SMT工藝 | 影響SMT焊接質量的因素及改進措施

隨著經濟和科學技術的不斷發展與進步，人們對電子產品的要求越來越高，這些電子產品必須滿足多功能、小型化、高密度、高性能、高質量的要求。焊接，在SMT（表面貼裝技術）組裝生產過程中起著至關重要的作用，直接決定組裝電路板各組件之間的電氣連接質量。所以，對于SMT行業而言，焊接的高質量是電子產品的根本保障。

然而，在實際生產中，焊接缺陷常常發生，特別是在回流焊接階段。事實上，這些缺陷雖然在回流焊接階段暴露出來，但是問題并非完全是由回流技術直接引起的，因為SMT焊接質量與PCB（印制電路板）焊盤的可制造性、鋼網設計、元件和PCB焊盤可焊性、制造設備狀態、焊料質量等因素密切相關，同時，也要考慮到每個組裝環節的技術參數設定和生產線每個工人的操作技能和熟練程度。如下圖所示，SMT組裝通常包含以下程序：

此流程的每個環節都可能出現問題，最終影響SMT焊接質量。本文將會對可能影響SMT焊接質量的因素進行討論和分析，以避免在實際生產制造中出現類似問題。

BOM（物料清單）準備

作為SMT組裝中最重要的組成部分之一，BOM的質量和性能直接關系到回流焊接的質量。在準備BOM的時候，工作人員需要遵從以下原則，以便更好地為后續焊接做充分的準備。

a. 料件封裝必須滿足貼片機的自動安裝要求

   每臺機器都有各自的可承受參數范圍，在實際生產之前務必要和組裝生產商進行充分的溝通，獲得設備精確的參數范圍，這樣才能保證料件順利參與到生產流程中。例如，如果你的合作組裝生產商采用的設備能夠處理的元件最小封裝是0201，那么，你的BOM中的01005就無法處理。

b. 料件圖形必須滿足自動SMT的要求，因為具有高尺寸精度的標準形狀有利于自動SMT組裝的順利進行

c. 料件的可焊端和PCB焊盤的焊接質量應滿足回流焊接的要求，并且料件和焊盤的可焊端要保證不受污染或氧化

   如果料件和PCB焊盤的可焊端受到氧化、污染或受潮，則可能會引起一些焊接錯誤，例如潤濕不良、偽焊接、焊球或空焊。濕度傳感器和PCB管理尤其，濕度傳感器必須在真空包裝后儲存在干燥箱中，并且在下一次生產前必須進行烘烤。

PCB焊盤的可制造性設計

PCB設計質量是影響表面貼裝質量的第一個因素。根據行業統計，在基板材料選擇、元件布局、焊盤和散熱焊盤設計、阻焊層設計、元件封裝類型、組裝方法、定位等因素中，70%到80%的組裝制造缺陷來源于PCB設計。

對于焊盤設計正確的印制電路板，即使在表面貼裝過程中出現小的偏斜，也可以在熔錫焊錫表面張力的作用下進行校正，這個過程被稱為自動定位或自校正效果。但是，如果PCB焊盤設計不正確，即使組裝位置非常精確，焊接缺陷仍然會出現，例如元件位置偏移和立碑。所以，SMT焊盤設計方面必須從以下方面著手。

● 焊盤對稱性

  為了避免回流焊接后發生料件位置偏移或立碑問題，封裝為0805或更低的芯片料件，其兩端的焊盤應保持在焊盤尺寸、熱吸收和散熱能力方面的對稱性，以維持熔融表面張力的平衡焊錫。如果一端在大銅箔上，則建議使用單線連接來連接大銅箔上的焊盤。

● 焊盤間距

  為了確保元件端部或引腳與焊盤之間適當的搭接尺寸，當焊盤之間的間距太大或太小時，則會引起焊接缺陷。

● 焊盤剩余尺寸

   焊盤的剩余尺寸必須確保料件端部或引腳與焊盤之間的搭接接頭之后，焊點能夠呈現彎月面形狀。

● 焊盤寬度

   基本上來說，焊盤寬度應當與料件端部或引腳的寬度相一致。

● 通孔不得放置在焊盤上

  通孔若放在焊盤上，在回流焊過程中，熔錫可能沿通孔流走，造成偽焊接和錫不足，這樣，就可能會流到板子的另一邊引起短路。

錫膏印刷

錫膏印刷技術的應用主要是為了解決錫膏印刷量不相容的問題。根據行業統計，在印制電路板正確設計的前提下，60%的返修電路板是由錫膏印刷不良導致的。在錫膏印刷過程中，三個元素必須充分考慮：錫膏、鋼網和刮刀。如果這三個元素在實際印刷過程中參數正確設置，那么就可以獲得出色的印刷效果。

● 錫膏

作為回流焊接所必需的材料，錫膏是一種由合金粉末和助焊劑均勻混合的膏狀焊料，其中合金粉末是焊點成分的關鍵元素。助焊劑是用來消除表面氧化，增加潤濕性并確保錫膏質量的關鍵材料。從成分方面來說，一般說來，80%到90%的錫膏屬于金屬合金，而其體積占50%。

要保障錫膏在應用時達到最佳質量和狀態，應該在兩個方面努力：存儲和應用。錫膏儲存的溫度通常在0到10℃之間，或者根據錫膏制造商要求的溫度進行儲存。因此，SMT組裝車間應該配備專業的恒溫錫膏保存箱，保障錫膏存儲的固定空間和要求溫度。在應用錫膏的時候，SMT組裝車間的溫度應當設置為25℃±3℃，濕度必須達到50%±10%。此外，錫膏回收時間必須達到4小時或更長，并且在其應用前必須進行充分攪拌以使其粘度具有優異的可印刷性。應用后，錫膏必須封蓋妥善放置，并且回流焊接必須在錫膏印刷完畢后兩小時內進行。

● 鋼網

鋼網的主要功能在于使錫膏能夠均勻涂覆在PCB焊盤上。鋼網對于印刷技術來說是必不可少的關鍵因子，其質量直接影響錫膏印刷的效果。到目前為止，鋼網的生產方法有三種：化學蝕刻、激光切割和電鍍。只有在充分考慮和適當處理以下幾個方面之后才能保障鋼網設計正確、妥當。

a. 鋼網厚度

為了保證錫膏涂覆量和焊接質量，鋼網表面必須平滑均勻，并且鋼板厚度的選擇應由引腳間距最小的元件決定。

b. 孔徑設計

孔徑是梯形截面孔，其開口呈喇叭狀?？讖奖诒仨毠饣?、沒有毛刺。

c. 防焊球處理

為了有效避免回流焊接后產生焊球，應當在封裝尺寸為0603或以上芯片組件的鋼網孔徑上進行防焊球處理。對于焊盤過大的元件，建議使用網格分隔來阻止太多的錫產生。

d. 標記點

鋼網的背面應該至少生成3個MARK點，并且鋼網應該與PCB上的MARK點兼容。為了提高印刷精度，應該設置一對對角線距離最長的MARK點。

e. 印刷方向

印刷方向也是錫膏印刷過程中的關鍵控制點。在印刷方向確定的過程中，間距精細的元件不應太靠近傳送軌道，否則，過多的錫可能會引起橋連。

● 刮刀

刮刀在一定程度上根據不同的硬度材料和形狀對印刷質量產生影響。一般都是使用鍍鎳的鋼刮刀，角度設置為60°；如果有通孔部件，建議使用45°的刮刀，以便增加通孔部件的上錫量。刮刀設置需要從印刷參數設置、設備準備性和PCB支持三個方面進行。

☆ 印刷參數

印刷參數主要包括刮刀移動速度、刮刀壓力、鋼網下降速度、鋼網清潔模式和頻率。刮刀角度、鋼網粘度和錫膏粘度之間存在限制關系，因此只有正確設置這些參數才能保證錫膏的印刷質量。一般來說，刮刀運動速度低會導致錫膏厚度較大，可能出現模糊的錫膏形狀。另外，極低的運動速度甚至會降低生產效率。相反，若刮刀運動速度較高，可能導致網孔中的錫膏填充不足。刮刀壓力過高可能會導致錫膏不足并增加刮刀與鋼網之間的磨損，而極低的壓力會導致錫膏印刷不完整。因此，通常滾動的錫膏應盡可能提高刮刀運動速度。而且，刮刀壓力應調整至獲得較高的印刷質量的程度。

☆ 設備準確性

在印刷高密度、小空間產品的過程中，印刷精度和重復印刷精度會影響錫膏印刷的穩定性。

☆ PCB支持

PCB支持是錫膏印刷的重要調整內容。如果PCB缺乏有效的支撐或得到了不合適的支撐，厚度過高的錫膏或不均勻的錫膏。為了保證鋼網和PCB之間的接近度，PCB支撐應該平坦而均勻地布置。

料件貼片

料件貼片的質量取決于三個要素：正確選擇料件、準確放置和合適的組裝壓力。選擇正確的料件是指料件必須符合BOM中的要求。準確放置意味著組裝坐標必須正確，貼片機的精度必須能夠保證組裝穩定性并正確組裝在焊盤上的元件。同時，為了確保料件的方向性正確，組裝角度必須注意。合適的組裝壓力是指壓制元件的厚度，決不能太小或太大。組裝壓力可以通過設置PCB厚度、料件封裝厚度、噴嘴安裝器壓力和安裝器Z軸調節來確定。

回流焊接

焊點的焊接質量在于回流焊溫度曲線的正確設置。良好的回流焊曲線要求PCB上所有的安裝元件必須具有優良的焊接和焊點，同時具有出色的外觀和高品質。如果溫度上升太快，一方面，元器件和PCB會受熱太快，導致器件容易損壞、PCB變形；另一方面，錫膏中的溶劑揮發速度過快，金屬化合物將作為鍍錫球濺出?；亓骱附訙囟确逯低ǔＴO定為高于焊膏熔點30℃至40℃。如果溫度過高并且回流時間過長，則耐熱組件或組件塑料將損壞。相反，由于錫膏不完全熔化，便會形成不可靠的焊點。為了提高焊接質量，阻止元器件氧化，可以采用氮氣回流焊接。回流焊接溫度曲線通常根據以下幾個方面進行設置：

● 溫度曲線可以根據錫膏推薦的溫度曲線進行設置。錫膏成分決定其活化溫度和熔點；

● 根據耐熱組件和有價值組件的熱性能參數，對于某些特殊組件，必須考慮最高焊接溫度；

● 應根據PCB基材、尺寸、厚度和銅重進行設置；

● 應根據回流焊爐結構和溫區長度進行設置，不同的回流爐應接受不同的設置。

影響SMT焊接質量的因素還有很多，包括元器件可焊性、PCB質量、PCB焊盤設計、錫膏質量、SMT組裝設備情況、SMT每個環節的技術參數以及每個工人的操作技能等。在這些元素中，元件質量、錫膏以及PCB設計是保證回流焊接質量的基礎，因為這些元件引發的焊接缺陷很難或不可能通過技術方案來解決。因此，提高焊接質量的優越性在于對材料質量和PCB焊盤設計的良好控制。