回流焊的品質(zhì)受諸多因素的影響,最重要的因素是電子生產(chǎn)加工過程中回流焊爐的溫度曲線及焊錫膏的成分珍數(shù)。現(xiàn)在常用的高性能回流焊爐,已能比較方便地精確控制、調(diào)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回流焊質(zhì)量的關鍵,焊錫膏、模板與印刷三個因素均能影響焊錫膏印刷的質(zhì)量。

1、立碑現(xiàn)象

回流焊中,片式元器件常出現(xiàn)立起的現(xiàn)象,稱為立碑,又稱為吊橋、曼哈頓現(xiàn)象這是在回流焊工藝中經(jīng)常發(fā)生的一種缺陷。

產(chǎn)生原因:立碑現(xiàn)象發(fā)生的根本原因是元器件兩邊的潤濕力不平衡,因而元器件兩端的力矩也不平衡,從而導致立碑現(xiàn)象的發(fā)生。

下列情形均會導致回流焊時元器件兩邊的潤濕力不平衡。

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,將會引起元器件兩邊的潤濕力不平衡。
元器件的兩邊焊盤之一與地線相連接或有一側(cè)焊盤面積過大,焊盤兩端熱容量不均勻
PCB表面各處的溫差過大以致元器件焊盤兩邊吸熱不均勻;
大型器件QFP、BGA、散熱器周圍的小型片式元器件焊盤兩端會出現(xiàn)溫度不均勻現(xiàn)象。

解決辦法:改善焊盤設計與布局

2、焊錫膏與焊錫膏印刷。

焊錫膏的活性不高或元器件的可焊性差,焊錫膏熔化后,表面張力不一樣,同樣會引起焊盤潤濕力不平衡。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,熔化時間滯后,以致潤濕力不平衡。

解決辦法:選用活性較高的焊錫膏,改善焊錫膏印刷參數(shù),特別是模板的窗口尺寸。

3、貼片。

Z軸方向受力不均勻,會導致元器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潤濕力不平衡。元器件偏離焊盤會直接導致立碑。

解決方法:調(diào)節(jié)貼片機工藝參數(shù)。

4、爐溫曲線。

對PCB加熱的工作曲線不正確,以致板面上溫差過大,通?;亓骱笭t爐體過短和溫區(qū)太少就會出現(xiàn)這些缺陷。

解決方法:根據(jù)每種產(chǎn)品調(diào)節(jié)好適當?shù)臏囟惹€。

5、N2回流焊中的氧濃度。

采用N2保護回流焊會增加焊料的潤濕力,但越來越多的報導說明,在氧含量過低的情況下發(fā)生立碑的現(xiàn)象反而增多;通常認為氧含量控制在(100-500)×10-6mg/m3左右最為適宜。

2、錫珠

錫珠是回流焊常見的缺陷之一,其原因是多方面的,不僅影響到外觀而且會引起橋接。

錫珠可分為兩類,一類出現(xiàn)在片式元器件一側(cè),常為一個獨立的大球狀;另一類出現(xiàn)在IC引腳四周,呈分散的小珠狀。

1、溫度曲線不正確。

回流焊曲線可以分為四個區(qū)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(nèi)升到150℃,并保溫約90s,這不僅可以降低PCB及元器件的熱沖擊,更主要的是確保焊錫膏的溶劑能部分揮發(fā),避免回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(fā)。

2、焊錫膏的質(zhì)量。

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(fā)而引起飛珠。

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,沒有確?;謴蜁r間,故會導致水蒸氣的進入;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(zhì),也會產(chǎn)生錫珠。

解決辦法:選擇優(yōu)質(zhì)的焊錫膏,注意焊錫膏的保管與使用要求。

3、印刷與貼片

在焊錫膏的印刷工藝中,由于模板與焊盤對中會發(fā)生偏移,若偏移過大則會導致焊錫浸流到焊盤外,加熱后容易出現(xiàn)錫珠。此外,印刷工作環(huán)境不好也會導致錫珠的生成,理想的印刷環(huán)境溫度為(25±3)℃,相對濕度為50%~65%。

解決辦法:仔細調(diào)整模板的裝夾,防止松動現(xiàn)象;改善印刷工作環(huán)境。

貼片過程中Z軸的壓力也是引起錫珠的一項重要原因,往往不易引起人們的注意,部分貼片機Z軸頭是依據(jù)元器件的厚度來定位的,如Z軸高度調(diào)節(jié)不當,會引起元器件貼到PCB上的一瞬間將焊錫膏擠壓到焊盤外的現(xiàn)象,這部分焊錫膏會在焊接時形成錫珠。這種情況下產(chǎn)生的錫珠尺寸稍大。

解決辦法:重新調(diào)節(jié)貼片機的Z軸高度。

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模板。

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%,會改善錫珠情況。

4、芯吸現(xiàn)象

芯吸現(xiàn)象又稱抽芯現(xiàn)象,是常見焊接缺陷之一,多見于氣相回流焊中。芯吸現(xiàn)象是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(xiàn)象。

產(chǎn)生原因:

主要原因是元器件引腳的熱導率大,故升溫迅速,以致焊料優(yōu)先潤濕引腳,焊料與引腳之間的潤濕力遠大于焊料與焊盤之間的潤濕力此外,引腳的上翹更會加劇芯吸現(xiàn)象的發(fā)生。

解決辦法:
對于氣相回流焊,應將SMA首先充分預熱后再放入氣相爐中;
應認真檢查PCB焊盤的可焊性,可焊性不好的PCB不應用于生產(chǎn);
充分重視元器件的共面性,對共面性不良的器件也不應用于生產(chǎn)。

在紅外回流焊中,PCB基材與焊料中的有機助焊劑是紅外線良好的吸收介質(zhì),而引腳卻能部分反射紅外線,故相比而言焊料優(yōu)先熔化,焊料與焊盤的潤濕力就會大于焊料與引腳之間的潤濕力,故焊料不會沿引腳上升,從而發(fā)生芯吸現(xiàn)象的概率就小得多。

5、橋接

橋接是SMT生產(chǎn)中常見的缺陷之一,它會引起元器件之間的短路,遇到橋接必須返修。

引起橋接的原因很多,常見的有以下四種:

1、焊錫膏質(zhì)量問題。
焊錫膏中金屬含量偏高,特別是印刷時間過久后,易出現(xiàn)金屬含量增高,導致IC引腳橋接;
焊錫膏黏度低,預熱后漫流到焊盤外;
焊錫膏塌落度差,預熱后漫流到焊盤外。

解決辦法:調(diào)整焊錫膏配比或改用質(zhì)量好的焊錫膏。

2、印刷系統(tǒng)。

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,多見于細間距QFP的生產(chǎn);

鋼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,導致焊錫膏量偏多。

解決方法:調(diào)整印刷機,改善PCB焊盤涂覆層。

3、貼放。

貼放壓力過大,焊錫膏受壓后漫流是生產(chǎn)中多見的原因。另外,貼片精度不夠,元器件出現(xiàn)移位,IC引腳變形等也易導致橋接。

4、預熱。

回流焊爐升溫速度過快,焊錫膏中溶劑來不及揮發(fā)。

解決辦法:調(diào)整貼片機Z軸高度及回流焊爐升溫速度。