SMT常见不良分析.doc

空洞是指分布在焊点表面或内部的气孔、针孔形成这种缺陷的原因比较多一般有以下几种1.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、混入杂质应对措施：控制焊膏质量，制订焊膏使用条例2.焊膏受潮，吸收了空气中的水汽应对措施：焊膏回温时，达到室温后才能打开焊膏的容器盖，控制环境温度 20-26℃相对湿 40-7％3.元器件焊端、引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮应对措施：元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期4.升温区的升温速率过快，焊膏中的溶剂、气体蒸发不完全，进入焊接区产生气泡、针孔应对措施：160℃前的升温速度控制在 1—2℃／s，确保溶剂在焊膏熔化成型前挥发干净以上 1.2.3.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、以及氧化物排气时产生空洞表面贴装焊接的不良原因和防止对策一、 润湿不良润湿不良是指焊接过程中焊料和基板焊区，经浸润后不生成金属间的反应，而造成漏焊或少焊故障其原因大多是焊区表面受到污染，或沾上阻焊剂，或是被接合物表面生成金属化合物层而引起的，例如银的表面有硫化物，锡的表面有氧化物等都会产生润湿不良另外，焊料中残留的铝、锌、镉等超过 0.005%时，由焊剂吸湿作用使活性程度降低，也可发生润湿不良。

波峰焊接中，如有气体存在于基板表面，也易发生这一故障因此除了要执行合适的焊接工艺外，对基板表面和元件表面要做好防污措施，选择合适的焊料，并设定合理的焊接温度与时间 二、 桥联桥联的发生原因，大多是焊料过量或焊料印刷后严重塌边，或是基板焊区尺寸超差，SMD 贴装偏移等引起的，在 SOP、QFP 电路趋向微细化阶段，桥联会造成电气短路，影响产品使用作为改正措施 ：1、 要防止焊膏印刷时塌边不良2、 基板焊区的尺寸设定要符合设计要求3、 SMD 的贴装位置要在规定的范围内4、 基板布线间隙，阻焊剂的涂敷精度，都必须符合规定要求5、 制订合适的焊接工艺参数，防止焊机传送带的机械性振动三、裂纹焊接 PCB 在刚脱离焊区时，由于焊料和被接合件的热膨胀差异，在急冷或急热作用下，因凝固应力或收缩应力的影响，会使 SMD 基本产生微裂，焊接后的 PCB，在冲切、运输过程中，也必须减少对 SMD 的冲击应力弯曲应力表面贴装产品在设计时，就应考虑到缩小热膨胀的差距，正确设定加热等条件和冷却条件选用延展性良好的焊料四、焊料球焊料球的产生多发生在焊接过程中的加热急速而使焊料飞散所致，另外与焊料的印刷错位，塌边污染等也有关系。

防止对策:1．避免焊接加热中的过急不良，按设定的升温工艺进行焊接2．对焊料的印刷塌边，错位等不良品要删除3．焊膏的使用要符合要求，无吸湿不良4．按照焊接类型实施相应的预热工艺五、吊桥（曼哈顿）吊桥不良是指元器件的一端离开焊区而向上方斜立或直立，产生的原因是加热速度过快，加热方向不均衡，焊膏的选择问题，焊接前的预热，以及焊区尺寸，SMD 本身形状，润湿性有关防止对策:1． SMD 的保管要符合要求2． 基板焊区长度的尺寸要适当制定3． 减少焊料熔融时对 SMD 端部产生的表面张力4． 焊料的印刷厚度尺寸要设定正确5． 采取合理的预热方式，实现焊接时的均匀加热表面贴片技术指南第一步 为制造着想的产品设计（DFM, Design for Manufacture)虽然对 DFM 有各种的定义，但有一个基本点是为大家所认同的，那就是在新产品开发的构思阶段，DFM 就必须有具体表现，以求在产品制造的阶段，以最短的周期、最低的成本，达到尽可能高的产量第二步 工艺流程的控制随着作为销售市场上具有战略地位的英特网和电子商务的迅猛发展，OEM 面临一个日趋激烈的竞争形势，产品开发和到位市场的时机正在戏剧性的缩短，边际利润的压力事实上已有增加。

同时合约加工商(CM)发现客户要求在增加：生产必须具有资格并持有执照，产品上的电子元件必需有效用和有可追溯性这样，文件的存档已成为必不可少的了第三步 焊接材料理解锡膏及其如何工作，将对 SMT 过程的相互作用有更好的了解适当的评估技术用来保证与锡膏相联系的生产线的最佳表现第四步 丝印在表面贴片装配的回流焊接中，锡膏是元件引脚或端点和电路板上焊盘之间的连接介质除了锡膏本身之外，丝印之中有各种因素，包括丝印机，丝印方法和丝印过程的各个参数其中丝印过程是重点第五步 黏合剂/环氧胶及滴胶必须明确规定黏合剂的稠密度、良好的胶点轮廓、良好的湿态和固化强度、胶点大小使用 CAD 或其它方法来告诉自动设备在什么地方滴胶点滴胶设备必需有适当的精度、速度和可重复性，以达到应用成本的平衡一些典型的滴胶问题必须在工艺设计时预计到第六步 贴放元件今天的表面贴片设备不仅要能够准确贴放各种元件，而且要能够处理日益变小的元件包装设备必须保持其机动性，来适应可能变成电子包装主流的新元件设备使用者-OEM 和 CM-正面临激动人心的时刻，成功的关键在于贴片设备供应商满足顾客要求和在最短的时间内提交产品的能力第七步 焊接批量回流焊接，过程参数控制，回流温度曲线的效果，氮气保护回流，温度测量和回流 温度曲线优化。

第八步 清洗清洗时常被描述成“非增值”过程，但这样现实吗？或者是太过简化，以致于阻碍了对复杂事物的仔细思考没有可靠的产品和最低的成本，一个公司在今天的环球经济中无以生存因此制造过程中的每一步都必须经过仔细检查以确保其有助于整个成功第九步 测试/检查选择测试和检查的策略是基于板的复杂性，包括许多方面：表面贴片或通孔插件，单面或双面，元件数量（包括密脚），焊点，电气与外观特性，这里，重点集中在元件与焊点数量第十步 返工与修理不把返工看作“必须的不幸”，开明的管理者明白，正确的工具和改进的技术员培训的结合，可使返工成为整个装配工序中一个高效和有经济效益的步骤减少溅锡线性温升曲线，没有保温平台区，对任何焊锡和助焊剂材料都造成一些溅锡 图三、有一个高温保温区的温度曲线，溶剂的消失提高余下的助焊剂粘性，因此减少溅锡 所有温度曲线研究的结果在图四和表六中总结光板上测得的飞溅程度，在已贴装元件的生产板上大大减少估计表明，光板上少于 10-20 个飞溅锡球，将在贴装元件板上不产生飞溅因此，助焊剂类型 D，E和 F(表五)都提供了可行的溅锡解决方案D 型助焊剂载体有其它有点，工艺范围大和可以空气回流三种材料的特点都是熔湿速度慢，但溶剂种类不同，这显示所有溶剂都可以有效烘干，熔湿速度才是助焊剂飞溅的关键因素。

每一种材料在内存模块六合一板上的飞溅结果Series1: 平坦、滞色的助焊剂小滴数量Series2: 有形、光泽的助焊剂小滴数量助焊剂 A: Kester244; B: 92; C: 92J; D: 51SC; E: 73D; F: 75 检查与清洁 如果在清洁的连接器内产生溅锡，那么检查和清洁是对溅锡的昂贵和费时的改正行动当然，通过锡膏残留中配方的变化，检查可以通过染色和荧光化学品来简化清洁也可以用适当的残留构思来改进不幸的是，和预防措施一样，成本和时间使得检查和清洁是人们所不希望的 结论 锡膏结合正确的温度曲线，可以达到实际消除焊锡和助焊剂的飞溅相对易挥发溶剂含量高和熔湿速度慢的锡膏可达到最好的效果遮盖连接器手指和检查与清洁可提供临时的解决办法，但没有找到溅锡的根本原因溶剂排气模拟测试描述 材料 结果 助焊剂载体(无粉末)印于铜箔试样，放于设定为 190° C、200° C 和 220° C 的热板上 助焊剂载体 B助焊剂载体 D 在试样上没有明显的助焊剂飞溅，第二次结果相似 将锡膏印于铜箔试样，放于设定为 190° C、200° C 和 220° C 的热板上回流 锡膏 B：90%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500 锡膏 D：92%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500 两种金属含量都可以看到助焊剂飞溅，金属含量较高的产生飞溅可能较少，但很难说。

第二次结果相似 助焊剂 A：Kester244，助焊剂 B：92，助焊剂 C：92J，助焊剂 D：51SC，助焊剂 E：73D，助焊剂 F：75 表二、从金属焊接中的助焊剂飞溅模拟试验测试描述 材料 结果 锡膏(有粉末)印于铜箔试样，放于设定为 190° C、200° C 和 220° C 的热板上 锡膏 B，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 锡膏 D，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 在所有温度设定上，锡膏 B 明显比锡膏 D 湿润较快，结合更积极，结果助焊剂飞溅较多 也看到锡膏 D 在所有温度上的助焊剂飞溅，但比锡膏程度要小 温度越高，飞溅越厉害 保温区(干燥)模拟--锡膏印于铜箔试样，在设定不同的温度热板上预热不同的时间，保温范围 150° C~170° C，时间 1~4 分钟试样然后转到第二块热板上，以 220° C 回流，并观察助焊剂飞溅 锡膏 B，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 在较高温度下保温超过 2 分钟，减少或消除了助焊剂飞溅 Sn62 的锡膏和 Sn63 的锡膏比较，看是否 Sn62 较慢的结合速度会减少飞溅 锡膏 B：90%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500 锡膏 B：90%，Sn62/Pb36/Ag2，-325/+500 Sn62 和 Sn63 都观察到助焊剂飞溅，飞溅数量的差别肉眼观察不出，观察到 Sn62 的结合速度较慢 助焊剂 A：Kester244，助焊剂 B：92，助焊剂 C：92J，助焊剂 D：51SC，助焊剂 E：73D，助焊剂 F：75 可以推断，如果助焊剂沸腾引起飞溅，那么当助焊剂单独加热时应该看到。

可是，由于飞溅是在焊锡结合时观察到的，这里应该可找到其作用原理测试说明溶剂排气理论不能解释助焊剂飞溅结合理论：当焊锡熔化和结合时熔化材料的表面张力―一个很大的力量―在被夹住的助焊剂上施加压力，当足够大时，猛烈地排出这一理论得到了对 BGA 装配内焊锡空洞的研究的支持，其中描述了表面张力和助焊剂排气之间的联系(助焊剂排气率模型)因此，有力的喷出是助焊剂飞溅最可能的原因接下来的实验室助焊剂飞溅模拟说明了结合的影响，甚至当锡膏在回流前已烘干尽管如此，完全的烘干大大地减少了飞溅(表三)表三、来自金属结合的助焊剂飞溅模拟―烘干研究温度 一分钟 二分钟 三分钟 四分钟 150oC 观察到飞溅 1-2 飞溅 无飞溅 飞溅 160oC 1-2 飞溅 无飞溅 飞溅 无飞溅 170oC 无飞溅 无飞溅 无飞溅 无飞溅 用锡膏 B 90% Sn63/Pb37 合金作试验 熔湿速度因为结合模型看来会成功，所以调查了各种材料的熔湿速度熔湿速度受合金类型、温度、助焊剂载体和回流环境的影响如图一所说明，温度对熔湿速度有戏剧性的影响，温度越高，速度越快图一、一种焊锡配方在不同温度测试的熔湿速度，影响因素包括合金类型、温度、助焊剂载体和回流环境。

李宁成博士在其论文，“通过缺陷机制分析优化回流曲线”中说，惰性气体(氮)也会增加熔湿速度SMT专栏作家珍尼.黄博士和其它人的报告说，共晶合金的熔湿速度倾向于比非共晶材料快因此，Sn63/Pb37一般比 Sn62/Pb36/Ag2 熔湿速度更快影响熔湿、从而影响结合和潜在飞溅的因素如表四所示表四、可能引起溅锡的因素机制对飞溅的影响助焊剂载体活性剂 不同的活性剂在回流时提高不同程度的湿润和结合速度 快速的结合将增加助焊剂被夹住的可能性，将可能增加受夹助焊剂的压力，因此引起助焊剂爆发性的排出助焊剂载体溶剂及其含量 溶剂类型和含量将影响预热期间烘干程度 增加溶剂含量将引起受夹住焊剂更激烈的排出 合金类型 合金影响回流期间的湿润和结合速度 快速的结合将增加助焊剂被夹住的可能性，将可能增加受夹助焊剂的压力，因此引起助焊剂爆发性的排出回流气氛 惰性(氮)环境增加回流期间的湿润和结合速度 快速的。