几种SMT焊接缺陷及其解决措施

  表面组装技术在减小电子科技类产品体积、重量和提高可靠性等方面的突出优点，迎合了未来制造技术的要求。但是，要制定和选择适用于具体产品的表面组装工艺不是简单的事情，因为技术是涉及了多项技术的复杂的系统工程，其中任何一项因素的改变均会影响电子科技类产品的焊接质量。元器件焊点的焊接质量是直接影响印制电路组件（PWA）乃至整机质量的重要的条件。它受许多参数的影响，如焊膏、基板、元器件可焊性、丝印、贴装精度以及焊接工艺等。我们在进行

  锡球的存在表明工艺不完全正确，而且电子科技类产品存在短路的危险，因此就需要排除。国际上对锡球存在认可标准是：印制电路组件在600范围内不能出现超过5个锡球。产生锡球的原因有多种，需要找到问题根源。

  波峰焊中常常出现锡球，根本原因有两方面：第一，焊接印制板时，印制板上通孔附近的水分因受热而变成蒸汽。如果孔壁金属镀层较薄或有空隙，水汽就会通过孔壁排除，如果孔内有焊料，当焊料凝固时水汽就会在焊料内产生空隙（针眼），或挤出焊料在印制板正面产生锡球。第二，在印制板反面（即接触波峰的一面）产生的锡球是由于波峰焊接中一些工艺参数设置不当而造成的。如果助焊剂涂覆量增加或预热温度设置过低，就可能会影响焊剂内组成成分的蒸发，在印制板进入波峰时，多余的焊剂受高温蒸发，从锡槽中溅出来，在印制板面上产生不规则的焊料球。针对上述两个原因，我们采取以下相应的解决措施：第一，通孔内适当厚度的金属镀层是很关键的，孔壁上的铜镀层最小应为25um，而且无空隙。第二，使用喷雾或发泡式涂覆助焊剂。发泡方式中，在调节助焊剂的空气含量时，应保持尽可能产生最小的气泡，泡沫与PCB接触面相对减小。第三，波峰焊机预热区温度的设置应使线路板顶面的温度达到至少100°C。适当的预热温度不仅可消除焊料球，还能够避免线路板受到热冲击而变形。

  回流焊接中出的锡球，常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间。在元件贴装过程中，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，液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分，所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊锡会从焊缝流出，形成锡球。因此，焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本原因。

  造成焊锡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：

  a）回流温度曲线设置不当。焊膏的回流是温度与时间的函数，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，达到平顶温度的时间过短，使焊膏内部的水分、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，溅出焊锡球。实践证明，将预热区温度的上升速度控制在1～4°C/s是较理想的。

  b）如果总在同一位置上出现焊球，就有必要检查金属板设计结构。模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求，对于焊盘大小偏大，以及表面材质较软（如铜模板），造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰，互相桥连，这种情况多出现在对细间距器件的焊盘漏印时，回流焊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一样的形状和中心距，选择适宜的模板材料及模板制作流程与工艺来保证焊膏印刷质量。

  c）如果在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，焊球则会产生。选用工作寿命长一些的焊膏（我们大家都认为至少4小时），则会减轻这种影响。

  d）另外，焊膏印错的印制板清洗不充分，使焊膏残留于印制板表面及通孔中。回流焊之前，被贴放的元器件重新对准、贴放，使漏印焊膏变形。这也是造成焊球的原因。

  因此，应加强操作者和工艺人员在生产的全部过程的责任心，严格遵照工艺技术要求和操作规程行生产，加强工艺过程的质量控制。

  矩形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。引起该种现象根本原因是元件两端受热不均匀，焊膏熔化有先后所致。在以下情况会造成元件两端热不均匀：

  a）有缺陷的元件排列方向设计。我们设想在再流焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊限线，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再流焊限线，焊膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液态表面张力；而另一端未达到183°C液相温度，焊膏未熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于再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，保持元件两端同时进入再流焊限线，使两端焊盘上的焊膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，才能保持元件位置不变。

  b）在进行汽相焊接时印制电路组件预热不充分。汽相焊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。汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区，在饱和蒸汽区焊接温度高达217°C，在生产的全部过程中我们得知，如果被焊组件预热不充分，经受一百多度的温差变化，汽相焊的汽化力容易将小于1206封装尺寸的片式元件浮起，由此产生立片现象。我们通过将被焊组件在高低箱内以145°C-150°C的温度预热1-2分钟，然后在汽相焊的平衡区内再预热1分钟左右，最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接，最终消除了立片现象。

  c）焊盘设计质量的影响。若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称，也会引起漏印的焊膏量不一致。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，也都也许会出现立片现象。严格按标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件。

  导致细间距元器件引脚桥接缺陷的重要的因素有：a）漏印的焊膏成型不佳；b）印制板上有缺陷的细间距引线制作；c）不恰当的回流焊温度曲线设置等。因而，应从模板的制作、丝印工艺、回流焊工艺等关键工序的质量控制入手，尽可能避免桥接隐患。

  SMT工艺质量上的问题70%出自于印刷这道工序，而模板是必不可少的关键工装，直接影响印刷质量。通常个人会使用的模板材料是铜板和不锈钢板。不锈钢板与铜板相比有较小的摩擦系数和较高的弹性，因此在其它条件一定的情况下，更加有助于焊膏脱模和焊膏成型。通过0.5mm引脚中心距QFP208器件组装试验统计，因铜模板漏印不合格而造成的疵点数占器件总焊点数（208个）的20%左右；在其它条件一定的情况下，利用不锈钢模板漏印，造成的疵点率平均为3%。因此，对引脚中心距为0.635mm以下的细间距元器件的印刷，提出一定要采用不锈钢板的要求，厚度优选0.15mm～0.2mm。

  焊膏在进行回流焊之前，若出现坍塌，成型的焊膏图形边不清晰，在贴放元器件或进入回流焊预热区时，由于焊膏中的助焊剂软化，会造成引脚桥接。焊膏的坍塌是不合适的焊膏材料和不宜的环境条件所致，如较高的室温会造成焊膏坍塌。在丝印工序中，我们通过以下工艺的调整，小心地控制焊膏的流变特性，减少了坍塌。

  a）丝印细间距引线，通常选用厚度较薄的模板。为避免漏印的焊膏量偏少，所需的焊膏黏度应较低，这样焊膏流动性好，易漏印，而且模板与PCB脱模时不易带走焊膏，保证焊膏涂覆量。但同时为了保持焊膏印