2024年4月24-26
上海世博展览馆

电子展|浅析表面贴装技术SMT常见的八种缺陷

表面贴装技术(SMT)不是零缺陷的焊接工艺,下面电子展小编将总结SMT中可能导致PCB失效的缺陷及如何避免这些缺陷的方法。

向无铅焊料过渡改变了电子产品的制造工艺,无论是SMT还是手工焊接,都是使用焊料提供电气和机械连接,因此即便是自动化生产的SMT,仍然存在多种原因引起的缺陷,并且有不同的解决方法。

电子展浅析SMT缺陷1:焊桥

由于焊料过多而形成的焊桥,导致原本不应电气连接的两个导体连接起来。

潜在原因:

形成焊桥的原因多种多样,通常发生锡膏印刷过程中。

锡膏沉积过多会导致桥接。当钢板孔与焊盘的比例过高时,可能会发生这种情况。理想的1:1比例下,钢板孔和PCB焊盘的测量值完全相同。

锡膏冷坍落同样会引起焊桥。锡膏金属与助焊剂重量比例不正确会导致坍落度。高温和潮湿同样会导致锡膏坍落。

回流曲线同样可以增加桥接。我们知道回流过程的目的是熔化锡膏中的粉末颗粒。回流曲线可分为四个区域:预热、均热、回流和冷却。如果预热区域的升温速率过慢,则可能会造成桥接。与锡膏接触的零件可能会使沉积物倾斜,使得锡膏出现焊桥。长时间的浸泡将使更多的热量输入到锡膏中。

元器件布局不恰当会进一步缩小焊盘之间的间隙,从而增加焊桥的机会。放置过多的元器件,可能使得锡膏脱离焊盘。

解决方案:

使用适当的锡膏金属与助焊剂重量比。通常可分配的锡膏的金属含量为85-87%。如果我们将其用于细间距表面贴装印刷,则该比率将降低。通常,90%的金属应用于钢板印刷锡膏应用。

适当的回流曲线也非常重要。

除非使用自动打印机对准,否则应适当注意钢板孔与衬纸的对准。

确保元器件放置的准确性。

将钢板孔尺寸减小10%。钢板的厚度也可以减小,这将减少沉积的锡膏量。

电子展浅析SMT缺陷2:焊点不足或电气断开

两个原本应该电气连接的引脚没有连接。

潜在原因:

这种缺陷主要发生在表面贴装工艺的锡膏印刷阶段。锡膏没有正确放置到PCB焊盘上,或者由于回流之前放置的焊料不足,都将导致焊点不足。锡膏堵塞钢板孔,也可能发生这种情况。即使焊料量足够,在回流过程中如果焊料与引线和焊盘都没有接触,则可能会产生开路。

解决方案:

首先,解决方案是调整钢板孔口宽度与厚度的比率。堵塞孔的锡膏可能是由于上述比率太小所致。

禁止制造过程中处于不良的环境中,因为其会污染锡膏。

与PCB供应商协商。

电子展浅析SMT缺陷3:焊球

从焊接主体中分离出非常细小的球形焊料。这对于免清洗工艺至关重要,因为大量的焊球会在两条相邻的引线之间形成假桥,从而导致电路功能出现问题。水溶性工艺不需要担心焊球问题,因为在清洁过程中会定期清除焊球。

潜在原因:

锡膏含有水分是焊锡球的主要原因之一。回流期间水分饱和,留下焊球。

缺乏适当的回流曲线也会导致锡球。快速的预热速率将无法为溶剂逐渐蒸发提供足够的时间。

锡膏中的氧化物过多也会形成焊球。

锡膏的印刷对齐不良可能会导致焊球,并且锡膏会印刷在阻焊膜上而不是焊盘上。

在印刷过程中,在钢板底面抹上的锡膏也会造成焊球。

解决方案:

推荐使用粗粉,因为细粉具有更多的氧化物,往往更容易坍落。

应根据锡膏选择回流工艺。

绝对避免锡膏与水分和湿气的相互作用。

使用的最小印刷压力。

在进行回流焊之前,应先验证印刷组件的对齐。

确保正确、频繁地清洁钢板底部。

电子展浅析SMT缺陷4:元件立起

元件立起有时也称为Manhattan效应,元器件只焊接了一个引脚,与焊盘垂直或者具有一定角度。这是由回流焊接过程中的受力不平衡引起的。这是一种已失效的PCB设计,元器件处于断路状态。

潜在原因:

加热不均匀会导致元器件引脚之间的温度产生差异。更准确地说,如果热量分布不均匀,则焊料将以不同的速率熔化。因此,一侧先于另一侧回流,导致另一侧立起。

如果PCB层内部存在不相等的散热片(即接地平面),可能会从焊盘吸走热量。

有时由于锡膏暴露在特定的温度和湿度下,锡膏作用力不足,无法在回流期间将元器件固定在适当的位置。

回流操作期间和之后的过多移动可能会导致元器件未对准,从而导致元件立起。

回流之前将元件在焊盘上的放置不均也会导致焊接力不平衡。

解决方案:

元器件必须至少覆盖焊盘的50%,以避免锡焊力不平衡。

确保较高的元件放置精度。

建议保持较高的预热温度,以使回流时引脚之间的差异较小。

在回流过程中将元器件的移位最小化。

避免暴露于高温或高湿度等极端环境中。

延长的浸泡区可以帮助在锡膏达到熔融状态之前,平衡两个垫片上的润湿。

电子展浅析SMT缺陷5:非润湿

液态焊料未与元器件紧密粘合,其特征是焊料与元器件引线之间突然受到限制。

潜在原因

PCB表面处理不良可能是主要原因之一。

由于回流过程中的浸泡时间过长导致在焊接前耗尽助焊剂。

在回流过程中热量不足,助焊剂无法获得合适的活化温度。

解决方案:

需要质量更高的金属表面光洁度。

减少回流阶段之前的总配置时间。

为焊接提供适当的助焊剂。

电子展浅析SMT缺陷6:焊珠

较大的焊球就是焊珠,一般在很小距离的分立元器件之间。

潜在原因:

通常这种问题是由于沉积了过多的锡膏造成的。

有时在预热阶段,助焊剂会超过锡膏的聚结力。

元器件放置压力过高也可能是一个问题,将沉积的锡膏推到阻焊膜上。

解决方案:

减小钢板厚度或减小孔尺寸。

降低元器件的取放压力。

电子展浅析SMT缺陷7:填充不足和焊料不足

沉积印刷锡膏的量远远少于钢板开口设计,或者在回流后,焊锡的量不足,无法在元器件引线上形成圆角。

潜在原因

钢板孔有时会被干燥的锡膏堵塞,这是问题的主要原因之一。

在印刷的时候,刮刀的整个长度上施加足够的压力非常重要。确保干净擦拭模具,太大的压力会导致糊状物。

由于刮刀速度太高,锡膏不会滚入孔中。刮板的行进速度决定了锡膏滚动到钢板孔中和PCB焊盘上的时间。

锡膏的粘度和/或金属含量太低。

解决方案:

钢板必须定期清洁,检查锡膏是否过期或干燥。另外应确保有足够的主板支撑。

刮板速度过高也应加以控制。

电子展浅析SMT缺陷8:冷焊点或粒状接点

一些焊料连接有时表现出较差的润湿性,并且在焊接后具有灰色,具体表现为具有多孔的外观、深色、非反射粗糙的合金表面,正常的焊接表面应该明亮而有光泽。

潜在原因:

主要原因之一是焊料吸收的热量不足。发生这种情况的原因是回流焊所产生的热量不足。

在焊接过程中助焊剂未完成任务。这可能是由于在进行焊接之前未充分清洁元器件和/或PCB焊盘造成。焊料溶液中的杂质过多也会导致这种缺陷。

解决方案

最高回流温度应足够高,以使材料彻底加热。

在回流期间或回流结束之后,元器件不得发生任何形式的位移。

必须进行合金分析以检查污染物。