏吸湿
这种情况可分为两类：焊膏使用前从冰箱拿出后立刻开盖致使水汽凝聚；再流焊接前干燥不充分残留溶剂，焊膏在焊接加热时引起溶剂、水分的沸起飞溅，将焊料颗粒溅射到印制板上形成焊锡球。根据这两种不同情况，我们可采取以下两种不同措施：
（1）焊膏从冰箱中掏出，不应立刻开盖，而应在室温下回温，待温度不乱后开盖使用。
（2）调整回流焊接温度曲线，使焊膏焊接前得到充分的预热。
5.助焊剂活性
当助焊剂活性较低时，也易产生焊锡球。免洗焊锡的活性一般比松香型和水溶型焊膏的活性稍低，在使用时应留意其焊锡球的天生情况。
6.网板开孔
合适的模板开孔外形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％，同时推荐采用如图3列举的一些模板开孔设计。
7.印制板清洗
印制板印错后需清洗，若清洗不干净，印制板表面和过孔内就会有残余的焊膏，焊接时就会形成焊锡球。因此要加强操纵员在出产过程中的责任心，严格按照工艺要求进行出产，加强工艺过程的质量控制。
立 碑
在表面贴装工艺的回流焊接过程中，贴片元件会产生因翘立而脱焊的缺陷，如图4，人们形象地称之为“立碑”现象（也有人称之为“曼哈顿”现象）。
“立碑”现象常发生在CHIP元件（如贴片电容和贴片电阻）的回流焊接过程中，元件体积越小越轻易发生。特别是1005或更小钓0603贴片元件出产中，很难消除“立碑”现象。
“立碑”现象的产生是因为元件两端焊盘上的焊膏在回流熔化时，元件两个焊真个表面张力不平衡，张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转而致。造成张力不平衡的因素也良多，下面迁就一些主要因素作扼要分析。
1.预热期
当预热温度设置较低、预热时间设置较短，元件两端焊膏不同时熔化的概率就大大增加，从而导致两端张力不平衡形成“立碑”，因此要准确设置预热期工艺参数。根据我们的经验，预热温度一般150+10℃，时间为60-90秒左右。
2.焊盘尺寸
设计片状电阻、电容焊盘时，应严格保持其全面的对称性，即焊盘图形的外形与尺寸应完全一致，以保证焊膏熔融时，作用于元件上焊点的协力为零，以利于形成理想的焊点。设计是制造过程的第一步，焊盘设计不当可能是元件直立的主要原因。详细的焊盘设计尺度可参阅IPC-782《表面贴装设计与焊盘布局尺度入事实上，超过元件太多的焊盘可能答应元件在焊锡潮湿过程中滑动，从而导致把元件拉出焊盘的一端。
对于小型片状元件，为元件的一端设计不同的焊盘尺寸，或者将焊盘的一端连接到地线板上，也可能导致元件直立。不同焊盘尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盘加热和锡膏活动时间。在回流期间，元件简直是飘浮在液体的焊锡上，当焊锡固化时达到其终极位置。焊盘上不同的潮湿力可能造成附着力的缺乏和元件的旋转。在一些情况中，延长液化温度以上的时间可以减少元件直立。
3.焊膏厚度
当焊膏厚度变小时，立碑现象就会大幅减小。这是因为：（1）焊膏较薄，焊膏熔化时的表面张力随之减小。（2）焊膏变薄，整个焊盘热容量减小，两个焊盘上焊膏同时熔化的概率大大增加。焊膏厚度是由模板厚度决定的，表2是使用o.1mm与0.2mm厚模板的立碑现象比较，采用的是1608元件。一般在使用1608以下元件时，推荐采用0.15mm以下模板。
4.贴装偏移
一般情况下，贴装时产生的元件偏移，在回流过程中会因为焊膏熔化时的表面张力拉动元件而自动纠正，我们称之为“自适应”，但偏移严峻，拉动反而会使元件立起产生“立碑”现象。这是由于：（1）与元件接触较多的焊锡端得到更多热容量，从而先熔化。（2）元件两端与焊膏的粘力不同。所以应调整好元件的贴片精度，避免产生较大的贴片偏差。
5.元件重量
较轻的元件“立碑”现象的发生率较高，这是由于不均衡的张力可以很轻易地拉动元件。所以在选取元件时如有可能，应优先选择尺寸重量较大的元件。
关于这些焊接缺陷的解决措施良多，但往往相互制约。如进步预热温度可有效消除立碑，但却有可能由于加热速度变快而产生大量的焊锡球。因此在解决这些题目时应从多个方面进行考虑，选择一个折中方案。
桥 接
桥接常常泛起在引脚较密的IC上或间距较小的片状元件间，这种缺陷在我们的检修尺度中属于重大不良，会严峻影响产品的电气机能，所以必需要加以根除。
产生桥接的主要原因是因为焊膏过量或焊膏印刷后的错位、塌边。
焊膏过量
焊膏过量是因为不恰当的模板厚度及开孔尺寸造成的。通常情况下，我们选择使用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，如表1所示。
印刷错位
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，将会由于定位误差产生印刷错位，从而产生桥接。
焊膏塌边
造成焊膏塌边的现象有以下三种
1.印刷塌边
焊膏印刷时发生的塌边。这与焊膏特性，模板、印刷参数设定有很大关系：焊膏的粘度较低，保形性不好，印刷后轻易塌边、桥接；模板孔壁若粗拙不平，印出的焊膏也轻易发生塌边、桥接；过大的刮刀压力会对焊膏产生比较大的冲击力，焊膏形状被破坏，发生塌边的概率也大大增加。
对策：选择粘度较高的焊膏；采用激光切割模板；降低刮刀压力。
2.贴装时的塌边
当贴片机在贴装SOP、QFP类集成电路时，其贴装压力要设定恰当。压力过大会使焊膏形状变化而发生塌边。
对策：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。
3.焊接加热时的塌边
在焊接加热时也会发生塌边。当印制板组件在快速升温时，焊膏中的溶剂成分就会挥发出来，假如挥发速渡过快，会将焊料颗粒挤出焊区，形成加热时的塌边。
对策：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。
焊锡球
焊锡球也是回流焊接中常常遇到的一个题目。通常片状元件侧面或细间距引脚之间经常泛起焊锡球。
焊锡球多因为焊接过程中加热的急速造成焊料的飞散所致。除了与前面提到的印刷错位、塌边有关外，还与焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料颗粒的粗细（粒度）、助焊剂活性等有关。
1.焊膏粘度
粘度效果较好的焊膏，其粘接力会抵消加热时排放溶剂的冲击力，可以阻止焊膏塌落。
2.焊膏氧化程度
焊膏接触空气后，焊料颗粒表面可能产生氧化，而实验证实焊锡球的发生率与焊膏氧化物的百分率咸正比。一般焊膏的氧化物应控制在0.03％左右，最大值不要超过0.15％。
3.焊料颗粒的粗细
焊料颗粒的平均性不一致，若其中含有大量的20μm以下的粒子，这些粒子的相对面积较大，极易氧化，最易形成焊锡球。另外在溶剂挥发过程中，也极易将这些小粒子从焊盘上冲走，增加焊锡球产生的机会。一般要求25um以下粒子数不得超过焊料颗粒总数的5％。
4.焊膏吸湿
这种情况可分为两类：焊膏使用前从冰箱拿出后立刻开盖致使水汽凝聚；再流焊接前干燥不充分残留溶剂，焊膏在焊接加热时引起溶剂、水分的沸起飞溅，将焊料颗粒溅射到印制板上形成焊锡球。根据这两种不同情况，我们可采取以下两种不同措施：
（1）焊膏从冰箱中掏出，不应立刻开盖，而应在室温下回温，待温度不乱后开盖使用。
（2）调整回流焊接温度曲线，使焊膏焊接前得到充分的预热。
5.助焊剂活性
当助焊剂活性较低时，也易产生焊锡球。免洗焊锡的活性一般比松香型和水溶型焊膏的活性稍低，在使用时应留意其焊锡球的天生情况。
6.网板开孔
合适的模板开孔外形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％，同时推荐采用如图3列举的一些模板开孔设计。
7.印制板清洗
印制板印错后需清洗，若清洗不干净，印制板表面和过孔内就会有残余的焊膏，焊接时就会形成焊锡球。因此要加强操纵员在出产过程中的责任心，严格按照工艺要求进行出产，加强工艺过程的质量控制。
立 碑
在表面贴装工艺的回流焊接过程中，贴片元件会产生因翘立而脱焊的缺陷，如图4，人们形象地称之为“立碑”现象（也有人称之为“曼哈顿”现象）。
“立碑”现象常发生在CHIP元件（如贴片电容和贴片电阻）的回流焊接过程中，元件体积越小越轻易发生。特别是1005或更小钓0603贴片元件出产中，很难消除“立碑”现象。
“立碑”现象的产生是因为元件两端焊盘上的焊膏在回流熔化时，元件两个焊真个表面张力不平衡，张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转而致。造成张力不平衡的因素也良多，下面迁就一些主要因素作扼要分析。
1.预热期
当预热温度设置较低、预热时间设置较短，元件两端焊膏不同时熔化的概率就大大增加，从而导致两端张力不平衡形成“立碑”，因此要准确设置预热期工艺参数。根据我们的经验，预热温度一般150+10℃，时间为60-90秒左右。
2.焊盘尺寸
设计片状电阻、电容焊盘时，应严格保持其全面的对称性，即焊盘图形的外形与尺寸应完全一致，以保证焊膏熔融时，作用于元件上焊点的协力为零，以利于形成理想的焊点。设计是制造过程的第一步，焊盘设计不当可能是元件直立的主要原因。详细的焊盘设计尺度可参阅IPC-782《表面贴装设计与焊盘布局尺度入事实上，超过元件太多的焊盘可能答应元件在焊锡潮湿过程中滑动，从而导致把元件拉出焊盘的一端。
对于小型片状元件，为元件的一端设计不同的焊盘尺寸，或者将焊盘的一端连接到地线板上，也可能导致元件直立。不同焊盘尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盘加热和锡膏活动时间。在回流期间，元件简直是飘浮在液体的焊锡上，当焊锡固化时达到其终极位置。焊盘上不同的潮湿力可能造成附着力的缺乏和元件的旋转。在一些情况中，延长液化温度以上的时间可以减少元件直立。
3.焊膏厚度
当焊膏厚度变小时，立碑现象就会大幅减小。这是因为：（1）焊膏较薄，焊膏熔化时的表面张力随之减小。（2）焊膏变薄，整个焊盘热容量减小，两个焊盘上焊膏同时熔化的概率大大增加。焊膏厚度是由模板厚度决定的，表2是使用o.1mm与0.2mm厚模板的立碑现象比较，采用的是1608元件。一般在使用1608以下元件时，推荐采用0.15mm以下模板。
4.贴装偏移
一般情况下，贴装时产生的元件偏移，在回流过程中会因为焊膏熔化时的表面张力拉动元件而自动纠正，我们称之为“自适应”，但偏移严峻，拉动反而会使元件立起产生“立碑”现象。这是由于：（1）与元件接触较多的焊锡端得到更多热容量，从而先熔化。（2）元件两端与焊膏的粘力不同。所以应调整好元件的贴片精度，避免产生较大的贴片偏差。
5.元件重量
较轻的元件“立碑”现象的发生率较高，这是由于不均衡的张力可以很轻易地拉动元件。所以在选取元件时如有可能，应优先选择尺寸重量较大的元件。
关于这些焊接缺陷的解决措施良多，但往往相互制约。如进步预热温度可有效消除立碑，但却有可能由于加热速度变快而产生大量的焊锡球。因此在解决这些题目时应从多个方面进行考虑，选择一个折中方案。
