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SMT贴片加工中回流焊接的缺陷问题
2020-01-13 14:35 33

  SMT贴片加工中引起回流焊接的缺陷有五个主要来源,主要分为开路或桥接(短路)两类。焊料质量和焊盘设计是最重要的缺陷来源外,还必须考虑走线与焊盘相互作用,防焊层的设计,零件摆置方向,才得以实现零缺陷。

SMT贴片加工中回流焊接的缺陷问题

  一、焊料

  过量的焊锡是引起芯片组件缺陷的最大来源(开路或桥接),大量焊锡或球状焊锡接头对焊接强度并没有起加强作用,反而增加焊接后处理的零件损坏及造成片状电容器和电阻器被牵引移动降低生产良率。此外,过多的焊锡可能导致较细间距IC引脚之间的桥接,产生额外的返工修复生产问题。

  过多的焊料或作用力的不平衡将导致零件产生吊桥或缺少焊接点的缺陷。桥接缺陷不仅仅是发生在芯片电容器或电阻器上的问题而已,也是可能发生在SOT(小外形晶体管)或甚至小的IC封装(如SO-8)上导致返工。

  由焊锡熔融产生的表面张力会在零件(如片状电容器,电阻器或晶体管)上的共面产生作用力。它由部件的质量(M)和由部件长度(L_L)和熔融焊料到相对端的粘附所产生的力矩臂(T)抵消。

  不足的焊锡量在被动组件与IC上是最常出现的焊点缺失(开路)的来源。在不同大小及体积的部件(例如需要比小芯片部件更多的焊料的IC)之间必须有适当的平衡设计,其对于要求要较少的焊料需求部件有正确的接合性和较低的制造缺陷起正面效果。

  二、焊盘设计

  焊盘形状和尺寸最终由焊盘设计时决定,我们都知道过多的焊料增加焊接缺陷(竖碑),并使部件对处理损坏(裂纹)更敏感,因此在零件规格书都有焊盘的设计规格提供,有一些行业协会(IPC)等等也都有设计指南,以这些作为基准文件,目前最全面的标准指南是IPC-SM-782“表面贴装图案(配置和设计规则)”,但还是需要记住的一个要点就是基本上各行业协会规范是通过各种成员研究收集而来但还是有很大一部份是妥协达成最低质量标准的文件,因此使用这些标准将使其容易创建艺术品,但不见的能理解对产量的影响层面问题,这与设计者的SMT制造经验多少相关。

  三、走线与焊盘

  将连接走线的通孔焊盘如设计不好,回流焊接作业时热传递将焊膏回流由部件端接头到PCB表面到焊盘的,甚至会流入通孔而形成空焊。焊盘热质量(吸热量)的不对称性将导致在回流期间低质量(吸热量不对称)部件出现吊桥或接点冷焊或焊锡从焊接点迁移等缺陷。

  为避免通孔(电镀通孔)的毛细作用产生有缺失的焊料接头问题,一些常规如下:(1)尽可能将连结焊盘的走线数量限制为单条走线,以减少焊料的迁移。(2)连结焊盘的走线要注意对称性的重要,平衡走线进入到焊盘的轨迹,可以最小化任何诱导的组件旋转力。(3)焊盘中没有过孔,避免从焊点中吸出焊料。(4)元件连接接地层的焊盘走线要有缩颈导线设计且与相邻器件焊盘相隔不小于10mil。(5)由于毛细管作用需隔离通孔与焊盘,与焊盘间距不应小于15mil。

  对于走线与焊盘有一个简单的测试方法来看看设计的PCB是否可进入量产或找到PCB潜在的缺陷源。用空PCB刷上焊膏不上组件,然后走回流作业即可看出是否有存在问题的位置,而焊盘缺少的焊料是问题的主要标志,好的且可量产的PCB要求必须在焊盘上具有均匀的焊料。

  四、防焊层

  (1)PCB防焊层材料有多种多样如干膜层压板,屏蔽湿膜及光成像液体阻焊膜等,焊料掩模厚度范围从0.6mil到9mil,不同的材质厚度则有差异。

  (2)对于通孔板来说,几乎没有考虑过防焊层的设计,在CAD系统也只需要一个防焊底片即可,但不适当的防焊模板设计可能导致模板对位没对准及防焊材料坍塌而模糊或污染焊盘表面,从而导致过多的焊锡球或有缺陷的焊锡接头。

  (3)对位精度或坍落等不良要降低或消除这种缺陷的来源,对于防焊开窗的规格在每个尺寸上应当超过10mil,另一个改善防焊模厚度也可消除这类缺陷,若防焊模太厚时,即基底铜焊盘上方的防焊模超过2mil,将可能导致贴片元件(如电容器)拉脱,位移甚至断裂,一般而言一盎司的铜厚是0.7mil,2盎司的铜厚是1.4mil,因此在1盎司的铜板上实际理想的防焊层厚度极限值3mil,对于2盎司的铜板则是3.5mil。

  若PCB设计时在两元件焊盘之间走线时,则应该在IC焊盘之间放置防焊线,尤其考虑到PCB制程使用屏蔽湿膜防焊料制程时,但由于配准问题,细线,高密度设计时则必须使用光致成像防焊接模料。

  五、元件摆放

  元件摆放方向问题是根据使用的回流技术而言元件摆置方向可能是或可能不是问题,在使用有预热的红外线回流焊接的气相系统中,这种温升速率较小,而在芯片组件需要使每个终端同时进入回焊炉焊接区的原则,使得长轴平行于回流系统带运动的方向,晶体管和IC需要沿其长轴垂直进入。


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