引言

          隨著工業化的提高和工業4.0時代的到來,人們對電子產品的要求也越來越高，既要能滿足多功能、集約化、智能化的要求，同時還需要有良好的產品品質。有些客戶還提出了零缺陷零維修的要求。因此，對于SMT行業來說，優質的焊接質量是產品的立足之本，是企業生存之道。

在實際生產過程中，焊接缺陷集中體現在回流焊接完成階段，但此時出現的焊接問題并不完全是由回流焊工藝造成的。因為SMT焊接質量除了與回流焊工藝（溫度曲線）有直接關系外，還與PCB焊盤的可制造性設計、鋼網設計、元件和PCB焊盤可焊性、生產設備狀態、錫膏質量，以及每道工序的工藝參數和操作人員的操作技能有著密切關系。

[1] 圖1為SMT的生產流程圖。

下面根據一般SMT的生產流程，以魚骨圖的方法找出影響焊接質量的主要影響因素。圖2 是焊接不良魚骨圖。

物料
          物料作為SMT貼裝的重要組成元素之一，其質量和性能直接影響回流焊接質量，具體需注意以下幾個方面：

1.    元器件的包裝方式要滿足貼片機自動貼裝的要求；

2.    元器件的外形要滿足自動化表面貼裝的要求，要有標準化的形狀及有良好的尺寸精度；

3.    元件可焊端和PCB焊盤鍍層質量需滿足回流焊接的要求，元件可焊端和焊盤無污染或氧化。如果元件可焊端和PCB焊盤氧化或污染或受潮時，在回流焊接時就會出現潤濕不良、虛焊、產生焊錫珠和空洞等焊接缺陷。特別是濕敏元件和PCB的管控，未使用完要及時進行真空包裝并放入干燥柜中貯藏，下次生產時如有必要還需進行烘烤。

PCB焊盤的可制造性設計 

          PCB設計質量是衡量表面貼裝技術水平的一個重要標志，是保證表面貼裝質量的首要條件之一。來自HP公司的統計數據，70%~80%的生產缺陷直接與設計有關。如基板材質選擇、元件布局、焊盤及熱焊盤設計、阻焊層設計、元件封裝選型、組裝方式、傳送邊、定位孔、光學定位點、EMC（電磁兼容） 等可靠性設計有關的焊盤、導線要求等。

如果PCB焊盤設計正確，貼裝時如出現少量的歪斜，回流焊時，在熔融焊錫表面張力的作用下歪斜可以得到糾正(稱為自定位或自校正效應)；相反，如果PCB焊盤設計不正確，即使貼裝位置十分準確，回流焊后反而會出現元件位置偏移、立碑等焊接缺陷。因此，SMT焊盤設計應把握好以下幾點：

a.焊盤對稱性，為了避免元件過回流焊后出現偏位、立碑現象， 0805以及0805以下片式元件兩端焊盤應保證散熱對稱性，兩端焊盤必須對稱，不僅大小對稱，吸散熱能力也要保持對稱，才能保證熔融焊錫表面張力平衡，如果一端在大銅箔上，建議連接大銅箔上的焊盤采用單線連接方式（熱焊盤處理）；(圖3)

b.焊盤間距，確保元件端頭或引腳與焊盤有合適的搭接尺寸，焊盤間距過大或過小都會引起焊接缺陷；

c.焊盤剩余尺寸，元件端頭或引腳與焊盤搭接后的剩余尺寸必須保證焊點能夠形成彎月面；

d.焊盤寬度，應與元件端頭或引腳的寬度基本一致；

e.焊盤上禁止布置通孔，否則在回流焊接過程中，焊盤上的焊錫熔化后會沿著通孔流走，會產生虛焊、少錫，還可能流到板的另一面造成短路（圖4）。

錫膏印刷

錫膏印刷工藝，主要解決的是錫膏印刷量一致性的問題（錫膏的填充量與轉移量）[2]。據業內評測分析排除設計問題，約有60%的返修板子是由錫膏印刷不良引起的,在錫膏印刷中，有三個重要部分：焊膏、鋼網和刮刀（簡稱3S），如能正確選擇，可以獲得良好的印刷效果。

o    錫膏質量

錫膏是回流焊工藝必需的材料，它是由合金粉末（顆粒）與糊狀助焊劑（松香、稀釋劑、穩定劑等）載體均勻混合而成的膏狀焊料。其中合金顆粒是形成焊點的主要成分；助焊劑則是去除焊接表面的氧化層，提高潤濕性，是確保錫膏質量的關鍵材料。錫膏就重量而言，一般80%~90%是金屬合金，就體積而言，金屬與焊劑各占50%。

保證錫膏的質量主要從存儲和使用兩個方面來體現，錫膏一般貯存在0℃~10℃之間（或按廠家要求貯存）。使用方面，錫膏的使用環境一般要求SMT車間的溫度為25±3℃，濕度為：50±10%（與錫膏的特性有關），使用時要按“先進先出”的原則，并做好取用記錄，保證回溫時間大于四小時，使用前需進行充分的攪拌，使其粘度具有優良的印刷性和脫模性。添加完錫膏后應立即蓋好錫膏罐的內外蓋子，印刷后確保在2小時以內完成回流焊接。

o    鋼網設計

鋼網的主要功能是將錫膏準確的涂敷在PCB的焊盤上。鋼網在印刷工藝中是必不可少的，它的好壞直接影響錫膏印刷的質量。目前鋼網主要有三種制作方法：化學腐蝕、激光切割、電鑄成型。鋼網設計主要的控制點有以下幾個方面：

   a.鋼片厚度：為保證錫膏印刷量和焊接質量，鋼網表面必須平滑均勻，鋼片厚度的選擇應根據PCB板上管腳間距最小器件來決定；鋼片厚度與最小Pitch、元件大小值的關系可參考表1所示。

b.開口設計：開口為喇叭口向下成梯形截面孔，光滑，無毛刺。
寬厚比=開孔的寬度/鋼網的厚度（針對Fine-Pitch的QFP 、IC 等細長、條裝管腳類器件適用）；面積比=開孔底面積/開孔孔壁面積（針對0402、0201、BGA、CSP之類的小管腳類器件適用）（如圖5）。[3]

c.防錫珠處理：0603及以上CHIP元件，為了有效地防止回流焊接后焊錫珠的產生，其鋼網開孔應做防錫珠處理。對于焊盤過大的器件，建議采用網格分割，防止錫量過多。

d.鋼網MARK點的要求:鋼網B面上需制作至少三個MARK點，鋼網與印制板上的MARK點位置應一致。需有一對對角線距離最遠的MARK點，提高印刷精度。制作方式為正反面半刻，圖形清晰。
e.印刷方向：印刷方向也是一個十分關鍵的控制點，確定印刷方向時要注意避免密間距器件太靠近軌道，否則會造成錫量過多而橋接。

o    刮刀

不同硬度材質和形狀的刮刀對印刷質量有一定的影響，一般使用鍍鎳的鋼刮刀，60度的刮刀使用較普遍。如有通孔元器件建議使用45度的刮刀，可以增加通孔元件的錫量。

o    印刷參數

印刷參數主要包括刮刀速度、刮刀壓力、鋼網脫膜速度、鋼網清洗模式和頻率等，刮刀與鋼網的角度,以及錫膏的粘度之間存在一定制約關系，因此，只有正確控制這些參數，才能保證錫膏的印刷質量。一般而言, 刮刀速度慢，可得到較好的印刷品質, 但可能會導致錫膏形狀模糊,速度太慢還會影響生產效率；如果刮刀速度過快,可能導致錫膏無足夠的時間填入網孔,造成錫膏量不足。刮刀壓力過高會導致網孔內的焊膏被拖出而造成少錫，還會加速鋼網和刮刀的磨損，壓力過低則導致錫膏印刷不完全。因此,在錫膏能夠保持正常滾動的狀態下,盡可能提高速度,并配合調整刮刀壓力,以達到良好的印刷質量。脫膜速度過快會造成印刷錫膏拉尖或成型不良，速度太慢會影響生產效率。鋼網清洗模式和頻率如設置不當會造成鋼網清洗不干凈,窄間距產品容易連錫或鋼網堵孔少錫。[4]

o    設備精度

在印刷高密度、窄間距產品時,印刷機的印刷精度和重復印刷精度也會影響錫膏印刷的穩定性。

o    PCB支撐

PCB支撐是錫膏印刷的重要調試內容,如果在印刷過程中PCB缺乏有效的支撐或支撐不合理,會造成印刷錫膏偏厚或不均勻。布置PCB支撐要平整,均勻，確保在印刷時鋼網能夠緊貼PCB。有條件的可以制作頂針模板或支撐載具。

回流焊接

正確設置回流焊溫度曲線，是確保焊點焊接質量的保障。一個好的回流焊曲線要求對所要焊接的PCB板上的各種貼裝元器件都能夠達到良好的焊接，焊點不僅要具有良好的外觀品質而且還要有良好的內在品質。如果升溫斜率速度太快，一方面，會導致元器件及PCB受熱太快，易損壞元器件，還會造成PCB變形；另一方面，錫膏中的熔劑揮發速度太快，容易濺出金屬成份，產生焊錫球；峰值溫度一般設定比錫膏熔點高30℃~40℃左右較好，如溫度太高，回流時間太長會造成熱敏感元件或元件塑膠本體損壞，反之會導致錫膏熔融不充分無法形成可靠的焊點。為了增強焊接質量，避免元件的氧化問題，有條件的可以使用氮氣回流焊。回流曲線設置的依據一般主要參考以下幾個方面[5]：

a.    根據所使用的錫膏推薦的溫度曲線進行設置。錫膏的成分決定了其活化溫度及熔點。

b.    根據熱敏感元件和貴重元件的熱性能參數，還要考慮特殊元器件的最高焊接溫度等限制。

c.    根據PCB板材、尺寸大小、厚度和重量來設定。

d.    根據回流爐結構和溫區長度來設定，不同的回流爐要設定不同的溫度曲線。

總結

影響SMT焊接質量的影響因素有很多，如元器件可焊性、PCB質量、PCB焊盤設計、錫膏質量、印制電路板的加工質量、SMT生產設備狀況、SMT每道工序的工藝參數，以及操作人員的操作技能等都有密切的關系。其中，元器件和PCB及錫膏質量與PCB設計是保證回流焊質量的基礎，因為這些問題導致的焊接缺陷在生產過程中，通過工藝方法是很難甚至是無法解決的。因此，要提高和保證良好的焊接質量，前提是需要控制好來料質量和良好的PCB焊盤設計，對錫膏印刷、貼裝、回流焊的每道工序的工藝參數進行管控和優化，并制定完善的生產工藝流程。

安悅電子科技有限公司有版權所有，任何盜取文章都屬于侵權行為。

m.lzh1.cn