1.概述

在現(xiàn)代電子元器件裝配工藝中,表面組裝已經(jīng)取得了飛速發(fā)展,元器件變得越來(lái)越小、集成化程度越來(lái)越高、工藝設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)。如何更好地使用表面組裝技術(shù)改進(jìn)電子元器件表面組裝工藝的質(zhì)量,在現(xiàn)今這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的行業(yè)中變得越來(lái)越重要。在SMT( SurfaceMounted Technology,表面組裝技術(shù))生產(chǎn)過(guò)程中,都期望PCB ( Printed Circuit Board,印刷線路板)從印刷工序開(kāi)始到焊接工序結(jié)束,質(zhì)量處于零缺陷狀態(tài),但實(shí)際上這很難達(dá)到。由于SMT生產(chǎn)工序較多,不能保證每道工序都不出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)差錯(cuò),比如生產(chǎn)技術(shù)人員的操作不得當(dāng)、設(shè)備維護(hù)不好、生產(chǎn)物料存在質(zhì)量問(wèn)題、技術(shù)處理方法不到位、工廠溫濕度環(huán)境有偏差等,都會(huì)導(dǎo)致SMT制造出來(lái)的產(chǎn)品的質(zhì)量不夠完美,因此在SMT生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)碰到各種各樣的焊接缺陷,焊錫珠現(xiàn)象是表面貼裝過(guò)程中最主要的缺陷。

2.形成錫珠的主要因素分析

焊錫珠的直徑大致在0.2～0.4 mm 之間(也有超過(guò)此范圍的) ,主要集中在片式元器件的周圍,如電阻、電容。焊錫珠的存在不僅影響了電子產(chǎn)品的外觀,也對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量埋下了隱患�，F(xiàn)代化電子線路印制板元件密度高、間距小,在使用時(shí)焊錫珠可能脫落。有的用戶在使用端有二次回流的需要,焊錫珠造成元器件或電路連接短路,影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量。因此,很有必要弄清焊錫珠產(chǎn)生的原因,并對(duì)它進(jìn)行有效的控制及改進(jìn)。

2.1 焊膏的選用

焊膏中金屬顆粒的含量、焊膏的氧化度、焊膏中焊料粉顆粒度、焊膏吸濕及焊膏中助焊劑含量以及焊劑的活性都能影響焊錫珠的產(chǎn)生。

焊膏中金屬含量的質(zhì)量比約為88%～92%,體積比約為50%。當(dāng)金屬含量增加時(shí),焊膏的黏度增加,就能有效地抵抗預(yù)熱過(guò)程中汽化產(chǎn)生的力。另外,金屬含量的增加使焊料球排列緊密,使其在熔化時(shí)更容易結(jié)合而不被吹散。此外,金屬含量的增加也可以減小焊膏印刷后的“塌陷”,因此,選用金屬含量高的焊膏不易產(chǎn)生焊錫珠。

焊膏接觸空氣后,金屬顆粒表面可能產(chǎn)生氧化。金屬氧化度越高,在焊接時(shí)顆粒越不易結(jié)合,焊膏與焊盤及元件之間就越不浸潤(rùn),從而導(dǎo)致可焊性降低。試驗(yàn)證明焊錫珠的發(fā)生率與焊膏氧化物的百分率成正比,一般焊膏的氧化物應(yīng)控制在0.03%左右,最大值不要超過(guò)0.15%。焊膏中金屬顆粒的粒度越小,焊膏的總體表面積就越大,從而導(dǎo)致較細(xì)顆粒的氧化度較高,因而焊錫珠現(xiàn)象加劇。實(shí)驗(yàn)表明:選用較細(xì)顆粒度的焊膏更容易產(chǎn)生焊錫珠。焊料顆粒的均勻性不一致,若其中含有大量的20μm以下的焊料球,這些焊料球的相對(duì)面積較大,極易氧化,最易形成焊錫珠。另外,在溶劑揮發(fā)過(guò)程中,也極易將這些小焊料球從焊盤上沖走,增加焊錫珠的產(chǎn)生機(jī)會(huì)。一般要求25μm以下的粒子數(shù)不得超過(guò)焊料顆�？倲�(shù)的5%。

焊膏一般冷藏在冰箱中,使用前將其從冰箱中拿出后不應(yīng)立即開(kāi)蓋(立即開(kāi)蓋會(huì)致使水汽凝結(jié)于焊膏上) ,而應(yīng)在使用環(huán)境下回溫,待溫度穩(wěn)定后再開(kāi)蓋使用。焊膏中助焊劑的量太多會(huì)造成焊膏的局部塌落,從而容易產(chǎn)生焊錫珠。另外,焊劑的活性小時(shí),焊劑的去氧化能力弱,也容易產(chǎn)生錫珠。免清洗焊膏的活性較松香型和水溶型焊膏要低,因此就更有可能產(chǎn)生焊錫珠。

2.2 模板的制作及開(kāi)孔

根據(jù)印制板上的焊盤來(lái)制作模板,那么模板的開(kāi)孔就是焊盤的大小。但在印刷焊膏時(shí),這樣容易把焊膏印刷到阻焊層上,從而在回流焊時(shí)產(chǎn)生焊錫珠。因此,建議按照模板的開(kāi)孔比焊盤的實(shí)際尺寸小10%的原則來(lái)制作模板。另外,可以更改開(kāi)孔的外形來(lái)達(dá)到理想的效果。

印刷于電子線路板上的焊膏體積主要由開(kāi)孔尺寸和鋼板厚度來(lái)決定,在開(kāi)孔設(shè)計(jì)被確定的條件下,模板的厚度決定了焊膏的印刷厚度,即

V =W ×L ×T

其中,V為焊膏體積;W為模板開(kāi)孔寬度; L為模板開(kāi)孔長(zhǎng)度; T為模板厚度。所以適當(dāng)?shù)販p小模板的厚度也可以明顯改善焊錫珠現(xiàn)象。使用厚度為6 mil的模板,回流焊后發(fā)現(xiàn)片式阻容元件旁邊的焊錫珠比較嚴(yán)重,將厚度改為5 mil,回流焊后基本上消除了焊錫珠。模板的厚度決定了焊膏印刷后的厚度,通常焊膏的厚度應(yīng)當(dāng)控制在5～8 mil之間。焊膏過(guò)厚會(huì)造成焊膏的“塌陷”,促進(jìn)焊錫珠的產(chǎn)生。一般在使用1608以下元件時(shí),推薦采用6 mil以下模板。

2.3 印刷塌陷

焊膏印刷時(shí)發(fā)生的塌陷使焊膏留在阻焊層上,從而會(huì)在回流焊時(shí)產(chǎn)生焊珠。塌陷與焊膏特性、模板、印刷參數(shù)設(shè)定有很大關(guān)系:焊膏的粘度較低、保形性不好,印刷后容易塌陷;模板內(nèi)孔壁如果粗糙不平,會(huì)影響焊膏從模板脫落,印出的焊膏也容易發(fā)生塌陷;過(guò)大的刮刀壓力會(huì)對(duì)焊膏產(chǎn)生比較大的沖擊力,焊膏外形被破壞,發(fā)生塌陷的概率也大大增加。因此,相對(duì)應(yīng)的解決方法是選擇粘度較高的焊膏;采用激光切割模板來(lái)提高孔壁光滑度;降低刮刀壓力參數(shù)。

2.4 元器件貼裝壓力

如果在貼裝時(shí)壓力太大,焊膏就容易被擠壓到元件下面的阻焊層上,在回流焊時(shí)焊錫熔化跑到元件的周圍形成焊錫珠�？梢詼p小貼裝時(shí)的壓力,調(diào)整貼裝壓力并設(shè)定包含元件本身厚度在內(nèi)的貼裝吸嘴的下降位置,要注意元器件的物理尺寸,設(shè)置正確的元件高度。同時(shí)推薦采用圖2中的模板開(kāi)口形式,避免焊膏被擠壓到焊盤外邊去。

2.5 印制板清洗

在生產(chǎn)過(guò)程中,一旦印刷線路板印錯(cuò)后需要將線路板上已經(jīng)印制的焊膏清洗干凈。若清洗不干凈,印制板表面和過(guò)孔內(nèi)就會(huì)有殘余的焊膏,回流焊時(shí)就會(huì)形成焊錫珠。在這一過(guò)程中,人員因素的影響顯得尤為突出,因此要加強(qiáng)操作員在生產(chǎn)過(guò)程中的責(zé)任心,嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行生產(chǎn),加強(qiáng)工藝過(guò)程的質(zhì)量控制。

2.6 元器件及印制板的濕敏控制

對(duì)濕度敏感的元器件及印制板暴露在空氣中較長(zhǎng)時(shí)間會(huì)吸收水分,并發(fā)生焊盤氧化,可焊性變差,極易引起焊錫珠現(xiàn)象。對(duì)這些濕敏元件和印制板要進(jìn)行濕敏控制,控制的原則是:在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、備料及生產(chǎn)過(guò)程中一定要嚴(yán)格按照元器件及印制板的濕敏等級(jí)進(jìn)行控制,暴露時(shí)間超標(biāo)時(shí)必須及時(shí)按照低溫(40±5) ℃烘烤192 h或者高溫(120±5) ℃烘烤24 h,在干燥箱中烘烤,并且要進(jìn)行真空封裝且用濕敏指示卡進(jìn)行跟蹤。

2.7 回流焊溫度的設(shè)置

焊錫珠是在印制板通過(guò)回流焊時(shí)產(chǎn)生的,回流焊可分為四個(gè)階段:升溫、保溫、快速升溫及焊接、冷卻。在升溫、保溫階段使焊膏和元件及焊盤的溫度上升到120～150 ℃ (有鉛)或150～180 ℃ (無(wú)鉛) ,減小元器件在回流時(shí)的熱沖擊。在這個(gè)階段,焊膏中的助焊劑開(kāi)始汽化,可能使焊膏中的金屬顆粒分開(kāi)跑到元件的底下,在回流時(shí)跑到元件周圍形成焊錫珠。在這一階段,溫度上升不能太快,通常應(yīng)小于1.5 ℃/s,過(guò)快容易造成焊錫沸騰飛濺,形成焊錫珠。所以應(yīng)該調(diào)整回流焊的溫度曲線,采取較適中的預(yù)熱溫度和預(yù)熱速度來(lái)控制焊錫珠的產(chǎn)生。

2.8 外界因素的影響

一般焊膏印刷時(shí)的最佳溫度為(25±3) ℃,相對(duì)濕度不超過(guò)60% ,溫度過(guò)高,使焊膏的黏度降低,容易產(chǎn)生印刷后焊膏“塌陷”;濕度過(guò)高,焊膏容易吸收水分,導(dǎo)致發(fā)生焊料飛濺。所以,必須控制好生產(chǎn)線的外部環(huán)境,尤其是南方的夏季溫度和濕度都非常高,工廠內(nèi)部的空調(diào)系統(tǒng)一定要有效運(yùn)轉(zhuǎn),保證生產(chǎn)線的溫濕度處于受控范圍。

3. 結(jié)論

焊錫珠出現(xiàn)的因素有很多,其產(chǎn)生是一個(gè)極復(fù)雜的過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)中從人、機(jī)、料、法、環(huán)各個(gè)方面來(lái)綜合考慮分析。重點(diǎn)關(guān)注焊膏的影響,采用防焊錫珠的模板開(kāi)孔方式并控制焊膏體積,調(diào)整印刷和元件貼裝參數(shù),優(yōu)化回流焊溫度設(shè)置,并且要做好元器件及印刷線路板的濕敏控制和外部環(huán)境的溫濕度控制,注意生產(chǎn)過(guò)程中的人為操作因素導(dǎo)致焊膏污染印制板等,這樣就能達(dá)到減少焊錫珠的理想效果。
 

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