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SMT 专家网编辑整理 第八章第八章 SMT 工艺介绍工艺介绍 一一锡膏印刷工艺 锡膏印刷工艺 1.1 影响印刷质量的要素 1.1 影响印刷质量的要素 锡膏印刷质量对表面贴装产品的质量影响很大有统计资料表明60%的返修理工板是因锡膏印刷不良引起故障的丝印的好坏基本上决定了 SMT 好坏程度所以在表面贴装中严格把好锡膏印刷这一关即使是最好的锡膏设备和应用方法也不一定充分保证得到可接受的结果使用者必须控制工艺过程和设备变量以达到良好的印刷品质在印刷锡膏的过程中基板放在工作台上机械地或真空夹紧定位用定位销或视觉来对准在手工或半自动印刷机中印刷刮板向下压在模板上使模板底面接触到电路板顶面当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时锡膏通过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上在锡膏已经沉积之后丝网在刮板之后马上脱开(snap off)回到原地脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量还有丝印速度丝印期间刮板在丝印模板上的行进速度是很重要的因为锡膏需要时间来滚动和流入丝孔内如果允许时间不够那么在刮板的行进方向锡膏在焊盘上将不平决定印刷质量的因素还有印刷脱模延时印刷间隙等只要较好地把握上述因素一般印出来的锡膏图形应平整边缘较齐 锡膏(Solder Paste)选择锡膏(Solder Paste)选择 锡膏是由焊料合金和助焊剂等组成的混合物 锡膏中锡珠的大小选择应适当 必须与丝印模板相匹配粘度是锡膏的一个重要特性从动态方面来说在丝印行程中其粘性越低则流动性越好易于流入丝印孔内印到 PCB 的焊盘上从静态方面考虑丝印刮过后锡膏停留在丝印孔内其粘性高则保持其填充的形状而不会往下塌陷 刮板(squeegee)类型:刮板(squeegee)类型:分橡胶刮刀和金属刮刀两种刮刀的磨损压力和硬度决定印刷质量应该仔细监测对可接受的印刷品质刮板边缘应该锋利和直线刮板压力低造成遗漏和粗糙的边缘而刮板压力高或很软的刮板将引起斑点状的(smeared)印刷甚至可能损坏刮板和模板或丝网过高的压力也倾向于从宽的开孔中挖出锡膏引起焊锡圆角不够 模板(stencil)类型:模板(stencil)类型:分金属与尼龙丝两种 制作开孔的工艺过程控制开孔壁的光洁度和精度 而且开孔尺寸必须合适有三种常见的制作模板的工艺化学腐蚀激光切割和加成(additive)工艺为了达到良好的印刷结果必须有正确的锡膏材料(粘度金属含量最大粉末尺寸和尽可能最低的助焊剂活性)正确的工具(印刷机模板和刮刀)和正确的工艺过程(良好的定位清洁拭擦)的结合再者印刷后的检验也是必不可少的它可以大大地减少后道工序因印刷不良而造成SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 1 SMT 专家网编辑整理 的返修损失 1.2 锡膏丝印缺陷分析 1.2 锡膏丝印缺陷分析 缺陷类型 可能原因 改正行动 锡膏对焊盘位移 丝印模板未对准模板或电路板不良 调整丝印机 测量模板或电路板 锡膏桥 锡膏过多丝孔损坏 检查模板 锡膏模糊 模板底面有锡膏与电路板面间隙太多 清洁模板底面 锡膏面积缩小 丝孔有干锡膏刮板速度太快 清洗丝孔调节机器 锡膏面积太大 刮板压力太大丝孔损坏 调节机器检查模板 锡膏量多高度太高 模板变形与电路板之间污浊 检查模板清洁模板底面 锡膏下塌 刮板速度太快锡膏温度太高吸入潮汽 调节机器更换锡膏 锡膏高度变化大 模板变形刮板速度太快分开控制速度太快 调节机器检查模板 锡膏量少 刮板速度太快塑料刮刀扣刮出锡膏 调节机器 二二表面贴装工艺 表面贴装工艺 贴装是 SMT 工艺性相对较简单的环节 只要调整好贴装叁数及位置 贴装的好坏就在于贴 片机的精度了 人为因素较小 不过由于贴装误差的客观存在 所以贴装后检查是不可避免的SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 2 SMT 专家网编辑整理 因为在这个地方修正贴错的元器件比较简单易行且不会损坏元器件如果在焊接后修正就费事多了 2.1 贴片机抛料原因分析及对策2.1 贴片机抛料原因分析及对策 贴片机抛料是指贴片机在生产过程中吸到料之后不贴而是将料抛到抛料盒里或其它地方 或者没有吸到料而执行抛料动作 抛料的主要原因及对策主要有以下几点 2.1.1 来料的问题2.1.1 来料的问题 小型 IC 有些是管装料尺寸较小取料困难料带较粘取料时胶带拉不开 BGA 为 44mm 的带装料但 44mm 的 Tape Feeder 不够用而用 56mm 的取料时抛料较多 对策来料为带装料或手工定位购买 44mm Tape Feeder 2.1.2 供料器的问题2.1.2 供料器的问题 供料器位置变形进料不良供料器棘齿轮损坏料带孔没有卡在供料器的棘 齿上供料器下方有异物弹簧老化或电气不良造成取料不到或取料不良而抛料 对策调整供料器清扫供料器平台(操作员负责)更换已坏部件或供料器 2.1.3 吸嘴问题2.1.3 吸嘴问题 吸嘴变形堵塞破损造成气压不足漏气造成吸料不起取料不正识别通 不过而抛料 对策清洁更换吸嘴技术员负责 2.1.4 位置问题2.1.4 位置问题 取料不在料的中心位置而造成取料不正有偏移吸料时达不到设定的真空水 平而抛料 对策调整取料位置技术员负责 2.1.5 真空问题2.1.5 真空问题 气压不足真空气管信道不顺畅有杂物堵塞气管信道或真空发生器损坏产生 真空压力不足造成取料不起或取起后在去贴的途中脱落 对策清洁真空气管信道保养真空发生器技术员负责 2.1.6 识别系统问题2.1.6 识别系统问题 视觉不良视觉或镭射镜头不清洁有杂物干扰识别 对策清洁擦拭识别系统表面保持干净无杂物污染等技术员负责 2.1.7 装料问题2.1.7 装料问题 装料没有装好供料孔没有对准棘齿或 8mm 以上 Feeder 供料间距没有调对取料位置不对造成取料不到 对策加强装料培训技术员负责培训操作员提高技能 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 3 SMT 专家网编辑整理 当抛料现象出现时可以先询问现场人员再根据观察分析直接找到问题所在这样 更能有效地找出问题加以解决 三三回流焊接工艺 回流焊接工艺 回流焊接也是 SMT 中一项重要的工艺过程 回流焊炉的温度曲线设定是否合理是焊接效果好坏的重要原因温度曲线跟链条速度及各温区温度设定值有重大关系一般温度曲线分预热保温回流焊接冷却四大部分温度曲线的设定没有固定模式一般是根据锡膏的性质和所焊接的 PCB以及元器件的种类多少而定的 设定时以锡膏厂商提供的参考温度曲线为基础 结合 PCB 实际情况根据自己的经验进行较小调整一般在设定时多测几次直到达到满意为止 3.1 回流焊接缺陷分析 3.1 回流焊接缺陷分析 锡珠锡珠(Solder Balls)原因1丝印孔与焊盘不对位印刷不精确使锡膏弄脏 PCB 2锡膏在氧化环境中暴露过多吸空气中水份太多3PCB 受潮4加热不精确太慢并不均匀5加热速率太快并预热区间太长6锡膏干得太快7助焊剂活性不够8太多颗粒小的锡粉9回流过程中助焊剂挥发性不适当锡球的工艺认可标准是当焊盘或印制导线的之间距离为 0.13mm 时锡珠直径不能超过 0.13mm或者在 600mm 平方范围内不能出现超过五个锡珠 锡桥锡桥(Bridging)一般来说造成锡桥的因素就是由于锡膏太稀包括 锡膏内金属或固体含量低摇溶性低锡膏容易榨开锡膏颗粒太大助焊剂表面张力太小焊盘上太多锡膏回流温度峰值太高等 开路开路(Open)原因1锡膏量不够2组件引脚的共面性不够3锡湿不够(不够熔化流动性不好)锡膏太稀引起锡流失4引脚吸锡(象灯芯草一样)或附近有连线孔引脚的共面性对密间距和超密间距引脚组件特别重要一个解决方法是在焊盘上预先上锡引脚吸锡可以通过放慢加热速度和底面加热多上面加热少来防止也可以用一种浸湿速度较慢活性温度高的助焊剂或者用一种 Sn/Pb 不同比例的阻滞熔化的锡膏来减少引脚吸锡 3.2 焊锡膏回流焊接常见问题分析 3.2 焊锡膏回流焊接常见问题分析 焊锡膏的回流焊接是用在 SMT 装配工艺中的主要板级互连方法 这种焊接方法把所需要的焊接特性极好地结合在一起这些特性包括易于加工对各种 SMT 设计有广泛的兼容性具有高的焊接可靠性以及成本低等然而在回流焊接被用作为最重要的 SMT 组件级和板级互连方法的时候它SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 4 SMT 专家网编辑整理 也受到要求进一步改进焊接性能的挑战 事实上 回流焊接技术能否经受住这一挑战将决定焊膏能否继续作为首要的 SMT 焊接材料尤其是在超细微间距技术不断取得进展的情况之下 3.2.1.未焊满3.2.1.未焊满 未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥通常所有能引起焊膏坍落的因素都会导致未焊满这些因素包括1升温速度太快2焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢复太慢3金属负荷或固体含量太低4粉料粒度分布太广5焊剂表面张力太小但是坍落并非必然引起未焊满在软熔时熔化了的未焊满焊料在表面张力的推动下有断开的可能焊料流失现象将使未焊满问题变得更加严重 在此情况下 由于焊料流失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而不易断开 除了引起焊膏坍落的因素而外下面的因素也引起未满焊的常见原因1相对于焊点之间的空间而言焊膏熔敷太多2加热温度过高3焊膏受热速度比电路板更快4焊剂润湿速度太快5焊剂蒸气压太低6焊剂的溶剂成分太高7焊剂树脂软化点太低 3.2.2 断续润湿3.2.2 断续润湿 焊料膜的断续润湿是指有水出现在光滑的表面上这是由于焊料能粘附在大多数的固体金属表面上并且在熔化了的焊料覆盖层下隐藏着某些未被润湿的点因此在最初用熔化的焊料来覆盖表面时 会有断续润湿现象出现 亚稳态的熔融焊料覆盖层在最小表面能驱动力的作用下会发生收缩 不一会儿之后就聚集成分离的小球和脊状秃起物 断续润湿也能由部件与熔化的焊料相接触时放出的气体而引起 由于有机物的热分解或无机物的水合作用而释放的水分都会产生气体 水蒸气是这些有关气体的最常见的成份在焊接温度下水蒸气具极强的氧化作用能够氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界面典型的例子是在熔融焊料交界上的金属氧化物表面常见的情况是较高的焊接温度和较长的停留时间会导致更为严重的断续润湿现象 尤其是在基体金属之中 反应速度的增加会导致更加猛烈的气体释放与此同时较长的停留时间也会延长气体释放的时间以上两方面都会增加释放出的气体量消除断续润湿现象的方法是1降低焊接温度2缩短软熔的停留时间3采用流动的惰性气氛4降低污染程度 3.2.3 低残留物3.2.3 低残留物 对不用清理的软熔工艺而言为了获得装饰上或功能上的效果常常要求低残留物对功能要求方面的例子包括 通过在电路中测试的焊剂残留物来探查测试堆焊层以及在插入接头与堆焊层之间或在插入接头与软熔焊接点附近的通孔之间实行电接触较多的焊剂残渣常会导致在要实行电接触的金属表层上有过多的残留物覆盖 这会妨碍电连接的建立 在电路密度日益增加的情况下这个问题越发受到人们的关注 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 5 SMT 专家网编辑整理 显然不用清理的低残留物焊膏是满足这个要求的一个理想的解决办法然而与此相关的软熔必要条件却使这个问题变得更加复杂化了 为了预测在不同级别的惰性软熔气氛中低残留物焊膏的焊接性能 提出一个半经验的模型 这个模型预示 随着氧含量的降低 焊接性能会迅速地改进然后逐渐趋于平稳实验结果表明随着氧浓度的降低焊接强度和焊膏的润湿能力会有所增加此外焊接强度也随焊剂中固体含量的增加而增加实验数据所提出的模型是可比较的并强有力地证明了模型是有效的能够用以预测焊膏与材料的焊接性能因此可以断言为了在焊接工艺中成功地采用不用清理的低残留物焊料应当使用惰性的软熔气氛 3.2.4 间隙3.2.4 间隙 间隙是指在组件引线与电路板焊点之间没有形成焊接点一般来说这可归因于以下四方面的原因1焊料熔敷不足2引线共面性差3润湿不够4焊料损耗枣这是由预镀锡的印刷电路板上焊膏坍落引线的芯吸作用2.3.4或焊点附近的通孔引起的引线共面性问题是新的重量较轻的 12 密耳m间距的四芯线扁平集成电路(QFP 枣 Quad flat packs)的一个特别令人关注的问题为了解决这个问题提出了在装配之前用焊料来预涂覆焊点的方法(9)此法是扩大局部焊点的尺寸并沿着鼓起的焊料预覆盖区形成一个可控制的局部焊接区 并由此来抵偿引线共面性的变化和防止间隙 引线的芯吸作用可以通过减慢加热速度以及让底面比顶面受热更多来加以解决此外使用润湿速度较慢的焊剂较高的活化温度或能延缓熔化的焊膏(如混有锡粉和铅粉的焊膏)也能最大限度地减少芯吸作用.在用锡铅覆盖层光整电路板之前 用焊料掩膜来覆盖连接路径也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用 3.2.5 焊料成球3.2.5 焊料成球 焊料成球是最常见的也是最棘手的问题这指软熔工序中焊料在离主焊料熔池不远的地方凝固成大小不等的球粒大多数的情况下这些球粒是由焊膏中的焊料粉组成的焊料成球使人们耽心会有电路短路 漏电和焊接点上焊料不足等问题发生 随着细微间距技术和不用清理的焊接方法的进展人们越来越迫切地要求使用无焊料成球现象的 SMT 工艺 引起焊料成球12410的原因包括1由于电路印制工艺不当而造成的油渍;2焊膏过多地暴露在具有氧化作用的环境中;3焊膏过多地暴露在潮湿环境中;4不适当的加热方法;5加热速度太快;6预热断面太长;7焊料掩膜和焊膏间的相互作用;8焊剂活性不够;9焊粉氧化物或污染过多;10尘粒太多;11在特定的软熔处理中焊剂里混入了不适当的挥发物;12由于焊膏配方不当而引起的焊料坍落13焊膏使用前没有充分恢复至室温就打开包装使用14印刷厚度过厚导致塌落形成锡球15焊膏中金属含量偏低 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 6 SMT 专家网编辑整理 3.2.6 焊料结珠3.2.6 焊料结珠 焊料结珠是在使用焊膏和 SMT 工艺时焊料成球的一个特殊现象.简单地说 焊珠是指那些非常大的焊球其上粘带有(或没有)细小的焊料球(11).它们形成在具有极低的托脚的组件如芯片电容器的周围焊料结珠是由焊剂排气而引起在预热阶段这种排气作用超过了焊膏的内聚力排气促进了焊膏在低间隙组件下形成孤立的团粒在软熔时熔化了的孤立焊膏再次从组件下冒出来并聚结起 焊接结珠的原因包括1印刷电路的厚度太高;2焊点和组件重迭太多;3在组件下涂了过多的锡膏;4安置组件的压力太大;5预热时温度上升速度太快;6预热温度太高;7在湿气从组件和阻焊料中释放出来;8焊剂的活性太高;9所用的粉料太细;10金属负荷太低;11焊膏坍落太多;12焊粉氧化物太多;13溶剂蒸气压不足消除焊料结珠的最简易的方法也许是改变模版孔隙形状以使在低托脚组件和焊点之间夹有较少的焊膏 3.2.7 焊接角焊接抬起3.2.7 焊接角焊接抬起 焊接角缝抬起指在波峰焊接后引线和焊接角焊缝从具有细微电路间距的四芯线组扁平集成电路(QFP)的焊点上完全抬起来特别是在组件棱角附近的地方一个可能的原因是在波峰焊前抽样检测时加在引线上的机械应力 或者是在处理电路板时所受到的机械损坏(12)在波峰焊前抽样检测时用一个镊子划过 QFP 组件的引线以确定是否所有的引线在软溶烘烤时都焊上了其结果是产生了没有对准的焊趾这可在从上向下观察看到如果板的下面加热在焊接区/角焊缝的间界面上引起了部分二次软熔那幺从电路板抬起引线和角焊缝能够减轻内在的应力防止这个问题的一个办法是在波峰焊之后(而不是在波峰焊之前)进行抽样检查 3.2.8 竖碑3.2.8 竖碑TombstoningTombstoning 竖碑Tombstoning是指无引线组件(如片式电容器或电阻)的一端离开了衬底甚至整个组件都支在它的一端上 Tombstoning 也称为 Manhattan 效应 Drawbridging 效应或 Stonehenge 效应 它是由软熔组件两端不均匀润湿而引起的因此熔融焊料的不够均衡的表面张力拉力就施加在组件的两端上随着SMT 小型化的进展电子组件对这个问题也变得越来越敏感 此种状况形成的原因1加热不均匀2组件问题外形差异重量太轻可焊性差异3基板材料导热性差基板的厚度均匀性差4焊盘的热容量差异较大焊盘的可焊性差异较大5锡膏中助焊剂的均匀性差或活性差两个焊盘上的锡膏厚度差异较大锡膏太厚印刷精度差错位严重6预热温度太低7贴装精度差组件偏移严重 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 7 SMT 专家网编辑整理 3.2.9 Ball Grid Array(BGA)成球不良3.2.9 Ball Grid Array(BGA)成球不良 BGA 成球常遇到诸如未焊满焊球不对准焊球漏失以及焊料量不足等缺陷这通常是由于软熔时对球体的固定力不足或自定心力不足而引起 固定力不足可能是由低粘稠 高阻挡厚度或高放气速度造成的而自定力不足一般由焊剂活性较弱或焊料量过低而引起 BGA 成球作用可通过单独使用焊膏或者将焊料球与焊膏以及焊料球与焊剂一起使用来实现;正确的可行方法是将整体预成形与焊剂或焊膏一起使用 最通用的方法看来是将焊料球与焊膏一起使用 利用锡 62 或锡 63 球焊的成球工艺产生了极好的效果 在使用焊剂来进行锡 62 或锡 63 球焊的情况下缺陷率随着焊剂粘度溶剂的挥发性和间距尺寸的下降而增加同时也随着焊剂的熔敷厚度焊剂的活性以及焊点直径的增加而增加在用焊膏来进行高温熔化的球焊系统中没有观察到有焊球漏失现象出现并且其对准精确度随焊膏熔敷厚度与溶剂挥发性焊剂的活性焊点的尺寸与可焊性以及金属负载的增加而增加在使用锡 63 焊膏时焊膏的粘度间距与软熔截面对高熔化温度下的成球率几乎没有影响 在要求采用常规的印刷释放工艺的情况下 易于释放的焊膏对焊膏的单独成球是至关重要的 整体预成形的成球工艺也是有很好发展前途的 减少焊料链接的厚度与宽度对提高成球的成功率也是相当重要的 3.2.10 形成孔隙3.2.10 形成孔隙 形成孔隙通常是一个与焊接接头的相关的问题尤其是应用 SMT 技术来软熔焊膏的时候在采用无引线陶瓷芯片的情况下 绝大部分的大孔隙(0.0005 英寸/0.01 毫米)是处于 LCCC 焊点和印刷电路板焊点之间与此同时在 LCCC 城堡状物附近的角焊缝中仅有很少量的小孔隙孔隙的存在会影响焊接接头的机械性能并会损害接头的强度延展性和疲劳寿命这是因为孔隙的生长会聚结成可延伸的裂纹并导致疲劳 孔隙也会使焊料的应力和 协变增加 这也是引起损坏的原因此外 焊料在凝固时会发生收缩 焊接电镀通孔时的分层排气以及夹带焊剂等也是造成孔隙的原因 在焊接过程中形成孔隙的械制是比较复杂的一般而言孔隙是由软熔时夹层状结构中的焊料中夹带的焊剂排气而造成的(213)孔隙的形成主要由金属化区的可焊性决定并随着焊剂活性的降低 粉末的金属负荷的增加以及引线接头下的覆盖区的增加而变化 减少焊料颗粒的尺寸仅能销许增加孔隙此外孔隙的形成也与焊料粉的聚结和消除固定金属氧化物之间的时间分配有关焊膏聚结越早形成的孔隙也越多通常大孔隙的比例随总孔隙量的增加而增加.与总孔隙量的分析结果所示的情况相比 那些有启发性的引起孔隙形成因素将对焊接接头的可靠性产生更大的影响控制孔隙形成的方法包括:1改进组件/衫底的可焊性;2采用具有较高助焊活性的焊剂;3减少焊料粉状氧化物;4采用惰性加热气氛.5减缓软熔前的预热过程.与上述情况相比在 BGA装配中孔隙的形成遵照一个略有不同的模式(14).一般说来.在采用锡 63 焊料块的 BGA 装配中孔隙主要是在板级装配阶段生成的.在预镀锡的印刷电路板上BGA 接头的孔隙量随溶剂的挥发性金属成分和软熔温度的升高而增加同时也随粉粒尺寸的减少而增加;这可由决定焊剂排出速度的粘SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 8 SMT 专家网编辑整理 度来加以解释.按照这个模型在软熔温度下有较高粘度的助焊剂介质会妨碍焊剂从熔融焊料中排出因此增加夹带焊剂的数量会增大放气的可能性从而导致在 BGA 装配中有较大的孔隙度.在不考虑固定的金属化区的可焊性的情况下 焊剂的活性和软熔气氛对孔隙生成的影响似乎可以忽略不计.大孔隙的比例会随总孔隙量的增加而增加 这就表明 与总孔隙量分析结果所示的情况相比在 BGA 中引起孔隙生成的因素对焊接接头的可靠性有更大的影响 这一点与在 SMT 工艺中空隙生城的情况相似 总结 总结 焊膏的回流焊接是 SMT 装配工艺中的主要的板极互连方法 影响回流焊接的主要问题包括 底面组件的固定未焊满断续润湿低残留物间隙焊料成球焊料结珠焊接角焊缝抬起TombstoningBGA 成球不良形成孔隙等问题还不仅限于此在本文中未提及的问题还有浸析作用金属间化物不润湿歪扭无铅焊接等.只有解决了这些问题回流焊接作为一个重要的SMT 装配方法才能在超细微间距的时代继续成功地保留下去 附附1.BGA 焊接炉温曲线要求锡膏为 63Pb/37Sn 110C 130C 60 Sec 130C 160C 45 90 Sec 183C 183C 60 90 Sec 顶 点 温 度 2155C 升 降 温 速 率 2C/Sec 2.爆米花现象(Popcorn)主要会在环氧树脂等非气密性封装组件发生包括 PCB 和 IC.当湿气敏感组件暴露在环境中湿气会渗透进封装材料聚集在内部接口.当组件经过回流焊接高温时聚集在内部的湿气会因快速的温升而瞬间气化在内部产生较大的应力导致内部发生分层严重的称为爆米花现象.对于 PCB如果已经暴露过长时间而吸收湿气 应当进行烘烤 否则会发生分层现象.一般 PCB 厂商会标识 PCB可暴露时间在允许时间之内通常不需烘烤 四四手工烙铁焊接技术 手工烙铁焊接技术 使用电烙铁进行手工焊接掌握起来并不因难但是要有一些技朮要领长期从事电子产品生产的人们总结出了焊接的四个要素(又称 4M):材料工具方式方法及操作者其中最主要的当然还是人的技能没有经过相当时间的焊接实践和用心体验领会就不能掌握焊接的技术要领SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 9 SMT 专家网编辑整理 即使是从事焊接工作较长时间的技术工人 也不能保证每个焊点的质最 只有充分了解焊接原理再加上用心的实践 才有可能在较短的时间内学会焊接的基本技能 下面介绍的一些具体方法和注意要点是初学者迅速掌握焊接技能的快捷方式 初学者应该勤于练习不断提高操作技艺不能把焊接质量问题留到整机电路调试的时候再去解决 4.1 焊接操作的正确姿势 4.1 焊接操作的正确姿势 掌握正确的操作姿势可以保证操作者的身心健康减轻劳动伤害为减少焊剂加热时挥发出的化学物质对人的危害减少有害气体的吸入量一般情况下烙铁到鼻子的距离应不少于 20cm通常以 30cm 为宜 电烙铁有几种握法反握法的动作稳定长时间操作不易疲劳适于大功率烙铁的操作正握法适于中功率烙铁或带弯头电烙铁的操作一般在操作台上焊接印刷制板等焊件时多采用握笔法 焊锡丝一般有两种成份由于焊锡丝中含有一定比例的铅而铅是对人体有害的一种金属因此操作时应该戴手套或大操作后洗手避免食入铅尘 电烙铁使用以后一定要稳妥地放大烙铁架上并注意导线等物不要碰到烙铁头以免烫伤导线造成漏电等事故 4.2 焊接操作的基本步骤 4.2 焊接操作的基本步骤 掌握好烙铁的温度和焊接时间选择适当的烙铁头和焊点的接触位置才可能得到良好 的焊点 正确的焊接操作过程可以分成五个步骤 4.2.1 备施焊右手握烙铁进入备焊状态要求烙铁头保持干净无焊渣等氧化物并在表面镀上一层焊锡 4.2.2 加热焊件:烙铁头靠在两焊件的连接处加热整个焊件全体时间大约为 1-2 秒种对于 在印制板上焊接元器件来说要注意使烙铁头同时接触焊盘和元器件的引线 4.2.3 送入焊丝:焊件的焊接面被加热到一定温度时焊锡丝从烙铁对面接触焊件注意不要 把焊锡丝送到烙铁头上 4.2.4 移开焊丝:当焊丝熔化一定量后立即向左上 45方向移开焊丝 4.2.5 移开烙铁:焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后向右上 45方向移开烙铁结束焊接 从第三步开始到第五步结束时间大约也是 12 分钟 对于热容量小的焊件例如印制板上较细导线的连接可以简化为三步操作(1)准备:同上步骤一(2)加热与送丝烙铁头放大焊件上后即放入焊丝 (3)去丝移烙铁焊锡在焊接面上扩散达到预期范围后立即取开焊丝并移开烙铁并注意 焊丝的时间不得滞后于移开烙铁的时间 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 10 SMT 专家网编辑整理 对于吸收低热量的焊件而言上述整个过程不过 24 秒钟各步骤时间的节奏控制顺序的准确掌握动作的熟练协调都是要通过大量实践并用心体会才能解决的问题有人总结出了五大步骤操作法中用数秒的办法控制时间 烙铁接触焊点后数一二(约 2 秒钟)送入焊丝后数三四移开烙铁 焊丝熔化量要靠观察决定 此办法可以参考 但由于烙铁功率焊点热量的差别等因素实际掌握焊接火候并无规定可循必须具体条件具体对待试想对于一个热量较大的焊点若使用功率较小的烙铁焊接时大上述时间内可能温度还不能使焊锡熔化那幺还谈什么焊接呢 4.3 焊接温度与加热时间 4.3 焊接温度与加热时间 适当的温度对形成良好的焊点是不可少的这个温度究竟如何掌握呢当根据有关数据 可以很清楚地查出不同的焊件材料所需要的量佳温度得到有关曲线但是在一般的焊接过 程中 不可能使用温度计之类的仪表来随时检测 而是希望用更直观明确的方法来了解焊件温度 经过经验得出 烙铁头在焊件上停留的时间与焊件温度的升高是正比关系 同样的烙铁 加热不同热量的焊件时想达到同样焊接温度可以通过控制加热时间来实现但在实践中又不能仅仅依此关系决定加热时间 用中小功率烙铁加热较大的时件时 无论烙铁停留的时间多长 焊件的温度也上不去 原因是烙铁的供热容量小于焊件和烙铁在空气中散失的热量 此外为防止内部过热损坏有些元器件也不允许长期加热 加热时间对焊和焊点的影响及其外部特征是什幺呢如果加热时间不足会使焊料不能 充分浸润焊件而形成松香夹渣而虚焊反之过量的加热除有可能造成元器件损坏以外还有如下危害和外部特征 1 点外观变差如果焊锡已经浸润焊件以后还继续进行过量的加热将使助焊剂全部挥发完造成熔态焊锡过热当烙铁离开时容易拉出锡尖同时焊点表面发黑出现粗糙颗粒失去光泽 2 高温造成所加松香助焊剂的分解碳化 松香一般在 210开始分解 不仅失去助焊剂的作用而且造成焊点夹渣形成缺陷如果在焊接中发现松香发黑肯定是加热时间过长所致 3 过量的受热会破坏印制板上铜箔的粘合层导致铜箔焊般的剥落因此在适当的加热时间里准确掌握加热火候是优质焊接的关键 4.4 接操作的具体手法 4.4 接操作的具体手法 在保证得到优质的目标下 具体的焊接操作手法可以因人而异 但下面这些前人总结的方法对初学者的指导作用是不可忽略的(1)保持烙铁头的清洁 焊接时烙铁头长期处于高温状态又接触焊剂等弱酸性物质其表面很容易氧化并沾上一层黑色杂质这些杂质形成隔热层 妨碍了烙铁头与焊件之间的热传导因此SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 11 SMT 专家网编辑整理 要注意在烙铁架上蹭去杂质 用一块湿布或湿海棉随时擦拭烙铁头 也是常用的方法之一对于普通烙铁头在污染严重时可以使用锉刀锉去表面氧化层对于长寿命烙铁头就绝对不能使用这种方法了(2)靠增加接触面积来加快传热 加热时 应该让焊件上需要焊锡浸润的各部分均匀受热 而不是仅仅加热焊件的一部分更不要采用烙铁对焊件增加压力的办法以免造成损坏或不易觉察的陷患有些初学者企图加快焊接用烙铁头对焊接面施加压力这是不对的正确的方法是要根据焊件的形状选用不同的烙铁头 或者自己修整烙铁头 让烙铁头与焊件形成面的接触而不是点或线的接触这样就能大大提高效率(3)加热要靠焊锡桥 在非流水线作业中焊接的焊点形状是多种多样的不大可能不断更换烙铁头要提高加热的效率需要有进行热量传递的焊锡桥所谓焊锡桥就是靠烙铁头上保留焊锡加热时烙铁头与焊之间传热的桥梁 由于金属熔液的导热效率远远高于空气 使焊点快就被加热到焊接温度应该注意作为焊锡桥的锡量不可保留过多以免造成误连(4)烙铁撤离有讲究 烙铁的撤离要及时 而且撤离时的角度和方向与焊点的形成有关 如图所示为烙铁不同的撤离方向对焊料的影响 烙铁头 烙铁头 烙铁 工件 烙铁头上 吸除焊锡 头上不挂锡 (a)沿烙铁轴向 (b)向上方 (c)水平方向 (d)垂直向下 (e)垂直向上 45 度撤离 撤离 撤离 撤离 撤离 (5)在焊锡凝固之前不能动 切勿使焊件移动或受到振动 特别是用镊子夹住焊件时 一定要等焊锡凝固后再移走 镊子否则极易造成虚焊(6)焊锡用量要适中 手工焊接常用管状焊锡丝 内部已装有松香和活化剂制成的助焊剂 焊锡丝的直径有 0.50.81.05.0mm 等多种规格要根据焊点的大小选用一般应使焊锡的直径略 小于焊盘直径过量的焊锡不但无必要地消耗了较贵的锡而且还增加焊接时间降低工作速度过量的锡很容易造成不易觉察的短路故障焊锡过少也不能形成牢固的结合同SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 12 SMT 专家网编辑整理 样是不利的特别是焊接印制板引出导线时焊锡用量不足极容易造成导线脱落(7)焊剂用量要适中 适量的助焊剂对焊接非常有利过量使用松香焊剂焊接以后必须擦除多余的焊剂 并且延长了加热时间降低了工作效率当加热时间不足时又容易形成夹渣的缺陷焊接开关接插件的时候 过量的焊剂容易流到触点处 会造成接触不良 合适的焊剂量应该是松香水仅能浸湿将要形成的焊点 不会透过印制板流到组件面或插孔里 对使用松香芯焊丝的焊接来说基本上不需要再涂松香水目前印制板生产厂的电路板在出厂前大多进行过松香浸润处理无需再加助焊剂 (8)不要使用烙铁头作为运载焊料的工具 有人习惯用烙铁头沾上焊锡再去焊接 结果造成焊料的氧化 因为烙铁头的温度一般 都在 300 摄氏度左右焊锡丝中的焊剂在高温时容易分解失效特别应该指出的是在一些陈旧的图书中还介绍过这种方法请读者注意监别.4.5 焊点质量及检查 4.5 焊点质量及检查 对焊点的质量要求应该包括电气接触良好机械结合牢固和美观三个方面保证焊点 质量最关键的一点就是必须避免虚焊 4.5.1 虚焊产生的原因及其危害 4.5.1 虚焊产生的原因及其危害 虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的 它使焊点成为有接触电阻的连接状 态 导致电路工作不正常出现时好时坏的不稳定现象噪声增加而没有规律性给电路的调试使用和维护带来重大的隐患此外也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内保持接触尚好因此不容易发现但在温度湿度的振动等环境条件作用下接触表面逐步被氧化接触慢慢地变得不完全起来虚焊点的接触电阻会引起局部发热局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化 最终甚至使焊点脱落 电路完全不能正常工作这一过程有时可长达一二年 据统计数字表明 在电子整机产品的故障中 有将近一半是由于焊接不良引起的 然而 要从一台有成千上万个焊点的电设备里 找出引起故障的虚焊点来 实大不是一件容易的事 所以虚焊是电路可靠性的一大隐患必须严格避免进行手工焊接操作的时候尤其要加 以注意 一般来说造成虚焊的主要原因为焊锡质量差助焊剂的还原性不良或用量不够接 处表成未预先清洁好镀锡不牢烙铁头的温度过高或过低表面有氧化层焊接进间太长 或太短掌握得不好焊接中焊尚未凝固时焊接组件松动 4.5.2 对焊点的要求 4.5.2 对焊点的要求(1)可靠的电气连接 SMT专家网专业提供SMT工艺咨询和技术服务 网站设SMT供求频道,SMT基础,SMT工艺,SMT产品展厅,SMT论文基地,SMT行业动态,SMT 论坛等技术含量很高的频道.是国内最大的 SMT 论文基地,介绍贴片机,回流焊,波峰焊等产品 13 SMT 专家网编辑整理 焊接是电子线路从物理上实现电气连接的主要手段 焊锡连接不是靠压力 而是靠焊接过程形成的牢固的连接的合金层达到电气连接的目的 如果焊锡仅仅是堆在焊件的表面或只有少部分形成合金层 也许在最初的测试和工作中不会发现焊点存在问题 但随着条件的改变和时间的推移接触层氧化脱裂出现了电路产生时通时断或者干脆不工作而这时观察焊点外表依然连接如初这是电仪器使用中最头疼的问题也是产品制造中必须十分重视的问题(2)足够的机械强度 焊接有仅起到电气连接的作用同时也是固定元器件保证机械连接的手段这就有个机械强度的问题作为锡焊材料的铅锡合金本身强度是比较低的常用铅锡焊料抗拉强度约为 347Kg/cm只有普通钢材的 10%要想增加强度就要有足够的连接面积如果是虚焊点焊料仅仅堆在焊盘上自然就谈不到强度了 常见的缺陷是焊锡未流满点或焊锡量少而造成强度较低还可能因焊接时焊料尚未凝 固就使焊件振动而引起的焊点结晶粗大(象豆腐渣状)或有裂纹从而影响机械强度(3)光洁整齐的外观 薄而均匀可 良好的焊点求焊料用量恰到好处 见导线轮廓 组件引线 外表有金属光泽没有拉尖桥接等 半弓形凹下 现象 并且不伤及导线的绝缘层及相 铜箔 邻了组件良好的外表是焊接质量的 平滑过渡 b 反映注意表面有金属光泽是焊接 温度合适生成合金层的标志这个 仅仅是外靖美 观的要求 接线端子 导线 a 基板 典型焊点的外观要求是(参见右图)a=(1-1.2)b (1)状为近似圆锥而表面微凹呈现漫坡状(以焊接导线为中心对称成裙形拉开)虚焊 点表面往往呈凸形可以判别出来 (2)焊料的连接面呈弓形凹面焊料与焊件交界处平滑接触角尽可能小 (3)表面有光泽且平滑 (4)无裂纹针孔夹渣焊点的外观检查除用目测(或借助放大镜显微镜观测)焊点是否 合乎上述标准以外对整块制电板进行以下几个方面焊接质量的检查