焊接缺陷分析及预防.ppt

SMT常见焊接缺陷、原因分析及预防解决措施制造系统发部孙俊2 2影响回流焊质量的因素影响回流焊的质量因素很多，主要有：nPCB焊盘的结构与尺寸；n焊膏质量及焊膏的正确使用；n元器件焊端和引脚、PCB的焊盘质量；n焊膏的印刷质量；n贴装精度；n回流焊温度曲线；n回流焊设备的质量。3 3影响回流焊质量的因素nPCB焊盘设计SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接的、十分重要的关系。如果PCB焊盘设计正确，贴装时少量的歪斜可以在回流焊时由熔融的焊锡表面张力的作用而得到纠正；相反，如果PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置十分准确，回流焊后也会出现元件位置偏移、立碑等焊接缺陷。自纠正效应对于两个端头的Chip元件及BGA、CSP等的作用比较大；对于SOP、SOJ、QFP等器件的作用比较小。4 4影响回流焊质量的因素n焊膏的性能、质量及焊膏的正确使用焊膏时一种均质混合物，由焊料合金粉、助焊剂和一些添加物等混合而成，具有一定黏度和良好的触变性的膏状体。焊膏中，合金与助焊剂的配比、颗粒度及分布、合金的氧化度，助焊剂和添加剂的性能，焊膏的黏度、可焊性、焊接强度、触变性、塌落度、粘结性、腐蚀性，焊膏的工作寿命和储存期限等都会影响回流焊质量。不同合金成分或不同种类助焊剂的锡膏不允许混合。焊膏使用不当，也会发生焊接质量问题。例如,从冰箱中取出焊膏直接使用，由于焊膏温度比室温低，产生水汽凝结，即焊膏吸收空气中的水分，搅拌后使水汽混在焊膏中，回流焊升温时，水汽蒸发带出金属粉末，在高温下水汽会使金属粉末氧化，飞溅形成焊锡球，还会产生润湿不良等问题。当网板设置变更时，必须处理剩余的锡膏。机器的停留时间必须考虑锡膏本身的要求，如果超出此时间，锡膏必须被处理。5 5影响回流焊质量的因素n元器件焊端和引脚、PCB的焊盘质量当元器件焊端和引脚、PCB的焊盘氧化或污染，或PCB受潮等情况下，回流焊时会产生润湿不良、虚焊、焊锡球、空洞等焊接缺陷。6 6影响回流焊质量的因素n焊膏印刷质量据资料统计，在PCB设计正确、元器件和PCB质量有保证的前提下，SMT的质量问题中有70%出在印刷工艺。印刷位置正确与否（印刷精度）、焊膏量的多少、焊膏量是否均匀、焊膏图形是否清晰、有无粘连、PCB表面是否被焊膏污染等都直接影响SMT焊接质量。使用适当的光学系统（2D/3D AOI），自动检验技术用于批产产品的监控。锡膏检测遵循以下规范100%在线自动进行检测：。锡膏高度 。锡膏体积 。锡膏位置7 7影响回流焊质量的因素影响印刷质量的因素很多，主要有以下几个：1.钢网质量：钢网印刷是接触印刷，因此钢网的厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷质量。2.焊膏的黏度、印刷性：焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。如果焊膏的印刷性不好，严重时焊膏只是在钢网上滑动，这种情况下几乎印不上焊膏。8 8影响回流焊质量的因素3.印刷工艺参数 印刷焊膏时，刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度，以及模板与PCB上表面之间的距离、网板分离速度、钢网底部清洁等工艺参数都会影响印刷质量，而且有些工艺参数之间还存在一定的制约关系。因此，只有正确控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。4.设备精度方面 在印刷高密度、窄间距产品时，印刷机的印刷精度和重复精度也会起到一定的作用。5.对回收焊膏的使用与管理，环境温度、湿度及环境卫生，对焊点质量都有影响。回收的焊膏与新焊膏要分别存放，环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小会加速焊膏中溶剂的挥发，环境中的灰尘混入焊膏会使焊点产生针孔。9 9影响回流焊质量的因素n贴装精度保证贴装质量的三要素是：1.元件正确，要求各装配位号的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品的（工单）BOM要求，这一点是电子装联最基本的要求。2.位置准确，元器件的端头和引脚均要和焊盘图形尽量对齐、居中。3.压力合适，贴片压力相当于贴片头Z轴高度，贴片压力要恰当、合适。元器件焊端或引脚不小于1/2厚度须浸入焊膏。压力过小，元器件焊端浮在焊膏表面，焊膏粘不住器件，在传递和回流焊时容易产生位置移动；另外由于Z轴高度过高，贴片时元件从高处扔下，会造成贴片位置偏移。压力过大，焊膏挤出量过多，容易造成焊膏粘连，回流焊时容易产生桥接，严重时还会损坏元器件。器件受到的最大力量不允许超出元件厂商的要求。定期测试校正贴片位置及贴片压力重复性并形成文档。1010影响回流焊质量的因素n回流焊温度曲线温度曲线是保证焊接质量的关键，实时温度曲线与焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致。特别的，在加热区及冷却区要防止过大的温差，同时防止过高的焊接温度，以阻止SMD元件的损伤。制程循环中必须防止PCB及元器件的分层。对于同一台回流焊设备，同时生产不同的产品时，在开始生产前必须确定特殊的温度曲线并使用特殊的温度测量仪器进行点检与验证。温度profile必须归档。以下参数需要被考虑：。预热 。温差 。链速 。最高温度 。回流时间 。冷却过程1111影响回流焊质量的因素n回流焊设备的质量回流焊质量与设备有着十分密切的关系。影响回流焊的主要参数如下：1.温度控制精度应达到+-0.10.2；2.温度分布的均匀性，特别是传输带横向温差要求+-5（无铅要求+-2），否则焊接时会增加PCB板表面的温度差，很难保证整板的焊接质量；3.加热区长度。加热区长度越长、加热区数量越多，越容易调整和控制温度曲线；4.传输带运送要平稳，传输带的震动会产生偏移、立碑等不良；5.应有氮气保护装置（无铅）。6.当机器发生故障，里面的所有PCB必须报废处理。1212影响回流焊质量的因素n总结 从以上分析可以看出，回流焊质量与PCB焊盘设计、元器件可焊性、焊膏质量、PCB板的加工质量、生产线设备，以及SMT没到工序的工艺参数、操作人员的操作都有密切的关系。同时也可以看出，PCB设计、PCB加工质量、元器件和焊膏质量是保证焊接质量的基础，因为这些问题在生产工艺中是很难甚至无法解决的。因此，只要PCB设计合理，PCB、元器件和焊膏都是合格的，回流焊质量是可以通过印刷、贴片、回流焊每道工序的工艺控制的。1313回流焊常见不良分析与预防对策nSMT回流焊中常见的焊接缺陷 SMT回流焊中主要有以下几种常见的焊接缺陷：焊膏融化不完全、润湿不良、焊膏量不足与虚焊或短路、立碑和移位、焊点桥接或短路、焊锡球、气孔（针孔、空洞）、焊点高度超出元件本体、元器件裂纹缺损、元件端头镀层剥落、元件侧立、元件面贴反、冷焊、焊点裂纹、爆米花现象等等。1414回流焊常见不良分析与预防对策n焊膏融化不完全是指焊膏回流不完全，全部或局部焊点 周围有未融化的残留焊膏。原 因 分 析预 防 对 策当PCB板所有焊点或大部分焊点存在锡膏融化不完全时，说明回流焊峰值温度低或回流时间短。调整温度曲线，峰值温度一般定在比焊膏熔点高3040度左右，回流时间为4090s当焊接大尺寸PCB时，横向两侧存在焊膏融化不完全，说明炉子横向温度不均匀。一般发生在炉体较窄、保温不良时，因为横向两侧比中间温度低所致可适当提高峰值温度或延长回流时间。尽量将PCB放置在炉子中间部位进行焊接当焊膏融化不完全发生在PCB表面的固定位置时，如大焊点、大元件及大元件周围，或发生在PCB背面贴装有大热容量器件的部位时，是因为吸热过大或热传导受阻而造成的1.双面布件设计时应尽量将大元件布置在PCB同一面，确实排布不开的，应交错排布；2.适当提高峰值温度或延长回流时间1515回流焊常见不良分析与预防对策n润湿不良是指焊料未润湿焊盘或元件焊端，造成元器件焊 端、引脚或PCB焊盘不沾锡或局部不沾锡；或焊 料覆盖焊端的面积没有满足检测标准的要求。原 因 分 析预 防 对 策元器件焊端、引脚、PCB的焊盘氧化或污染，或PCB受潮元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超出规定的使用期限。对PCB进行清洗和去潮处理焊膏中金属粉末含氧量高，焊膏助焊剂活性差选择满足要求的焊膏焊膏受潮或使用回收焊膏，使用过期失效焊膏回到室温后使用焊膏，制定焊膏使用条例1616回流焊常见不良分析与预防对策n焊膏量不足与虚焊或断路当焊点高度达不到规定要求时，称为焊膏 量不足。焊膏量不足会影响焊点的机械强 度和电气连接的可靠性，严重时会造成虚焊或断路。原 因 分 析预 防 对 策整体焊膏量过少原因：1.钢网厚度或开口尺寸不够，或开口四壁有毛刺，或喇叭口朝上，脱模时带出焊膏；2.焊膏转移性差；3.刮刀压力过大；4.印刷速度过快1.加工合格的钢网，增加钢网厚度或扩大开口面积；2.更换焊膏；3.调整印刷压力和速度；4.调整基板、钢网、刮刀的平行度个别焊盘上焊膏量过少或没有焊膏：1.可能是钢网被堵塞或个别开口尺寸小；2.导通孔设计在焊盘上1.清楚钢网漏孔中的焊膏，印刷时经常擦洗钢网底面。若是开孔小，应扩大开口尺寸；2.修改焊盘设计器件引脚共面性差，翘起的引脚不能与其对应的焊盘接触运输和传递SMD器件、特别是SOP和QFP的过程中不要破坏其包装。PCB变形，使大尺寸SMD器件引脚不能完全与焊膏接触1.PCB设计时要考虑长宽比和厚度；2.大尺寸PCB回流焊时应采用底部支撑1717回流焊常见不良分析与预防对策n立碑和移位是指两个焊端的表贴元件，经过回流焊后其中一个焊端离 开焊盘表面，整个元件呈斜立或直立；移位是指元器件焊 端或引脚离开焊盘的错位现象。原 因 分 析预 防 对 策两个焊盘尺寸不对称，焊盘间距过大或过小，使元件的一个焊端不能接触焊盘按CHIP元件PAD设计原则进行设计，注意焊盘对称性贴装位置偏移，或元件厚度设置不正确，贴片时元件从高处扔下，元件焊端没有压在锡膏上提高贴装精度，精确调整首件贴装坐标；设置正确的元件厚度和贴片高度；将印刷锡膏的偏移量告诉贴片机，使焊端压在锡膏上元件的一端氧化或被污染；焊接时元件焊端不润湿或脱落严格来料检验，严格进行首件焊后检验，每次更换料后都要检验。PCB焊盘被污染（有丝印、字符、氧化）严格来料检验，进行PCB layout工艺审核两个焊盘上的焊膏量不一致印刷时经常擦洗钢网；若开孔小，应扩大贴片压力过小，元件焊端浮在焊膏表面设置正确的元件厚度和贴片高度；传送带震动检查传送带是否太松，放置PCB要轻拿轻放1818回流焊常见不良分析与预防对策n焊料过多、短路或桥接是指元件端头之间、元器件相邻的焊点之间，以及焊点 与临近的导线、过孔等电气上不该连接的部位被焊锡连 接在一起（桥接不一定短路，但短路一定是桥接）原 因 分 析预 防 对 策焊锡量过多，钢网厚度和开口尺寸不恰当，钢网与PCB表面不平行有间隙减薄钢网厚度或缩小开口尺寸或改变开口形状；调整模板与PCB之间的距离，使之接触并平行由于焊膏黏度过低，触变性不好，印刷后塌边，使焊膏图形粘连选择黏度适当、触变性好的焊膏由于印刷质量不好，使焊膏图形粘连提高印刷精度并经常擦洗钢网贴片位置偏移提高贴装精度贴片压力过大，焊膏挤出量过多，是图形粘连提高贴片头Z轴高度，减小贴片压力焊盘间距过窄修改焊盘设计总结：在焊盘设计正确、钢网厚度及开口尺寸正确、焊膏质量没有问题的条件下，应通过提高印刷和贴装质量来减少短路现象1919回流焊常见不良分析与预防对策n焊锡球焊锡球又称焊料球、焊锡珠。大尺寸的 焊锡球会破坏最小电气间隙，引起短路。原 因 分 析预 防 对 策焊膏本身质量问题：金属粉末的含氧量高，会加剧飞溅，形成焊锡球。控制焊膏质量元件焊端和引脚、PCB的焊盘氧化或污染，或PCB受潮，回流焊时不但会产生不润湿、虚焊，还会有焊锡球严格来料检验，若PCB受潮或污染，贴装前应清洗并烘干焊膏使用不当：取出后为恢复常温即使用达到室温后才能打开容器盖，防止水汽凝结贴片压力过大，焊膏挤出量过多，是图形粘连提高贴片头Z轴高度，减小贴片压力焊盘设计问题：器件本体焊盘与PCB上焊盘不匹配修改焊盘设计印刷工艺方面：印刷是使焊膏粘污焊盘以外的地方，或使焊膏量过多严格控制印刷工艺，包装印刷质量2020回流焊常见不良分析与预防对策n气孔、针孔和空洞是指分布在焊点表面或内部的气孔、针孔，也称空洞。会降低焊点的电气与机械连接的可靠性要求。原 因 分 析预 防 对 策焊膏中金属粉末的含氧量高或使用回收焊膏、工艺环境卫生差、混入杂质控制焊膏质量，制定焊膏使用条例焊膏受潮，吸收了空气中的水汽达到室温后才能打开容器盖，控制环境温度2025度，相对湿度40%70%元件焊端、引脚、PCB基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮元件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用期限升温区的升温速度过快，焊膏中的溶剂、气体蒸发不完全，进入焊接区产生气泡、针孔160度以前的升温速度控制在12度/秒前3个原因都会引起焊锡熔融时焊盘、焊端局部不润湿，未润湿处的助焊剂排气及氧化物排气时会产生空洞2121回流焊常见不良分析与预防对策n焊点高度过高或超出元件本体焊接时焊料向焊端或引脚根部移动，使焊料高度接触 元件本体或超过元件本体的现象。原 因 分 析预 防 对 策焊锡量过多：钢网厚度与开口尺寸不恰当；钢网与PCB表面不平行有间隙减薄钢网厚度或缩小开口尺寸或改变开口形状，调整模板与PCB之间的距离，使之接触并平行PCB加工质量问题或焊盘氧化、污染（有丝印、字符、阻焊漆或氧化），或PCB受潮。焊料熔融时由于PCB焊盘润湿不良，在表面张力的作用下，使焊料向元件焊端或引脚上吸附;另一种解释为，由于引脚温度比焊盘温度高，熔融的焊锡容易向高温处流动（趋热性）严格来料检验制度，将问题反映给PCB设计人员及PCB加工厂；对已经加工好的PCB的焊盘，若有丝印、字符可用小刀轻轻刮掉；若PCB受潮或污染，贴装前应清洗和烘干。2222回流焊常见不良分析与预防对策n锡丝、焊锡网与焊锡斑是指元件焊端之间、引脚之间、焊端或引脚与通 孔之间的微细锡丝。如果很多微细锡丝、锡斑粘 连在一起，称为焊锡网。原 因 分 析预 防 对 策如发生在chip件本体底部，可能由于焊盘间距过小，贴片后两个焊盘上的焊膏粘连所致扩大焊盘间距预热温度不足，PCB和元器件温度比较低，突然进入高温区，飞溅出的焊膏贴在PCB表面而形成调整温度曲线，提高预热温度：可适当提高一些峰值温度或加长回流时间焊膏可焊性差，阻焊膜太光滑更换焊膏，采用亚光阻焊膜技术2323回流焊常见不良分析与预防对策n元器件裂纹缺损是指元件本体或焊端头有不同程度 的裂纹或缺损现象。原 因 分 析预 防 对 策器件本身质量问题加严元器件入厂检验制度，更换元器件贴片压力过大提高贴片头Z轴高度，减小贴片压力预热温度不足，PCB和元器件温度比较低，突然进入高温区，由于急热造成热应力过大调整温度曲线，提高预热温度或延长预热时间峰值温度过高，焊点突然冷却，由于急冷造成热应力过大调整温度曲线，冷却速率应4度/秒2424回流焊常见不良分析与预防对策n元件焊端金属镀层剥落是指元件焊端电极镀层不同程度剥落，露出元件本体材料陶瓷。原 因 分 析预 防 对 策元件端头电极镀层质量不合格；回流温度过高，时间过长可通过元器件可焊性试验判断，若质量不合格，应更换元器件；调整温度曲线。元件焊端镀层为单层镀层时，没有选择含银的锡膏，铅锡焊料熔融时，焊料中的铅将鈀银厚膜电极中的银食蚀掉，造成元件焊端镀层剥落，俗称“脱帽“现象一般应选择三层金属镀层的片式元件。单层电极时，应选用含银2%的焊膏，可防止蚀银现象2525回流焊常见不良分析与预防对策n元件侧立是指元件本体的宽度方向侧立在PCB上。原 因 分 析预 防 对 策由于元件厚度设置不正确或贴片头Z轴高度过高，贴片时元件从高处扔下造成侧立设置正确的元件厚度，调整贴片高度拾片压力过大引起供料器震动，将纸带下一个孔穴中的元件侧立调整贴片头Z轴拾片高度2626回流焊常见不良分析与预防对策n元件面贴反是指片式电阻器的字符面向下。原 因 分 析预 防 对 策由于元件厚度设置不正确或贴片头Z轴高度过高，贴片时元件从高处扔下造成翻面设置正确的元件厚度，调整贴片高度拾片压力过大引起供料器震动，将纸带下一个孔穴中的元件翻面调整贴片头Z轴拾片高度2727回流焊常见不良分析与预防对策n冷焊是指焊点表面呈现焊锡紊乱痕迹。原 因 分 析预 防 对 策由于传输带震动，冷却凝固时受到外力影响，使焊点发生扰动检测传送带是否太松，可调大轴距或去掉12节链条；检查入口和出口处导轨衔接高度和距离是否匹配；人工放置PCB时要轻拿轻放；另外一个方法是加速冷却，使焊点迅速凝固由于回流温度过低或回流时间过短，焊料熔融不充分调整温度曲线，提高峰值温度或延长回流时间2828回流焊常见不良分析与预防对策n焊点裂纹是指焊锡表面或内部有裂缝。原 因 分 析预 防 对 策峰值温度过高，焊点突然冷却，由于急冷造成热应力过大，产生焊锡裂纹调整温度曲线，缓慢升温，降低冷却速率，冷却速率应小于4度/秒。焊膏本身质量问题更换焊膏2929回流焊常见不良分析与预防对策n其他 还有一些肉眼看不见的缺陷，如焊点晶粒太小、焊点内部应力、焊点内部裂纹等，这些要通过X-ray、焊点疲劳试验等手段才能检测到。这些缺陷主要和温度曲线有关。例如，冷却速度过慢，会形成大结晶颗粒，造成焊点抗疲劳性差，但冷却速度过快，又容易产生元件本体和焊点裂纹；又如，峰值温度过低或回流时间过短，会产生焊料熔融不充分和冷焊现象，但峰值温度过高或回流时间过长，又会增加共界金属化合物的产生（IMC），使焊点发脆，影响焊点强度，如超过235度，还会引起PCB中环氧树脂碳化，影响PCB的性能和寿命。3030 谢谢！