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SMT无铅制程工艺要求及问题解决方案


SMT 无铅制程工艺要求及问题解决方案
一、锡膏丝印工艺要求 1、解冻、搅拌 首先从冷藏库中取出锡膏解冻至少 4 小时, 然后进行搅拌,搅拌时间为机械 2 分钟,人手 3 分钟,搅拌是为了使存放于库中的锡膏产生 物理分离或因使用回收造成金属含量偏高使之还原,目前无铅锡膏 Sn/Ag3.0/Cu0.5 代替合 金,比重为 7.3,Sn63/Pb37 合金比重为 8.5 因此无铅锡膏搅拌分离时间可以比含铅锡膏短。 2、模板 使用。 3、刮刀 硬质橡胶(聚胺甲酸酯刮刀)及不锈钢金属刮刀。 每秒 2cm-12cm。(视 PCB 元器件大小和密度确定);角 不锈钢激光开口,厚度 80-150 目(0.1-0.25mm)、铜及电铸 Ni 模析均可

4、刮刀速度\角度 度:35-65℃。 5、刮刀压力(图一)

1.0-2Kg/cm2 。 6、回流方式 7、工艺要求 适用于压缩空气、红外线以及气相回流等各种回流设备。 锡膏丝印工艺包括 4 个主要工序,分别为对位、充填、整平和

释放。要把整个工作做好,在基板上有一定的要求。基板需够平,焊盘间尺寸准确和稳定, 焊盘的设计应该配合丝印钢网, 并有良好的基准点设计来协助自动定位对中, 此外基板上的 标签油印不能影响丝印部分, 基板的设计必需方便丝印机的自动上下板, 外型和厚度不能影 响丝印时所需要的平整度等。 8、回流焊接工艺 回流焊接工艺是目前最常用的焊接技术,回流焊接工艺的

关键在于调较设置温度曲线。温度曲线必需配合所采用的不同厂家的锡膏产品要求。 二、回流焊温度曲线 的工艺曲线上的四个重要点: 本文推荐的无铅回流焊优化工艺曲线说明(如图二):推荐 1、预热区升温速度尽量慢一些(选择数值 2-3℃/s),以便

控制由锡膏的塌边而造成的焊点桥接、焊球等。 2、活性区要求必须在(45-90sec、120-160℃)范围内,以便控制 PCB 基板的温差及 焊剂性能变化等因数而发生回流焊时的不良。 3、焊接的最高温度在 230℃以上保持 20-30sec,以保证焊接的湿润性。 4、冷却速度选择在-4℃/s。 回流温度曲线如下:(图二)

图二中红色曲线推荐对焊点亮度要求的客户

回流曲线湿度变化说明:

1、焊锡膏的焊剂在湿度升至 100℃时开始熔化(开始进入活性时期),焊锡膏在活化区的 主要作用是将被焊物表面的氧化层去掉,如果活性区的时间过长,焊剂会蒸发挥过快,也会 造成焊点表面不光滑,有颗粒状。锡膏在熔点湿度以上(进入回流区)完全熔融的时间大约 30-45 秒,视该 PCB 厚度、元器件大小、密度来决定是否延长时间。 2、活性区的温度也可帮助 PCB 的元器件缓和吸收,使之大小元器件的温差变小, 减少功能坏机产生。 3、进入回流炉的大小元器件的温差大约为 11.4℃,所以,我们要减少它们差也是 从活性区开始控制,最大限度可将温差减少到 5-8℃。 4、无铅焊锡膏因考虑到其由多元合金组成,金属的冷却收缩时间不同,为了使焊 点能够光亮,除了有其它方法外,快速降温是最有效的方法。 三、在回流焊中出现的缺陷及其解决方案 缺陷和表面缺陷: 1、焊接缺陷分为主要缺陷、次要

a.主要缺陷导致产品的 SMA 功能失效。

b.次要缺陷是指焊点之间润湿尚好,SMA 功能正常,但会影响产品的寿命。 c.表面缺陷是不影响产品的寿命和功能(通常以生产工艺、外观、来签别)。 2、问题形成及处理方案: A.锡珠 原因: 在元器件贴装过和中,焊膏

被置放于片式元件的引脚与焊盘之间,如果焊盘和元件引脚润湿不良(可焊性差),液态焊料 会收缩而使焊缝不充分,所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊料会从焊缝流出, 形成锡珠。 a.在印刷工艺中由于模板与焊盘对中偏移导致焊膏流到焊盘外。 b.贴片过程中 Z 轴的压力过太瞬间将锡膏挤压到焊盘外。 c.加热速度过快, 时间过短焊膏内部水分和溶剂未能完全挥发出来, 到达回流焊接 区时引起溶剂、水分沸腾,溅出锡珠。 d.模板开口尺寸及轮廓不清晰。 解决方法: a.跟进焊盘、元件引脚和锡膏是否氧化。

b.调整模板开口与焊盘精确对位。 c.精确调整 Z 轴压力。 d.调整预热区活化区温度上升速度。 e.检查模板开口及轮廓是否清晰,必要时需更换模板。 B.立碑(曼哈顿现象),元件一端焊接在焊盘另一端则翘立。

原因: 所致。

a.元件两端受热不均匀或焊盘两端宽长和间隙过大,焊膏熔化有先后

b.安放元件位置移位。 c.焊膏中的焊剂使元件浮起。 d.元件可焊性差。 e.印刷焊锡膏厚度不够。 解决方法: a.元件均匀和合理设计焊盘两端尺寸对称。

b.调整印刷参数和安放位置。 c.采用焊剂量适中的焊剂(无铅锡膏焊剂在 10.5±0.5%)。 d.无材料采用无铅的锡膏或含银和铋的锡膏。 e.增加印刷厚度。 C.桥接(不相连的焊点接连在一起),在 SMT 生产中最常见的缺陷之一,它会引起 元件之间的短路。 原因: a.焊锡膏质量问题,锡膏中金属含量偏高和印刷时间过长。

b.锡膏太多、 粘度低、 塌落度差, 预热后漫流到焊盘外, 导至较密间隙之焊点桥接。 c.印刷对位不准或印刷压力过大,容易造成细间距 QFP 桥接。 d.贴放元器件压力过大锡膏受压后溢出。 e.链速和升温速度过快锡膏中溶剂来不及挥发。 解决方法: 属含量及粘度) a.更换或增加新锡膏(在印刷过程中可定时补充新锡膏以保持其金 b.降低刮刀压力,采用粘度在 190±30Pa·S 的锡膏。

c.调整模板精确对位。 d.调整 Z 轴压力。 e.调整回流温度曲线,根据实际情况对链速和炉温度进行调整。 D.焊点锡少、焊锡量不足 开口堵塞、锡膏品质变坏。 b.焊盘和元器件可焊性差。 c.回流时间少。 解决方法: a.增加模板厚度,增加印刷压力,停机后再开机应检查模板是否堵 原因: a.锡膏不够、机器停止后再印刷、模板

塞。铅焊锡使用的模板开口在设计允许的情况下要比焊盘大≥100%。 b.选用可焊性较好之焊盘和元器件。 c.增加回流时间。 E.假焊 原因: a.元器件和焊盘可焊性差。

b.再流焊温度和升温速度不当。 c.印刷参数不正确。 d.印刷后滞流时间过长,锡膏活性变差。 解决方法: a.加强对 PCB 和元器件的筛选,保证焊接性能良好。

b.调整回流焊温度曲线。 c.改变刮刀压力和速度,保证良好的印刷效果。

d.锡膏印刷后尽快贴片过回流焊。 F.冷焊(焊点表面偏暗、粗糙,与被焊物没有进行融熔。) 温度不适合。 b.焊锡变质。 c.预热时间过长或温度过高。 解决方法: a.调整回流温度曲线,依照供应商提供的曲线参考,再根据所生 原因: a.加热

产之产品的实际情况进行调整。 b.换新锡膏。 c.检查设备是否正常,改正预热条件。 G.芯吸现象(图三)

图三

这个问题以前资料少有介绍,因为 Sn/Pb 锡膏出现这问题不是很多,而

在使用无铅焊锡膏时此问题就经常出现,原因是无铅锡膏的润湿和扩展率都不及含铅锡膏。 芯吸现象产生的原因通常认为是元件引脚的导热率大,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, 引脚的上翘更会加剧芯 吸现象的发生。在红外线回流焊中,PCB 基材与焊料中的有机助焊剂是红外线的优良吸收介 质,而引脚却能部份反射红外线,相比而言,焊料优先熔化,它与焊盘的润湿力大于焊料与 它与引脚之间的润湿力,故焊料不会沿引脚上爬,相反焊料沿引脚上爬。 解决方法: 在回流焊时应首先将 SMA 充分预热后再放入回流炉中,认真检

查和保证 PCB 板焊盘的可焊性;被焊元件的共面性不可忽视,对共性面不良的器件不应用 于生产。 H.IC 引脚开路/虚焊 原因: IC 引脚焊接后出现部分引脚虚焊,是常见的焊接缺陷。

a.元件共面性差,特别是 QFP 器件,由于保管不当,造成引脚变形,

有时不易发现(部分贴片机没有共面性检查功能)。 b.是引脚可焊性不好,引脚发黄,存放时间长。 c.是锡膏活性不够,金属含量低,通常用于 QFP 器件的焊接用锡膏金属含量不低 于 90%。四是预热温度过高,引起件脚氧化,可焊性变差。五是模板开口尺寸小,锡量不 够,针对以上的问题做出相应的解决办法。 I.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,焊料结珠是指那些非常大的焊球,其上粘着有(或没有)细小的焊料球,它们形成 在具有极低的托脚的元件,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 段这种排作用超过了焊剂的内聚力, 排气促进了焊膏在低间隙元件下形成立的团粒, 在软熔 时熔化了折焊膏再次从元件下冒出来,并聚结起来。

原因:

a.印刷电路的厚度太高;焊点和元件重叠太多。

b.在元件下涂了过多的锡膏;安放元件压力太大。 c.预热时时温度上升速度太快;预热温度太高。 d.元件和锡膏受潮;焊剂的活性太高;焊粉太细或氧化物太多。 e.焊膏坍落太多。 解决方法: 的焊膏。 是改变模版的孔隙形状,以使在低托脚元件和焊点之间夹有较少


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