焊接中常見的缺陷及解決方法

在smt生產(chǎn)過程中，我們都希望基板從貼裝工序開始，到焊接工序結(jié)束，質(zhì)量處于零缺陷狀態(tài)，但實際上這很難達到。由于smt生產(chǎn)工序較多，不能保證每道工序不出現(xiàn)一點點差錯，因此在smt生產(chǎn)過程中我們會碰到一些焊接缺陷。這些焊接缺陷通常是由多種原因所造成的，對于每種缺陷，我們應分析其產(chǎn)生的根本原因，這樣在消除這些缺陷時才能做到有的放矢。本文將以一些常見焊接缺陷為例，介紹其產(chǎn)生的原因及排除方法。

橋接

橋接經(jīng)常出現(xiàn)在引腳較密的ic上或間距較小的片狀元件間，這種缺陷在我們的檢驗標準中屬于重大不良(如圖1所示)，會嚴重影響產(chǎn)品的電氣性能，所以必須要加以根除。

產(chǎn)生橋接的主要原因是由于焊膏過量或焊膏印刷后的錯位、塌邊。

焊膏過量

焊膏過量是由于不恰當?shù)哪０搴穸燃伴_孔尺寸造成的。通常情況下，我們選擇使用0．15mm厚度的模板。而開孔尺寸由最小引腳或片狀元件間距決定，如表1所示。

印刷錯位

在印刷引腳間距或片狀元件間距小于0．65mm的印制板時，應采用光學定位，基準點設在印制板對角線處。若不采用光學定位，將會因為定位誤差產(chǎn)生印刷錯位，從而產(chǎn)生橋接。

焊膏塌邊

造成焊膏塌邊的現(xiàn)象有以下三種

1．印刷塌邊

焊膏印刷時發(fā)生的塌邊。這與焊膏特性，模板、印刷參數(shù)設定有很大關系：焊膏的粘度較低，保形性不好，印刷后容易塌邊、橋接；模板孔壁若粗糙不平，印出的焊膏也容易發(fā)生塌邊、橋接；過大的刮刀壓力會對焊膏產(chǎn)生比較大的沖擊力，焊膏外形被破壞，發(fā)生塌邊的概率也大大增加。

對策：選擇粘度較高的焊膏；采用激光切割模板；降低刮刀壓力。

2．貼裝時的塌邊

當貼片機在貼裝sop、qfp類集成電路時，其貼裝壓力要設定恰當．壓力過大會使焊膏外形變化而發(fā)生塌邊。

對策：調(diào)整貼裝壓力并設定包含元件本身厚度在內(nèi)的貼裝吸嘴的下降位置。

3．焊接加熱時的塌邊

在焊接加熱時也會發(fā)生塌邊。當印制板組件在快速升溫時，焊膏中的溶劑成分就會揮發(fā)出來，如果揮發(fā)速度過快，會將焊料顆粒擠出焊區(qū)，形成加熱時的塌邊。

對策：設置適當?shù)暮附訙囟惹�線(溫度、時間)，并要防止傳送帶的機械振動。

焊錫球

焊錫球也是回流焊接中經(jīng)常碰到的一個問題。通常片狀元件側(cè)面或細間距引腳之間常常出現(xiàn)焊錫球，如圖2所示。

焊錫球多由于焊接過程中加熱的急速造成焊料的飛散所致。除了與前面提到的印刷錯位、塌邊有關外，還與焊膏粘度、焊膏氧化程度、焊料顆粒的粗細(粒度)、助焊劑活性等有關。

1．焊膏粘度

粘度效果較好的焊膏，其粘接力會抵消加熱時排放溶劑的沖擊力，可以阻止焊膏塌落。

2．焊膏氧化程度

焊膏接觸空氣后，焊料顆粒表面可能產(chǎn)生氧化，而實驗證明焊錫球的發(fā)生率與焊膏氧化物的百分率咸正比。一般焊膏的氧化物應控制在0．03％左右，最大值不要超過0．15％。

3．焊料顆粒的粗細

焊料顆粒的均勻性不一致，若其中含有大量的20μm以下的粒子，這些粒子的相對面積較大，極易氧化，最易形成焊錫球。另外在溶劑揮發(fā)過程中，也極易將這些小粒子從焊盤上沖走，增加焊錫球產(chǎn)生的機會。一般要求25um以下粒子數(shù)不得超過焊料顆�？倲�(shù)的5％。

4．焊膏吸濕

這種情況可分為兩類：焊膏使用前從冰箱拿出后立即開蓋致使水汽凝結(jié)；再流焊接前干燥不充分殘留溶劑，焊膏在焊接加熱時引起溶劑、水分的沸騰飛濺，將焊料顆粒濺射到印制板上形成焊錫球。根據(jù)這兩種不同情況，我們可采取以下兩種不同措施：

(1)焊膏從冰箱中取出，不應立即開蓋，而應在室溫下回溫，待溫度穩(wěn)定后開蓋使用。

(2)調(diào)整回流焊接溫度曲線，使焊膏焊接前得到充分的預熱。

5．助焊劑活性

當助焊劑活性較低時，也易產(chǎn)生焊錫球。免洗焊錫的活性一般比松香型和水溶型焊膏的活性稍低，在使用時應注意其焊錫球的生成情況。

6．網(wǎng)板開孔

合適的模板開孔形狀及尺寸也會減少焊錫球的產(chǎn)生。一般地，模板開孔的尺寸應比相對應焊盤小10％，同時推薦采用如圖3列舉的一些模板開孔設計。

7．印制板清洗

印制板印錯后需清洗，若清洗不干凈，印制板表面和過孔內(nèi)就會有殘余的焊膏，焊接時就會形成焊錫球。因此要加強操作員在生產(chǎn)過程中的責任心，嚴格按照工藝要求進行生產(chǎn)，加強工藝過程的質(zhì)量控制。

立碑

在表面貼裝工藝的回流焊接過程中，貼片元件會產(chǎn)生因翹立而脫焊的缺陷，如圖4，人們形象地稱之為“立碑”現(xiàn)象(也有人稱之為“曼哈頓”現(xiàn)象)。

“立碑”現(xiàn)象常發(fā)生在chip元件(如貼片電容和貼片電阻)的回流焊接過程中，元件體積越小越容易發(fā)生。特別是1005或更小釣0603貼片元件生產(chǎn)中，很難消除“立碑”現(xiàn)象。

“立碑”現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時，元件兩個焊端的表面張力不平衡，張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉(zhuǎn)而致。造成張力不平衡的因素也很多，下面將就一些主要因素作簡要分析。

1．預熱期

當預熱溫度設置較低、預熱時間設置較短，元件兩端焊膏不同時熔化的.概率就大大增加，從而導致兩端張力不平衡形成“立碑”，因此要正確設置預熱期工藝參數(shù)。根據(jù)我們的經(jīng)驗，預熱溫度一般150+10℃，時間為60-90秒左右。

2.焊盤尺寸

設計片狀電阻、電容焊盤時，應嚴格保持其全面的對稱性，即焊盤圖形的形狀與尺寸應完全一致，以保證焊膏熔融時，作用于元件上焊點的合力為零，以利于形成理想的焊點。設計是制造過程的第一步，焊盤設計不當可能是元件豎立的主要原因。具體的焊盤設計標準可參閱ipc-782《表面貼裝設計與焊盤布局標準入事實上，超過元件太多的焊盤可能允許元件在焊錫濕潤過程中滑動，從而導致把元件拉出焊盤的一端。

對于小型片狀元件，為元件的一端設計不同的焊盤尺寸，或者將焊盤的一端連接到地線板上，也可能導致元件豎立。不同焊盤尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盤加熱和錫膏流動時間。在回流期間，元件簡直是飄浮在液體的焊錫上，當焊錫固化時達到其最終位置。焊盤上不同的濕潤力可能造成附著力的缺乏和元件的旋轉(zhuǎn)。在一些情況中，延長液化溫度以上的時間可以減少元件豎立。

3．焊膏厚度

當焊膏厚度變小時，立碑現(xiàn)象就會大幅減小。這是由于：(1)焊膏較薄，焊膏熔化時的表面張力隨之減小。(2)焊膏變薄，整個焊盤熱容量減小，兩個焊盤上焊膏同時熔化的概率大大增加。焊膏厚度是由模板厚度決定的，表2是使用o．1mm與0．2mm厚模板的立碑現(xiàn)象比較，采用的是1608元件。一般在使用1608以下元件時，推薦采用0．15mm以下模板。

4.貼裝偏移

一般情況下，貼裝時產(chǎn)生的元件偏移，在回流過程中會由于焊膏熔化時的表面張力拉動元件而自動糾正,我們稱之為“自適應”，但偏移嚴重，拉動反而會使元件立起產(chǎn)生“立碑”現(xiàn)象。這是因為：(1)與元件接觸較多的焊錫端得到更多熱容量，從而先熔化。(2)元件兩端與焊膏的粘力不同。所以應調(diào)整好元件的貼片精度，避免產(chǎn)生較大的貼片偏差。

5．元件重量

較輕的元件“立碑”現(xiàn)象的發(fā)生率較高，這是因為不均衡的張力可以很容易地拉動元件。所以在選取元件時如有可能，應優(yōu)先選擇尺寸重量較大的元件。

焊接缺陷還有很多，本文列舉的只是三種最為常見的缺陷。解決這些焊接缺陷的措施也很多，但往往相互制約。如提高預熱溫度可有效消除立碑，但卻有可能因為加熱速度變快而產(chǎn)生大量的焊錫球。因此在解決這些問題時應從多個方面進行考慮，選擇一個折衷方案，這一點在實際工作中我們應切記。