回流焊常见质量缺陷及解决方法

时间:2020-09-16 作者:pcba-smt.cn

回流焊的品质受诸多因素的影响,最重要的因素是电子生产加工过程中回流焊炉的温度曲线及焊锡膏的成分珍数。现在常用的高性能回流焊炉,已能比较方便地精确控制、调整温度曲线,相比之下,在高密度与小型化的趋势中,焊锡膏的印刷就成了回流焊质量的关键,焊锡膏、模板与印刷三个因素均能影响焊锡膏印刷的质量。

回流焊.jpg

1、立碑现象

回流焊中,片式元器件常出现立起的现象,称为立碑,又称为吊桥、曼哈顿现象这是在回流焊工艺中经常发生的一种缺陷。

产生原因:立碑现象发生的根本原因是元器件两边的润湿力不平衡,因而元器件两端的力矩也不平衡,从而导致立碑现象的发生。

 

下列情形均会导致回流焊时元器件两边的润湿力不平衡。

1、焊盘设计与布局不合理。

如果焊盘设计与布局有以下缺陷,将会引起元器件两边的润湿力不平衡。

  • 元器件的两边焊盘之一与地线相连接或有一侧焊盘面积过大,焊盘两端热容量不均匀

  • PCB表面各处的温差过大以致元器件焊盘两边吸热不均匀;

  • 大型器件QFP、BGA、散热器周围的小型片式元器件焊盘两端会出现温度不均匀现象。

解决办法:改善焊盘设计与布局

 

2、焊锡膏与焊锡膏印刷。

焊锡膏的活性不高或元器件的可焊性差,焊锡膏熔化后,表面张力不一样,同样会引起焊盘润湿力不平衡。两焊盘的焊锡膏印刷量不均匀,多的一边会因焊锡膏吸热量增多,熔化时间滞后,以致润湿力不平衡。

解决办法:选用活性较高的焊锡膏,改善焊锡膏印刷参数,特别是模板的窗口尺寸。

 

3、贴片。

Z轴方向受力不均匀,会导致元器件浸入到焊锡膏中的深度不均匀,熔化时会因时间差而导致两边的润湿力不平衡。元器件偏离焊盘会直接导致立碑。

解决方法:调节贴片机工艺参数。

 

4、炉温曲线。

对PCB加热的工作曲线不正确,以致板面上温差过大,通常回流焊炉炉体过短和温区太少就会出现这些缺陷。

解决方法:根据每种产品调节好适当的温度曲线。

 

5、N2回流焊中的氧浓度。

采用N2保护回流焊会增加焊料的润湿力,但越来越多的报导说明,在氧含量过低的情况下发生立碑的现象反而增多;通常认为氧含量控制在(100-500)×10-6mg/m3左右最为适宜。

 

2、锡珠

锡珠是回流焊常见的缺陷之一,其原因是多方面的,不仅影响到外观而且会引起桥接。

锡珠可分为两类,一类出现在片式元器件一侧,常为一个独立的大球状;另一类出现在IC引脚四周,呈分散的小珠状。

1、温度曲线不正确。

回流焊曲线可以分为四个区段,分别是预热、保温、再流和冷却。预热、保温的目的是为了使PCB表面温度在60-90s内升到150℃,并保温约90s,这不仅可以降低PCB及元器件的热冲击,更主要的是确保焊锡膏的溶剂能部分挥发,避免回流焊时因溶剂太多引起飞溅,造成焊锡膏冲出焊盘而形成锡珠。

解决办法:注意升温速率,并采取适中的预热使之有一个很好的平台使溶剂大部分挥发。

 

2、焊锡膏的质量。

  • 焊锡膏中金属含量通常在(90±0.5)%,金属含量过低会导致助焊剂成分过多,因此过多的助焊剂会因预热阶段不易挥发而引起飞珠。

  • 焊锡膏中水蒸气和氧含量增加也会引起飞珠。由于焊锡膏通常冷藏,当从冰箱中取出时,没有确保恢复时间,故会导致水蒸气的进入;此外,焊锡膏瓶的盖子每次使用后要盖紧,若没有及时盖严,也会导致水蒸气的进入。

  • 放在模板上印制的焊锡膏在完工后,剩余的部分应另行处理,若再放回原来瓶中,会引起瓶中焊锡膏变质,也会产生锡珠。

解决办法:选择优质的焊锡膏,注意焊锡膏的保管与使用要求。

 

3、印刷与贴片

  • 在焊锡膏的印刷工艺中,由于模板与焊盘对中会发生偏移,若偏移过大则会导致焊锡浸流到焊盘外,加热后容易出现锡珠。此外,印刷工作环境不好也会导致锡珠的生成,理想的印刷环境温度为(25±3)℃,相对湿度为50%~65%。

    解决办法:仔细调整模板的装夹,防止松动现象;改善印刷工作环境。

  • 贴片过程中Z轴的压力也是引起锡珠的一项重要原因,往往不易引起人们的注意,部分贴片机Z轴头是依据元器件的厚度来定位的,如Z轴高度调节不当,会引起元器件贴到PCB上的一瞬间将焊锡膏挤压到焊盘外的现象,这部分焊锡膏会在焊接时形成锡珠。这种情况下产生的锡珠尺寸稍大。

    解决办法:重新调节贴片机的Z轴高度。

  • 模板的厚度与开口尺寸。模板厚度与开口尺寸过大,会导致焊锡膏用量增大,也会引起焊锡膏漫流到焊盘外,特别是用化学腐蚀方法制造的模板。

    解决办法:选用适当厚度的模板和开口尺寸的设计,一般模板开口面积为焊盘尺寸的90%,会改善锡珠情况。

 

4、芯吸现象

芯吸现象又称抽芯现象,是常见焊接缺陷之一,多见于气相回流焊中。芯吸现象是焊料脱离焊盘而沿引脚上行到引脚与芯片本体之间,通常会形成严重的虚焊现象。

产生原因:

主要原因是元器件引脚的热导率大,故升温迅速,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此外,引脚的上翘更会加剧芯吸现象的发生。

解决办法:

  • 对于气相回流焊,应将SMA首先充分预热后再放入气相炉中;

  • 应认真检查PCB焊盘的可焊性,可焊性不好的PCB不应用于生产;

  • 充分重视元器件的共面性,对共面性不良的器件也不应用于生产。

在红外回流焊中,PCB基材与焊料中的有机助焊剂是红外线良好的吸收介质,而引脚却能部分反射红外线,故相比而言焊料优先熔化,焊料与焊盘的润湿力就会大于焊料与引脚之间的润湿力,故焊料不会沿引脚上升,从而发生芯吸现象的概率就小得多。

 

5、桥接

桥接是SMT生产中常见的缺陷之一,它会引起元器件之间的短路,遇到桥接必须返修。

引起桥接的原因很多,常见的有以下四种:

1、焊锡膏质量问题。

  • 焊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,导致IC引脚桥接;

  • 焊锡膏黏度低,预热后漫流到焊盘外;

  • 焊锡膏塌落度差,预热后漫流到焊盘外。

解决办法:调整焊锡膏配比或改用质量好的焊锡膏。

 

2、印刷系统。

  • 印刷机重复精度差,对位不齐(钢板对位不好,PCB对位不好),致使焊锡膏印刷到焊盘外,多见于细间距QFP的生产;

  • 钢板窗口尺寸与厚度设计不对,以及PCB焊盘设计Sn-Pb合金镀层不均匀,导致焊锡膏量偏多。

解决方法:调整印刷机,改善PCB焊盘涂覆层。

 

3、贴放。

贴放压力过大,焊锡膏受压后漫流是生产中多见的原因。另外,贴片精度不够,元器件出现移位,IC引脚变形等也易导致桥接。

 

4、预热。

回流焊炉升温速度过快,焊锡膏中溶剂来不及挥发。

解决办法:调整贴片机Z轴高度及回流焊炉升温速度。

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