SMT回流焊焊点缺陷形成的原因分析
1)冷焊形成的原因
(1)由于回流温度过低或回流时间过短,焊料熔融不充分;
(2)由于传送带振动,冷却凝固时受到外力影响,使得焊点发生扰动,在焊点表面上呈现高低不平形状;
(3)在焊盘或引脚上及其周围的表面污染会抑制助焊剂能力,导致不完全回流。有时可以在焊点表面观察到未熔化的焊料粉末。同时助焊剂能力不充足也会导致金属氧化物不能完全被清除,随后导致不完全凝结;
(4)焊料金属粉末质量不好,大多数是由高度氧化粉粒包封形成的。
2)润湿不良形成的原因
(1)时间、温度和回流气体对润湿性能力有很大影响。时间太短或温度太低会引起热量不充足,导致助焊剂反应不完全以及不完全的冶金润湿反应结果产生不良润湿。另外,焊料融化之前,过量的热量不但使焊盘和引脚的金属过渡氧化,而且会消耗更多的助焊剂,最终将导致不良润湿;
(2)焊料合金质量不好,内含铝、砷等杂质也可产生不良润湿。焊料粉末质量不好,焊膏中金属粉末含氧量高,焊膏中的助焊剂活性差;
(3)元器件焊端、引脚、印制电路板的焊盘被污染或氧化,或印制电路板受潮,造成金属润湿性差;
3)芯吸形成的原因
主要是由引脚和印制电路板之间的温度差以及熔融焊料的表面张力引起的。回流时,元器件引脚比PCB焊盘先达到焊料熔融温度,使得焊料沿引脚上升,就形成了芯吸现象。
4)焊锡裂纹形成的原因
(1)峰值温度过高,使焊点突然冷却,由于激冷造成热应力过大而产生焊锡裂纹;
(2)焊料本身的质量问题;
5)立碑形成的原因
(1)元件排列方向的设计有问题。焊膏一旦达到熔点就会立即熔化,片式矩形元件的一个端头先达到熔点,焊膏先熔化,完全浸润元件的金属表面,具有液态表面张力,而另一端并未达到液相温度,焊膏未熔化,只有远远小于表面张力的粘接力,会使未熔化端的元件端头向上直立;
(2)焊盘设计质量不好。若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称,小焊盘上的焊膏熔化快,产生表面张力使元件竖起。若焊盘的宽度或间隙过大,使元件的一个端头不能充分接触焊盘,产生立碑现象;
(3)模板漏孔被焊膏堵塞或开口小,会引起漏印的焊膏量不一致,焊盘两端的表面张力不平衡,元件会竖起;
(4)温度不均匀。不均匀的热量分布或附近的元器件阴影效应会产生较大的温度梯度;
(5)贴装位置偏移,或元件的厚度设置错误,或贴片头Z轴高度过高,贴片时元件从高处掉下造成;或贴装压力过小,元器件的焊端或引脚浮在焊膏表面,焊膏粘不住元器件,在传递和回流焊时产生位置移动。
(6)元件的焊端被污染或氧化,或元件端头电极的附着力不好,这样元件两端易于产生不平衡力,产生立碑现象;
6)偏移形成的原因
印刷焊膏的位置不准确、印刷焊膏的厚度不均、元器件放置不当、传热不均、焊盘或引脚的可焊性不好、助焊剂活性不足、焊盘比引脚大的太多、风量过大、传送带振动等都有可能引起元件偏移,情况严重时甚至会产生立碑,尤以质轻的元器件为甚。
7)焊球形成的原因
(1)回流温度曲线设置不当。如果预热区温度上升速度过快,引起水分、溶剂剧烈蒸发,金属粉末会随溶剂蒸气飞溅,形成焊锡球;如果预热区温度过低,使焊膏内部的水分、溶剂未能完全挥发出来,突然进入回流区,也较容易产生焊球;
(2)焊膏本身质量不好。若金属微粉含量过高或金属粉末的含氧量过高,回流焊接时金属粉末会随溶剂的蒸发而飞溅,形成焊球;若焊膏粘度过低或焊膏的触变性不好,印刷后的焊膏会塌陷,严重时会造成粘连,回流焊接时也会形成焊球;
(3)焊膏的使用不当。若从低温柜中取出焊膏,未经回温直接使用,由于焊膏的温度比室温低,水汽凝结在焊膏上,焊膏吸收水分,经搅拌大量的水分混在焊膏中,回流焊接升温时,水汽蒸发带出金属粉末,同时在高温下水汽会使金属粉末氧化,使金属粉末的飞溅加聚,形成焊球;
(4)金属模板设计结构不当。模板厚度与开口尺寸不恰当、模板与印刷板表面不平行或有间隙、或模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求,造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰,互相桥连,回流焊接后会在引脚间产生大量的焊球;
(5)印刷工艺的影响。刮刀压力过大、模板质量不好,印刷时会造成焊膏图形粘连,或没有及时将模板底部的残留焊膏擦净,印刷时使焊膏污染焊盘以外的地方,回流后会产生焊球;
(6)贴片压力过大,焊膏挤出量过多,是图形粘连。
8)桥接形成的原因
(1)焊锡量过多。模板厚度与开口尺寸不恰当;模板与印制电路板表面不平衡或有间隙;
(2)焊膏粘度过低,触变性不好,印刷后塌边,使焊膏图形粘连;
(3)印刷质量不好,使焊膏图形粘连;
(4)贴片位置偏移;
(5)贴片压力过大,焊膏挤出量过多,使图形粘连;
(6)贴片位置偏移,人工拨正后使焊膏图形粘连;
(7)印制电路板上细间距焊盘制作有缺陷,或焊盘间距过窄。
9)空洞形成的原因
(1)材料的影响。焊膏受潮、焊膏中金属粉末的含氧量高、使用回收焊膏、元器件引脚或印制电路板基板的焊盘氧化或污染、印制电路板受潮;
(2)焊接工艺影响:预热温度过低,预热时间过短,使得焊膏中溶剂在硬化前未能及时逸出,进入回流区产生气泡。
10)爆米花现象形成的原因
(1)元器件的管理、存储和使用环境湿度使芯片受潮,回流时芯片内部或基板、引脚气体膨胀;
(2)回流温度曲线有误,升温速度过快,峰值温度过高。