2020年12月18日
表面贴装技术SMT常见的几种缺陷（一）
表面贴装技术（SMT）不是零缺陷的焊接工艺，电子制造展今天将讲述SMT中可能导致PCB失效的缺陷，并尝试找出如何避免这些缺陷的方法。向无铅焊料过渡较大地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。
SMT缺陷1：焊桥(solder bridge)
由于焊料过多而形成的焊桥(solder bridge)，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（cold slump）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(reflow profile)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。
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：
- 需要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。
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（Coarser powder），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。
- 避免锡膏与水分和湿气的相互作用。
- 使用的较小印刷压力。
- 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。
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较小化。
- 避免暴露于高温或高湿度等环境中。
- 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。
来源：元器件电商