SMT工藝 | 影響SMT焊接質(zhì)量的因素及改進(jìn)措施

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們對電子產(chǎn)品的要求越來越高，這些電子產(chǎn)品必須滿足多功能、小型化、高密度、高性能、高質(zhì)量的要求。焊接，在SMT（表面貼裝技術(shù)）組裝生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用，直接決定組裝電路板各組件之間的電氣連接質(zhì)量。所以，對于SMT行業(yè)而言，焊接的高質(zhì)量是電子產(chǎn)品的根本保障。

然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，焊接缺陷常常發(fā)生，特別是在回流焊接階段。事實(shí)上，這些缺陷雖然在回流焊接階段暴露出來，但是問題并非完全是由回流技術(shù)直接引起的，因?yàn)镾MT焊接質(zhì)量與PCB（印制電路板）焊盤的可制造性、鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)、元件和PCB焊盤可焊性、制造設(shè)備狀態(tài)、焊料質(zhì)量等因素密切相關(guān)，同時(shí)，也要考慮到每個(gè)組裝環(huán)節(jié)的技術(shù)參數(shù)設(shè)定和生產(chǎn)線每個(gè)工人的操作技能和熟練程度。如下圖所示，SMT組裝通常包含以下程序：

此流程的每個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)問題，最終影響SMT焊接質(zhì)量。本文將會對可能影響SMT焊接質(zhì)量的因素進(jìn)行討論和分析，以避免在實(shí)際生產(chǎn)制造中出現(xiàn)類似問題。

BOM（物料清單）準(zhǔn)備

作為SMT組裝中最重要的組成部分之一，BOM的質(zhì)量和性能直接關(guān)系到回流焊接的質(zhì)量。在準(zhǔn)備BOM的時(shí)候，工作人員需要遵從以下原則，以便更好地為后續(xù)焊接做充分的準(zhǔn)備。

a. 料件封裝必須滿足貼片機(jī)的自動(dòng)安裝要求

   每臺機(jī)器都有各自的可承受參數(shù)范圍，在實(shí)際生產(chǎn)之前務(wù)必要和組裝生產(chǎn)商進(jìn)行充分的溝通，獲得設(shè)備精確的參數(shù)范圍，這樣才能保證料件順利參與到生產(chǎn)流程中。例如，如果你的合作組裝生產(chǎn)商采用的設(shè)備能夠處理的元件最小封裝是0201，那么，你的BOM中的01005就無法處理。

b. 料件圖形必須滿足自動(dòng)SMT的要求，因?yàn)榫哂懈叱叽缇鹊臉?biāo)準(zhǔn)形狀有利于自動(dòng)SMT組裝的順利進(jìn)行

c. 料件的可焊端和PCB焊盤的焊接質(zhì)量應(yīng)滿足回流焊接的要求，并且料件和焊盤的可焊端要保證不受污染或氧化

   如果料件和PCB焊盤的可焊端受到氧化、污染或受潮，則可能會引起一些焊接錯(cuò)誤，例如潤濕不良、偽焊接、焊球或空焊。濕度傳感器和PCB管理尤其，濕度傳感器必須在真空包裝后儲存在干燥箱中，并且在下一次生產(chǎn)前必須進(jìn)行烘烤。

PCB焊盤的可制造性設(shè)計(jì)

PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量是影響表面貼裝質(zhì)量的第一個(gè)因素。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，在基板材料選擇、元件布局、焊盤和散熱焊盤設(shè)計(jì)、阻焊層設(shè)計(jì)、元件封裝類型、組裝方法、定位等因素中，70%到80%的組裝制造缺陷來源于PCB設(shè)計(jì)。

對于焊盤設(shè)計(jì)正確的印制電路板，即使在表面貼裝過程中出現(xiàn)小的偏斜，也可以在熔錫焊錫表面張力的作用下進(jìn)行校正，這個(gè)過程被稱為自動(dòng)定位或自校正效果。但是，如果PCB焊盤設(shè)計(jì)不正確，即使組裝位置非常精確，焊接缺陷仍然會出現(xiàn)，例如元件位置偏移和立碑。所以，SMT焊盤設(shè)計(jì)方面必須從以下方面著手。

● 焊盤對稱性

  為了避免回流焊接后發(fā)生料件位置偏移或立碑問題，封裝為0805或更低的芯片料件，其兩端的焊盤應(yīng)保持在焊盤尺寸、熱吸收和散熱能力方面的對稱性，以維持熔融表面張力的平衡焊錫。如果一端在大銅箔上，則建議使用單線連接來連接大銅箔上的焊盤。

● 焊盤間距

  為了確保元件端部或引腳與焊盤之間適當(dāng)?shù)拇罱映叽?，?dāng)焊盤之間的間距太大或太小時(shí)，則會引起焊接缺陷。

● 焊盤剩余尺寸

   焊盤的剩余尺寸必須確保料件端部或引腳與焊盤之間的搭接接頭之后，焊點(diǎn)能夠呈現(xiàn)彎月面形狀。

● 焊盤寬度

   基本上來說，焊盤寬度應(yīng)當(dāng)與料件端部或引腳的寬度相一致。

● 通孔不得放置在焊盤上

  通孔若放在焊盤上，在回流焊過程中，熔錫可能沿通孔流走，造成偽焊接和錫不足，這樣，就可能會流到板子的另一邊引起短路。

錫膏印刷

錫膏印刷技術(shù)的應(yīng)用主要是為了解決錫膏印刷量不相容的問題。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，在印制電路板正確設(shè)計(jì)的前提下，60%的返修電路板是由錫膏印刷不良導(dǎo)致的。在錫膏印刷過程中，三個(gè)元素必須充分考慮：錫膏、鋼網(wǎng)和刮刀。如果這三個(gè)元素在實(shí)際印刷過程中參數(shù)正確設(shè)置，那么就可以獲得出色的印刷效果。

● 錫膏

作為回流焊接所必需的材料，錫膏是一種由合金粉末和助焊劑均勻混合的膏狀焊料，其中合金粉末是焊點(diǎn)成分的關(guān)鍵元素。助焊劑是用來消除表面氧化，增加潤濕性并確保錫膏質(zhì)量的關(guān)鍵材料。從成分方面來說，一般說來，80%到90%的錫膏屬于金屬合金，而其體積占50%。

要保障錫膏在應(yīng)用時(shí)達(dá)到最佳質(zhì)量和狀態(tài)，應(yīng)該在兩個(gè)方面努力：存儲和應(yīng)用。錫膏儲存的溫度通常在0到10℃之間，或者根據(jù)錫膏制造商要求的溫度進(jìn)行儲存。因此，SMT組裝車間應(yīng)該配備專業(yè)的恒溫錫膏保存箱，保障錫膏存儲的固定空間和要求溫度。在應(yīng)用錫膏的時(shí)候，SMT組裝車間的溫度應(yīng)當(dāng)設(shè)置為25℃±3℃，濕度必須達(dá)到50%±10%。此外，錫膏回收時(shí)間必須達(dá)到4小時(shí)或更長，并且在其應(yīng)用前必須進(jìn)行充分?jǐn)嚢枰允蛊湔扯染哂袃?yōu)異的可印刷性。應(yīng)用后，錫膏必須封蓋妥善放置，并且回流焊接必須在錫膏印刷完畢后兩小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。

● 鋼網(wǎng)

鋼網(wǎng)的主要功能在于使錫膏能夠均勻涂覆在PCB焊盤上。鋼網(wǎng)對于印刷技術(shù)來說是必不可少的關(guān)鍵因子，其質(zhì)量直接影響錫膏印刷的效果。到目前為止，鋼網(wǎng)的生產(chǎn)方法有三種：化學(xué)蝕刻、激光切割和電鍍。只有在充分考慮和適當(dāng)處理以下幾個(gè)方面之后才能保障鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)正確、妥當(dāng)。

a. 鋼網(wǎng)厚度

為了保證錫膏涂覆量和焊接質(zhì)量，鋼網(wǎng)表面必須平滑均勻，并且鋼板厚度的選擇應(yīng)由引腳間距最小的元件決定。

b. 孔徑設(shè)計(jì)

孔徑是梯形截面孔，其開口呈喇叭狀?？讖奖诒仨毠饣?、沒有毛刺。

c. 防焊球處理

為了有效避免回流焊接后產(chǎn)生焊球，應(yīng)當(dāng)在封裝尺寸為0603或以上芯片組件的鋼網(wǎng)孔徑上進(jìn)行防焊球處理。對于焊盤過大的元件，建議使用網(wǎng)格分隔來阻止太多的錫產(chǎn)生。

d. 標(biāo)記點(diǎn)

鋼網(wǎng)的背面應(yīng)該至少生成3個(gè)MARK點(diǎn)，并且鋼網(wǎng)應(yīng)該與PCB上的MARK點(diǎn)兼容。為了提高印刷精度，應(yīng)該設(shè)置一對對角線距離最長的MARK點(diǎn)。

e. 印刷方向

印刷方向也是錫膏印刷過程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)。在印刷方向確定的過程中，間距精細(xì)的元件不應(yīng)太靠近傳送軌道，否則，過多的錫可能會引起橋連。

● 刮刀

刮刀在一定程度上根據(jù)不同的硬度材料和形狀對印刷質(zhì)量產(chǎn)生影響。一般都是使用鍍鎳的鋼刮刀，角度設(shè)置為60°；如果有通孔部件，建議使用45°的刮刀，以便增加通孔部件的上錫量。刮刀設(shè)置需要從印刷參數(shù)設(shè)置、設(shè)備準(zhǔn)備性和PCB支持三個(gè)方面進(jìn)行。

☆ 印刷參數(shù)

印刷參數(shù)主要包括刮刀移動(dòng)速度、刮刀壓力、鋼網(wǎng)下降速度、鋼網(wǎng)清潔模式和頻率。刮刀角度、鋼網(wǎng)粘度和錫膏粘度之間存在限制關(guān)系，因此只有正確設(shè)置這些參數(shù)才能保證錫膏的印刷質(zhì)量。一般來說，刮刀運(yùn)動(dòng)速度低會導(dǎo)致錫膏厚度較大，可能出現(xiàn)模糊的錫膏形狀。另外，極低的運(yùn)動(dòng)速度甚至?xí)档蜕a(chǎn)效率。相反，若刮刀運(yùn)動(dòng)速度較高，可能導(dǎo)致網(wǎng)孔中的錫膏填充不足。刮刀壓力過高可能會導(dǎo)致錫膏不足并增加刮刀與鋼網(wǎng)之間的磨損，而極低的壓力會導(dǎo)致錫膏印刷不完整。因此，通常滾動(dòng)的錫膏應(yīng)盡可能提高刮刀運(yùn)動(dòng)速度。而且，刮刀壓力應(yīng)調(diào)整至獲得較高的印刷質(zhì)量的程度。

☆ 設(shè)備準(zhǔn)確性

在印刷高密度、小空間產(chǎn)品的過程中，印刷精度和重復(fù)印刷精度會影響錫膏印刷的穩(wěn)定性。

☆ PCB支持

PCB支持是錫膏印刷的重要調(diào)整內(nèi)容。如果PCB缺乏有效的支撐或得到了不合適的支撐，厚度過高的錫膏或不均勻的錫膏。為了保證鋼網(wǎng)和PCB之間的接近度，PCB支撐應(yīng)該平坦而均勻地布置。

料件貼片

料件貼片的質(zhì)量取決于三個(gè)要素：正確選擇料件、準(zhǔn)確放置和合適的組裝壓力。選擇正確的料件是指料件必須符合BOM中的要求。準(zhǔn)確放置意味著組裝坐標(biāo)必須正確，貼片機(jī)的精度必須能夠保證組裝穩(wěn)定性并正確組裝在焊盤上的元件。同時(shí)，為了確保料件的方向性正確，組裝角度必須注意。合適的組裝壓力是指壓制元件的厚度，決不能太小或太大。組裝壓力可以通過設(shè)置PCB厚度、料件封裝厚度、噴嘴安裝器壓力和安裝器Z軸調(diào)節(jié)來確定。

回流焊接

焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量在于回流焊溫度曲線的正確設(shè)置。良好的回流焊曲線要求PCB上所有的安裝元件必須具有優(yōu)良的焊接和焊點(diǎn)，同時(shí)具有出色的外觀和高品質(zhì)。如果溫度上升太快，一方面，元器件和PCB會受熱太快，導(dǎo)致器件容易損壞、PCB變形；另一方面，錫膏中的溶劑揮發(fā)速度過快，金屬化合物將作為鍍錫球?yàn)R出。回流焊接溫度峰值通常設(shè)定為高于焊膏熔點(diǎn)30℃至40℃。如果溫度過高并且回流時(shí)間過長，則耐熱組件或組件塑料將損壞。相反，由于錫膏不完全熔化，便會形成不可靠的焊點(diǎn)。為了提高焊接質(zhì)量，阻止元器件氧化，可以采用氮?dú)饣亓骱附??；亓骱附訙囟惹€通常根據(jù)以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)置：

● 溫度曲線可以根據(jù)錫膏推薦的溫度曲線進(jìn)行設(shè)置。錫膏成分決定其活化溫度和熔點(diǎn)；

● 根據(jù)耐熱組件和有價(jià)值組件的熱性能參數(shù)，對于某些特殊組件，必須考慮最高焊接溫度；

● 應(yīng)根據(jù)PCB基材、尺寸、厚度和銅重進(jìn)行設(shè)置；

● 應(yīng)根據(jù)回流焊爐結(jié)構(gòu)和溫區(qū)長度進(jìn)行設(shè)置，不同的回流爐應(yīng)接受不同的設(shè)置。

影響SMT焊接質(zhì)量的因素還有很多，包括元器件可焊性、PCB質(zhì)量、PCB焊盤設(shè)計(jì)、錫膏質(zhì)量、SMT組裝設(shè)備情況、SMT每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)參數(shù)以及每個(gè)工人的操作技能等。在這些元素中，元件質(zhì)量、錫膏以及PCB設(shè)計(jì)是保證回流焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)，因?yàn)檫@些元件引發(fā)的焊接缺陷很難或不可能通過技術(shù)方案來解決。因此，提高焊接質(zhì)量的優(yōu)越性在于對材料質(zhì)量和PCB焊盤設(shè)計(jì)的良好控制。