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兰斯洛特的剑:工程師必懂的“五大SMT常見工藝缺陷”(附解決辦法)

2019-08-20

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0415SMT (12).jpg

上圖:工作中的高速貼片機(來源:華秋SMT)


現在,工程師做SMT貼片已經越來越方便,但是,對SMT中的各項工藝,作為工程師的你真的了解“透”了嗎?本文整理了“五大SMT常見工藝缺陷”,幫你填坑,速速get吧~! 

 

缺陷一:“立碑”現象 (即片式元器件發生“豎立”)


立碑現象發生主要原因是元件兩端的濕潤力不平衡,引發元件兩端的力矩也不平衡,導致“立碑”。



什么情況會導致回流焊時元件兩端濕潤力不平衡,導致“立碑”?: 


因素A:焊盤設計與布局不合理↓

①元件的兩邊焊盤之一與地線相連接或有一側焊盤面積過大,焊盤兩端熱容量不均勻;

 

②PCB表面各處的溫差過大以致元件焊盤兩邊吸熱不均勻;

 

③大型器件QFP、BGA、散熱器周圍的小型片式元件焊盤兩端會出現溫度不均勻。
★解決辦法:工程師調整焊盤設計和布局 

 

因素B: 焊錫膏與焊錫膏印刷存在問題↓

焊錫膏的活性不高或元件的可焊性差,焊錫膏熔化后,表面張力不一樣,將引起焊盤濕潤力不平衡。

 

兩焊盤的焊錫膏印刷量不均勻,一側錫厚,拉力大,另一側錫薄拉力小,致使元件一端被拉向一側形成空焊,一端被拉起就形成立碑。

 

 ★解決辦法:需要工廠選用活性較高的焊錫膏,改善焊錫膏印刷參數,特別是鋼網的窗口尺寸

 

因素C:貼片移位Z軸方向受力不均勻↓

會導致元件浸入到焊錫膏中的深度不均勻,熔化時會因時間差而導致兩邊的濕潤力不平衡,如果元件貼片移位會直接導致立碑。

 

 ★解決辦法:需要工廠調節貼片機工藝參數

 

因素D:爐溫曲線不正確↓

如果再流焊爐爐體過短和溫區太少就會造成對PCB加熱的工作曲線不正確,以致板面上濕差過大,從而造成濕潤力不平衡。

 

★解決辦法:需要工廠根據每種不同產品調節好適當的溫度曲線


缺陷二:錫珠

 

錫珠是回流焊中常見的缺陷之一,它不僅影響外觀而且會引起橋接(下文會講)。錫珠可分為兩類:一類出現在片式元器件一側,常為一個獨立的大球狀(如下圖1);另一類出現在IC引腳四周,呈分散的小珠狀。

 

錫珠示意圖1:位于元器件腰部一側(來源網絡)

錫珠2.png 

SMT錫珠.jpg

  

 

錫珠產生的原因主要有以下幾點:

 

因素A:溫度曲線不正確

回流焊曲線可以分為預熱、保溫、回流和冷卻4個區段。預熱、保溫的目的是為了使PCB表面溫度在60~90s內升到150℃,并保溫約90s,這不僅可以降低PCB及元件的熱沖擊,更主要是確保焊錫膏的溶劑能部分揮發,避免回流焊時因溶劑太多引起飛濺,造成焊錫膏沖出焊盤而形成錫珠。

 

★解決辦法:工廠需注意升溫速率,并采取適中的預熱,使溶劑充分揮發


因素B:焊錫膏的質量

①焊錫膏中金屬含量通常在(90±0.5)℅,金屬含量過低會導致助焊劑成分過多,因此過多的助焊劑會因預熱階段不易揮發而引起飛珠;


②焊錫膏中水蒸氣和氧含量增加也會引起飛珠。由于焊錫膏通常冷藏,當從冰箱中取出時,如果沒有充分回溫解凍并攪拌均勻,將會導致水蒸氣進入;此外焊錫膏瓶的蓋子每次使用后要蓋緊,若沒有及時蓋嚴,也會導致水蒸氣的進入;

 

③放在鋼網上印制的焊錫膏在完工后,剩余的部分應另行處理,若再放回原來瓶中,會引起瓶中焊錫膏變質,也會產生錫珠;

 

解決辦法:要求工廠選擇優質的焊錫膏,注意焊錫膏的保管與使用要求

 

其他因素還有印刷太厚,元件下壓后多余錫膏溢流;貼片壓力太大,下壓使錫膏塌陷到油墨上;焊盤開口外形不好,未做防錫珠處理;④錫膏活性不好,干的太快,或有太多顆粒小的錫粉;⑤印刷偏移,使部分錫膏沾到PCB上;⑥刮刀速度過快,引起塌邊不良,回流后導致產生錫球...


缺陷三:橋連


橋連也是SMT生產中常見的缺陷之一,它會引起元件之間的短路,遇到橋連必須返修。


BGA橋連示意圖(來源網絡)

橋連.png


 


造成橋連的原因主要有:

 

因素A:焊錫膏的質量問題↓

①焊錫膏中金屬含量偏高,特別是印刷時間過久,易出現金屬含量增高,導致IC引腳橋連;②焊錫膏粘度低,預熱后漫流到焊盤外;

③焊錫膏塔落度差,預熱后漫流到焊盤外;

 

解決辦法:需要工廠調整焊錫膏配比或改用質量好的焊錫膏

 

因素B:印刷系統↓

印刷機重復精度差,對位不齊(鋼網對位不準、PCB對位不準),導致焊錫膏印刷到焊盤外,尤其是細間距QFP焊盤;


鋼網窗口尺寸與厚度設計失準以及PCB焊盤設計Sn-pb合金鍍層不均勻,導致焊錫膏偏多;

 

★解決方法:需要工廠調整印刷機,改善PCB焊盤涂覆層;

 

因素C:貼放壓力過大

焊錫膏受壓后滿流是生產中多見的原因,另外貼片精度不夠會使元件出現移位、IC引腳變形等;

 

因素D:再流焊爐升溫速度過快,焊錫膏中溶劑來不及揮發

 

★解決辦法:需要工廠調整貼片機Z軸高度及再流焊爐升溫速度

 

缺陷四:芯吸現象


芯吸現象,也稱吸料現象、抽芯現象,是SMT常見的焊接缺陷之一,多見于氣相回流焊中。焊料脫離焊盤沿引腳上行到引腳與芯片本體之間,導致嚴重的虛焊現象。

 

產生原因↓:

通常是因引腳導熱率過大,升溫迅速,以致焊料優先濕潤引腳,焊料與引腳之間的潤濕力遠大于焊料與焊盤之間的潤濕力,引腳的上翹回更會加劇芯吸現象的發生?!?/span>

 
★解決辦法:需要工廠先對SMA(表面貼裝組件)充分預熱后在放爐中焊接,應認真的檢測和保證PCB焊盤的可焊性,元件的共面性不可忽視,對共面性不好的器件不應用于生產。

 

注意:在紅外回流焊中,PCB基材與焊料中的有機助焊劑是紅外線良好的吸收介質,而引腳卻能部分反射紅外線,故相比而言焊料優先熔化,焊料與焊盤的濕潤力就會大于焊料與引腳之間的濕潤力,故焊料不會沿引腳上升,從而發生芯吸現象的概率就小得多。

 

缺陷五:BGA焊接不良

 

BGA:即Ball Grid Array(球柵陣列封裝)

  

 

不良癥狀①:連錫↓

連錫也被稱為短路,即錫球與錫球在焊接過程中發生短接,導致兩個焊盤相連,造成短路。

 

★解決辦法:工廠調整溫度曲線,減小回流氣壓,提高印刷品質

 

連錫示意圖:紅圈部分為連錫(來源網絡)
BGA連錫.png

BGA短路.jpg




不良癥狀②:假焊

假焊也被稱為“枕頭效應(Head-in-Pillow,HIP)”,導致假焊的原因很多(錫球或PAD氧化、爐內溫度不足、PCB變形、錫膏活性較差等)。BGA假焊特點是“不易發現”“難識別”。

 

 BGA假焊示意圖(來源網絡)

BGA假焊.png



BGA“枕頭效應”側視圖(來源網絡

枕頭效應(側視圖).png
枕頭效應(側視圖)2.png


 

不良癥狀:冷焊

冷焊不完全等同與假焊,冷焊是由于回流焊溫度異常導致錫膏沒有熔化完整,可能是溫度沒有達到錫膏的熔點或者回流區的回流時間不足導致。

 

★解決辦法:工廠調整溫度曲線,冷卻過程中,減少振動

 

BGA冷焊示意圖(來源網絡)

BGA冷焊.png 

 

 

不良癥狀:氣泡

氣泡(或稱氣孔)并非絕對的不良現象,但如果氣泡過大,易導致品質問題,氣泡的允收都有IPC標準。氣泡主要是由盲孔內藏的空氣在焊接過程中沒有及時排出導致。


★解決方法:要求工廠用X-Ray檢查原材料內部有無孔隙,調整溫度曲線


BGA氣泡示意圖(來源網絡)

圖片13.png

 

一般說來,氣泡大小不能超過球體20%

BGA空洞.png

 

 

不良癥狀⑤:錫球開裂↓

 

BGA錫球開裂.png

 


不良癥狀⑥:臟污↓

焊盤臟污或者有殘留異物,可能因生產過程中環境?;げ渙Φ賈潞概躺嫌幸煳锘蛘吆概淘轡鄣賈潞附硬渙?。

 

除上面幾點外:還有①結晶破裂(焊點表面呈玻璃裂痕狀態);②偏移(BGA焊點與PCB焊盤錯位);③濺錫(在PCB表面有微小的錫球靠近或介于兩焊點間)等。

 

如果硬件條件允許,SMT貼片廠為保證BGA焊接的高良率,通常傾向于使用更科學高效的工藝和檢測辦法:

 

「華秋SMT」為例,工廠每2小時采用X-ray射線對BGA進行焊接質量檢測,樣品BGA全檢并提供檢測圖片供客戶參考,并配備BGA返修臺,對問題BGA進行精準修復。

 

下圖:華秋SMT X-RAY機檢測BGA焊接質量

 X-RAY.jpg

 

除了控制BGA焊接質量之外,為有效規避“印刷問題”、“錫膏質量”、“回流焊溫度失控”等其他SMT致命工藝缺陷,「華秋SMT」的應對措施是:

 

①配置SPI設備檢查每片板上每個焊盤錫膏厚度是否符合IPC標準;

 

②自主研發首件測試儀,大幅提高IPQC首件準確率;

 

③采用美國KIC高精度測試儀確定符合產品要求的回流焊溫度并生成可追溯的溫度曲線;

 

④為客戶做IQC來料檢驗,檢測數據并錄入系統以便追溯;

 

⑤普通物料、敏感器件嚴格按照ISO管理規范采用專用存儲柜儲存和烘烤并記錄數據可進行追溯。

 

⑥使用日本阿爾法專業助焊劑

...

 

下圖:華秋SMT

其他設備一覽


SPI錫膏檢查

 

SPI錫膏檢查.jpg


敏感器件儲存

敏感器儲存.jpg



IPQC首件檢測


IPQC首件檢測.jpg



AOI爐后檢查

AOI爐后檢查.jpg


 

下圖:華秋SMT:

PCBA成品案例↓

 

服務器網卡1

服務器網卡.jpg


服務器網卡2

服務器網卡2.jpg

 

 

開發板

開發板.jpg


主控板

主控板.jpg

 

 

核心板

核心板.jpg


工業物聯板 

工業物聯板.jpg


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