焊膏是SMT贴装过程中必不可少的原材料,但如果SMT贴装过程中出现任何操作或工艺不当,或多或少都会出现一些焊接问题,如果这些问题没有及时发现或处理,就会造成批量缺陷。以下两家智利焊膏制造商详细总结了焊膏在贴片安装中的使用问题:
第一种情况:短路焊膏经常出现在引脚密集的IC上或间距较小的芯片元件之间,反映出以下现象:
1.焊膏过多:钢网厚度和开口尺寸不合适,印刷支撑不均匀或支撑点分布过小,PCB平整度差,钢网张力不达标,钢网清理不符合规定,造成局部或整体锡厚。
【建议对策】根据产品中是否有小部件选择不同厚度的钢网,根据测得的焊膏厚度的CPK值调整印刷机支撑块、印刷速度、刮刀压力等参数,定期检查钢网张力是否符合标准,根据产品选择合适的自动和手动清洗方法和频率。
2.印刷偏移量过大:PCB固定装置不好,机器手动或自动定位校正精度差。一般超过1/4垫的印刷胶印判定为印刷胶印。
【建议对策】调整印刷机的定影装置,调整印刷精度和重复性,增加PCB的光学识别能力。
3、焊膏边缘塌陷,包括以下三种:
a)印刷边缘塌陷
焊膏粘度低,触变性差,印刷后流边塌陷;钢网壁粗糙凸凹,印刷时锡渗透,剥离时出现类似崩边。刮刀压力过大会导致焊膏成型损坏。
【建议对策】选择粘度适中的焊膏;采用激光切割或其他更好的钢网;降低刮刀压力。
b)安装过程中边缘塌陷
当标准操作程序、QFP、QFN、CSP组件安装在贴片机上时,过大的压力会改变焊膏的形状并导致边缘塌陷。
【建议对策】调整安装压力和安装高度。
c)焊接加热时边缘塌陷
回流预热温度上升过快,焊膏中的溶剂成分挥发过快,导致焊料颗粒被挤出焊接区域而塌陷。
【建议对策】根据焊膏供应商提供的产品说明书中的参数(温度和时间)设定炉温。
4.薄组件垫的位置、长度和宽度的设计与组件腿的分布和尺寸不匹配。
【建议对策】在新产品试制之初确认匹配是否符合PCB或元器件设计规范。
第二种情况:焊球
1.SMT表面贴装焊接过程中,产生锡珠的原因很多,如“温度、时间、焊膏质量、印刷厚度、焊膏成分和氧化程度、钢网(模板)制作和开孔、焊膏是否吸湿、贴装压力”、元器件和焊盘的可焊性、回流焊温度设定等外部环境,锡珠一般出现在元器件周围,尺寸在0.2-0.4 mm,焊膏温度不够,导致开封后吸湿形成锡珠。
【建议对策】模板制作和开启。我们一般都是根据印制板上的焊盘制作模板,所以模板的开口就是焊盘的大小。印刷焊膏时,容易在阻焊层上印刷焊膏,从而在回流焊时产生焊珠。因此,我们可以这样制作模板,即模板的开口比焊盘的实际尺寸减少10%。此外,可以改变开口的形状以达到期望的效果。模板的厚度决定了焊膏的印刷厚度,因此适当减小模板的厚度可以明显改善焊珠现象。我们做过这样一个实验:首先使用一个厚度为0.18mm的模板,发现电阻电容元件旁边的焊珠在回流焊后比较严重。后来重新做了一个模板,厚度0.15mm,回流焊基本消除了焊珠。
2.印刷工艺的不确定性也是影响印刷质量的重要因素,如缺乏性能良好的印刷设备、印刷方法不正确、刮刀压力等。
【建议对策】选择性能优异的印刷设备,严格按照工艺要求操作。保证印刷的准确性,从而达到良好的焊接效果。
3.焊膏温度恢复不足,导致开封后吸潮。
【建议对策】温度可以根据焊膏厂家规定的温度返回时间在室温下单独返回,也可以通过焊膏搅拌机加速。
4.焊膏含氧量过高,锡粉粒度差,锡粉氧化严重。
【建议对策】焊膏生产控制条件好的厂家在选择焊膏厂家时要注意自己的生产工艺,智利两个焊膏厂家都符合上述要求。
5.环境温度过高或湿度过高。一般温度越高,焊膏粘度越小,湿度越高。当吸湿后的焊膏中混入水分时,回流焊时容易造成焊珠飞溅。
【建议对策】生产环境的温湿度应控制在25±3%和50±10%。
6.回流焊预热不充分,进入焊接区前的板表面温度与焊接区温度相差较大,即从预热阶段到焊接开始阶段温度上升过快,导致溅锡和锡珠;此外,由于快速预热和升温,焊膏热崩,部分挤出的焊膏回流时无法拉回,造成焊珠。
【建议对策】根据焊膏供应商建议的炉温曲线调整炉温。
7.印刷或搬运过程中,油渍或湿气会粘在印刷电路板上。
【建议对策】严格控制操作,生产过程中尽量不要手动移动PCB,也不要用手套托住板边。
8.焊膏中的助焊剂制备不当,有非挥发性溶剂或液体添加剂或活化剂。
【建议对策】要求供应商支持解决方案,严格控制原材料。
9.印刷后,焊膏过度挤压,对其形状造成严重损坏。
【建议对策】控制贴片压力或人为因素。
10.印刷电路板焊盘、开口和网板厚度设计不当。
[建议对策]改变这方面的设计(钢网开孔和防焊珠的设计),使元器件能与印刷的焊膏很好的匹配。
第三种情况:焊接后板面残留较多
电路板表面残留物较多,不仅影响电路板表面的平整度,还会对PCB本身的电气性能产生一定的影响;主要原因如下:
1.推广焊膏时,不了解客户的版材状况和客户要求,或者其他原因导致的选择错误;比如客户的要求是使用不清洗、无残留的焊膏,焊膏厂家提供松香树脂焊膏,让客户举报焊后残留较多。这方面,焊膏厂商在产品推广时要注意。
2.焊膏中松香树脂含量过高或质量差;这应该是焊膏厂商自己的技术问题。
3.焊膏焊后残留的原因很多,还有原材料的问题。双智利焊膏厂家采用进口原料,生产工艺成熟稳定,大大解决了残留问题。
第四种情况:打印时出现拖尾、粘连、图像模糊等问题
印刷在过程控制过程中尤为重要。这里,打印问题描述如下:
1.焊膏的工艺选择不正确,焊膏的触变性差,或者焊膏存放不当或者使用寿命结束后粘度被破坏。
【建议对策】根据自身工艺条件选择适合粘度等级和锡粉颗粒类型的焊膏,并按规定储存和使用焊膏。
2.焊膏中金属成分低,焊剂成分比例高。
【建议对策】锡粉与助焊剂的重量比和体积比应在规定范围内配制。
3.刮刀材料和长度选择不当、刮刀损坏、刮刀水平差、印刷机固定装置松动或不均匀。
【建议对策】检查调整刮刀,选择合适的刮刀,调整印刷机的定影装置。
4.印刷机的参数没有设置好,包括印刷速度、刮刀压力、剥离膜的距离和速度、清洗频率和清洗方法。
【建议对策】根据产品特点调整印刷参数。
5.网板与基材吻合间隙过大,导致渗锡。
【建议对策】用手指轻敲检查钢网与基板的紧密度,调整网板与基板的间隙。
6.焊膏在使用前没有充分搅拌,焊膏混合不均匀。
【建议对策】用搅拌机搅拌(2-3分钟)和手动搅拌(3-5分钟,60-80次/分钟)时,注意整体搅拌焊膏。
7.钢网制作精度差,孔壁粗糙不平。
【建议对策】选择设备更好的钢网供应商,或者使用更好的钢网,包括蚀刻、激光、电铸。
第五种情况:焊点上的锡没有满。
1.焊膏中的助焊剂活性不够,无法完全去除PCB焊盘或SMD焊接位置上的氧化物。PCB焊盘或SMD焊接位置有严重氧化现象;在回流焊中,预热时间过长或预热温度过高,会导致焊膏中的焊剂活性失效。如果某些焊点上的锡不饱满,可能是锡膏在使用前没有充分搅拌助焊剂,焊锡粉没有完全融合;回流焊区域温度过低,焊点焊膏量不够。
【建议对策】检查是否同批。如果是,那就是供应商问题。如果不是,是人员使用不当造成的。
2.对于细孔,如果锡粉种类选择不正确,或者锡粉圆度不好,也是缺锡的主要原因。
【建议对策】根据产品选择相应的锡粉型号,确保锡粉圆度符合标准。
3.表面贴装器件的PCB焊盘或焊接位置氧化严重,吃锡不好。
【建议对策】对物料进行检查,看是否是原材料或存放不当,然后采取应对措施。
4.回流焊时预热时间过长或预热温度过高,导致焊膏中助焊剂活性过早失效。
【建议对策】将回流焊预热升温斜率和活跃时间控制在焊膏供应商推荐值范围内。
5.回流焊区温度过低,或者熔化时间过短过长,不能充分润湿和再氧化。
【建议对策】将回流焊温度控制在规定范围内。
6.回流焊预热区温度严重偏高,导致焊珠飞溅,导致焊点含锡量不足。
【建议对策】这种情况一般发生在温度带较少的小型回流焊中。建议第一温区温度不超过190度,视特殊情况而定。
7.印刷离型膜太快太慢,导致一些焊膏残留在网上。钢网的网孔处理太粗糙或者开口尺寸不够。焊膏太干或焊膏粘度太高,会造成含锡量不足的现象。
【建议对策】调整印刷剥离速度(一般为0.5-0.8mm/s),对钢网使用激光切割或激光电抛光,使用电铸钢网减少锡膏在钢网上的静态停留时间,使用合适粘度的锡膏。
8、钢网堵孔,锡膏印刷薄,元件吃锡面积大。
【建议对策】加强清理,增加钢网厚度(考虑开启间距成分较细的升压钢网)或加大开口尺寸,可开启至焊盘以外。另外,考虑一些基板和网板的特殊设计。
9.另外,经过很多工序(SMT;DIP)由于焊盘氧化保护层太薄,受高温影响,焊盘氧化可焊性降低。
[建议对策]
1.增加PCB焊盘的抗氧化层(表面镀金或镀银),提高焊盘的可焊性。
2.控制设备的焊接温度和时间。
3.为了改善PCB本身的工艺特性,可以根据需要在PCB上添加高温保护胶,也可以根据实际情况添加夹具。
第六种情况:焊点不亮。
一般来说,焊点的亮度只是外观因素,但现在大多数客户首先是通过外观来衡量焊膏的差异。从铅本身的金属性质来看,大部分含铅焊膏的产品都比较光亮,含银的亮度比较好。但是无铅产品由于自身的特点,表面比较粗糙,所以用铅肉眼看不亮。以下是一些影响焊点亮度的因素。
1.无银(或少银)焊膏焊接的产品焊点和有银(或多银)焊膏焊接的产品焊点肯定会有一定的差距,这就需要客户在选择焊膏时向供应商说明自己的焊点要求。
2.焊膏中的焊粉被氧化,这就要求供应商提供由高纯度焊粉制成的焊膏。
3.焊膏中的助焊剂加入了流平剂,特殊产品只提供给有特殊要求的客户。
4.焊接后,焊点表面有松香或有色树脂残留。特别是选用松香基焊膏时,虽然松香基助焊剂会使焊点比不清洁助焊剂略亮,但其残留物的存在往往会影响这种效果,尤其是在大焊点或IC脚处;但是清洗后,焊点的光泽度要提高。
5.如果回流时间过长,预热温度过低,焊点会变色,可以增加氮气保护。
6.回流焊时提高峰值温度和加速冷却可以提高焊点的亮度。
目前智利焊膏厂商常用的焊膏有几种,都是自主开发生产的,拥有自主知识产权。铅系列主要包括6337焊膏、含银铅焊膏、QFN专用铅焊膏。无铅系列包括305焊膏、0307焊膏、无铅中温焊膏(锡铋银焊膏)、无铅低温焊膏(锡铋焊膏)。这里我们要解释的是铅焊膏:因为铅有很好的光泽,所以焊接后焊点的亮度比无铅焊膏好。从SMT工艺的角度来看,不可能只从外观来判断焊接产品焊点的好时光。与无铅焊膏相比,无铅焊料的工艺条件更为严格(如印刷、SMT贴装、回流焊炉性能、温度参数等环境因素等)。),这些都是保证良好可焊性的重要因素。
第七种情况:焊接后组件安装
“焊后构件安装”是表面贴装焊接过程中的一种独特现象。0402和0201的小电子元器件很容易架设。如果0805等大部件有勃起现象,一般是部件氧化或严重偏移。立碑的力学原理是电子元器件两端受力不平衡造成的。不平衡有以下六个原因:
1.印刷焊膏量不均,印刷精度不稳定,钢网开口,印刷参数设置不当。它还包括许多限制,如安装偏移、电极尺寸和润湿性、温升差异和焊膏性能。
【建议对策】选择合适的钢网厚度控制含锡量,以保证钢网张力正常,PCB支撑稳定,印刷精度和重复性好。
2.元件吸力不稳定和贴片机安装精度低导致安装和位移不均匀,导致回流焊过程中零件校正时突然不平衡力。
【建议对策】检查吸嘴是否真实空以及给料机是否准确,以提高贴片的准确性;
3.工艺参数设置不当,熔化前温升过高,导致元件两端加热不均匀,连续发生熔化。此外,氮气炉中氧气含量低导致熔融锡的润湿性太强。随着预热温度的降低和预热时间的缩短,元件两端焊膏熔化的概率大大增加,导致两端张力不平衡,形成“纪念碑”。因此,需要正确设置预热周期的工艺参数。
【建议对策】增加恒温时间,降低升温斜率,控制氧气含量,不使用氮气
4.元件端电极或PCB和PAD的可焊性差,芯片两端锡熔化时爬锡力不一致,导致拉力不均匀。
【建议对策】这是材料电极氧化,材料更换还可以。
5.PCB设计差,SMT组装质量与PCB焊盘设计有直接非常重要的关系。如果PCB焊盘设计正确,由于回流焊时熔融焊料的表面张力,可以校正安装时的少量歪斜(称为自定位或自校正效应);相反,如果PCB焊盘设计不正确,即使安装位置非常准确,回流焊接后也会出现元器件位置偏差、立碑、吊桥等焊接缺陷。
[建议对策]为了满足焊点的可靠性要求,印刷电路板焊盘设计应掌握以下关键要素:
1.对称性:两端焊盘必须对称,以保证熔融焊料的表面张力平衡。
2.焊盘间距:确保组件末端或引脚与焊盘之间的搭接尺寸合适。焊盘间距过大或过小都会造成焊接缺陷。
3.焊盘剩余尺寸:与焊盘重叠后,元件端或引脚的剩余尺寸必须确保焊点能够形成弯月面。
4.焊盘宽度:应与元件端或引脚的宽度基本相同。如果焊膏在使用前没有加热好,搅拌时间不够,或者焊膏暴露在空气体中时间过长,焊膏的特性也会受到影响。
6.焊膏搅拌不充分,导致助焊剂分布不均匀,或者润湿时间不足,氧化去除能力不足。
[建议对策]充分搅拌焊膏,适当增加活跃区时间。
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