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SMT貼片使用焊錫膏過程中的常見問題原因分析及對策

時間:2018/10/18 11:22:38 瀏覽次數: 作者:

錫膏是SMT貼裝工藝中必不可少的原料,而在SMT貼片中如有任何一個地方的操作或是工藝不當就會或多或少的出現一些焊接問題,而這些問題如未能及時的發現或去應對就會引起批量的不良,下面昆山億華達針對SMT貼片中焊錫膏的使用遇到的問題做了詳細的匯總:

第一種情況:貼片焊接短路錫膏經常出現在引腳較密的 IC 上或間距較小的片狀元件間,反應出來的有以下幾種現象:

1、焊錫膏過量:鋼網厚度及開孔尺寸不恰當,印刷支撐不平或支撐點分布太少,PCB 的平整性差及鋼網的張力不符合標準和鋼網清洗沒有按照規定,引起局部或者整體錫厚。

[建議對策]根據產品是否有細小元件選擇不同厚度的鋼網,根據測量錫膏厚度的 CPK值,調整印刷機支撐塊及印刷速度、刮刀壓力等參數,定時檢查鋼網張力符合標準,根據產品選擇適合的自動及手動清洗鋼網的方式和頻率 。

2、印刷偏移過大:PCB固定裝置不佳,機器手動或者自動定位及矯正精度差,一般印刷偏移量超出1/4焊盤以上判斷為印刷偏移。

[建議對策]調整印刷機固定裝置,調整印刷精度及可重復性,增加 PCB光識別能力。

3、焊錫膏塌邊,包括以下三種:

A)印刷塌邊

焊膏的粘度較低,觸變性差,印刷后發生流動塌邊;鋼網孔壁粗糙有凸凹,印刷時滲錫,脫膜時產生拉尖而產生類似的塌邊現象,刮刀壓力過大造成錫膏成形破壞。

[建議對策]選擇粘度適中的焊膏;采用激光切割或其它較好的鋼網;降低刮刀壓力。

B)貼裝時的塌邊

貼片機在貼裝 SOP、QFP、 QFN、CSP類元件時,壓力過大使焊膏外形變化而發生塌邊。

[建議對策]調整貼裝壓力及貼裝高度。

C)焊接加熱時的塌邊

回流預熱升溫過快,焊膏中的溶劑成分揮發速度過快,致使焊料顆粒被擠出焊區而塌邊。

[建議對策]根據錫膏置供應商提供的 產品規格書中的參數(溫度、時間)設置爐溫 。

4、細間元件Pad的位置、長度、寬度設計與元件腳分布、尺寸不搭配。

[建議對策]新產品試做開始時確認搭配是否符合 PCB或者元件設計規范。

第二種情況:錫珠Solder Ball

1、在“SMT表面貼裝”焊接制程中,焊錫珠的產生原因是多方面,回流焊的“溫度、時間、焊錫膏的質量、印刷厚度,焊錫膏的組成及氧化度、鋼網(模板)的制作及開口、焊錫膏是否吸收了水分,裝貼壓力” 元器件及焊盤的可焊性、再流焊溫度的設置、以及其它外界環境的影響都可能是焊錫珠產生的原因。錫珠一般主要發生在元件周圍,尺寸一般在0.2-0.4mm之間,錫膏回溫不充分,開封后造成吸潮形成錫珠。

[建議對策]模板的制作及開口。我們一般根據印制板上的焊盤來制作模板,所以模板的開口就是焊盤的大小。在印刷焊錫膏時,容易把焊錫膏印刷到阻焊層上,從而在再流焊時產生焊錫珠。因此,我們可以這樣來制作模板,把模板的開口比焊盤的實際尺寸減小10%,另外,可以更改開口的外形來達到理想的效果。模板的厚度決定了焊膏的印刷厚度,所以適當地減小模板的厚度也可以明顯改善焊錫珠現象。我們曾經進行過這樣的實驗:起先使用0.18mm厚的模板,再流焊后發現阻容元件旁邊的焊錫珠比較嚴重,后來,重新制作了一張模板,厚度改為0.15mm,再流焊基本上消除了焊錫珠。

2、印刷工藝的不確定性也是影響印刷質量的重要因素,比如沒有性能良好的印刷設備,印刷方法不正確,刮刀壓力等等制約因素。

[建議對策]選擇性能優良的印刷設備,嚴格按照工藝要求進行作業。確保印刷的精確性,從而達到良好的焊接效果。

3、錫膏回溫不充分,開封后造成吸潮。

[建議對策]按錫膏廠家規定的回溫時間在室溫條件下單獨回溫,也可通過錫膏攪拌機可加速回溫。

4、錫膏含氧量過多,錫粉顆粒度不好,錫粉氧化嚴重。

[建議對策]選用錫膏生產控制條件好的廠商,在選擇錫膏廠商時一定要注意其生產工藝,雙智利錫膏廠家均符合以上要求。

5、環境溫度過高或者濕度過大,一般溫度越高,錫膏黏度就越小,濕度越大,吸濕后的錫膏里面攙雜有水分在回流時也容易造成錫珠飛濺。

[建議對策]生產環境溫度控制在 25±3 ,濕度控制在 50%±10%。

6、回流焊預熱不充分,在進入焊接區前的板面溫度與焊接區溫度有較大落差,即在預熱后段至焊接開始階段升溫過快導致濺錫產生了錫珠;另預熱升溫太快,錫膏發生熱坍塌,被擠出的部分錫膏在回流時無法拉回而產生了錫珠。

[建議對策]按照錫膏供應商建議的爐溫曲線調配爐溫。

7、PCB 在印刷或搬運過程中,有油漬或水分粘到板子上。

[建議對策]嚴格管控作業,在生產時盡量不人為移動PCB ,或者帶手套拿板邊。

8、焊錫膏中助焊劑本身調配不合理有不易揮發溶劑或液體添加劑或活化劑。

[建議對策]要求供應商支持解決,嚴格控制原材料。

9、印刷后的錫膏被過度擠壓造成形狀的嚴重破壞。

[建議對策]控制貼片壓力或者人為因素。

10、PCB焊盤設計不當、網板開孔及厚度設計不當。

[建議對策]更改這方面的設計(鋼網開防錫珠設計),使元件與印刷的錫膏很好的搭配。


第三種情況:焊后板面有較多殘留物

板面較多殘留物的存在,既影響了板面的光潔程度,對 PCB 本身的電氣性也有一定的影響;主要原因有以下兩個方面:

1、在推廣焊錫膏時,不了解客戶的板材狀況及客戶的要求,或其它原因造成的選型錯誤;例如:客戶要求是要用免清洗無殘留焊錫膏,而錫膏生產廠商提供了松香樹脂型焊錫膏,以致客戶反映焊后殘留較多,在這方面焊膏生產廠商在推廣產品時應該注意到。

2、焊錫膏中松香樹脂含量過多或其品質不好;這應該是焊錫膏生產廠商本身的技術問題。

3、焊錫膏焊接后殘留物多的原因還有原料的問題,雙智利錫膏廠家采用進口原料,生產工藝成熟穩定,大大的解決了殘留物的問題。


第四種情況:印刷時出現拖尾、粘連、圖像模糊等問題

印刷在工藝控制過程中顯得尤其重要,這里針對印刷問題做如下闡述:

1、錫膏的工藝選型不對,錫膏觸變性差,或者是焊錫膏保存不當或者已過使用期限粘性被破壞等。

[建議對策]根據自身之工藝條件選擇適合黏度等級和錫粉顆粒型號的錫膏,按規定保存和使用錫膏。

2、錫膏中的金屬成份偏低,助焊劑成份比例偏高所致。

[建議對策]錫粉與助焊劑重量比及體積比應在規定范圍內調配。

3、刮刀材質、長度選用不當,刮刀損壞,刮刀水平不好,印刷機固定裝置松動或者不平。

[建議對策]檢查調整刮刀,選用合適的刮刀,調整印刷機固定裝置。

4、印刷機參數設置不佳,印刷機參數包括印刷速度、刮刀壓力、脫膜距離及速度,清洗頻率及清洗方法。

[建議對策]根據產品特性調整印刷參數。

5、網板與基板的吻合間隙太大,造成滲錫。

[建議對策]用手指敲擊檢查鋼網跟基板的密合度,調整網板與基板之間的間隙。

6、錫膏在使用前未充分攪拌,錫膏混合不均勻。

[建議對策]使用攪拌機攪拌( 2-3分鐘),手動攪拌(3-5分鐘,60-80 次/分鐘)時注意將錫膏整體攪拌。

7、鋼網制作精度差,孔壁粗糙不平。

[建議對策]選擇設備較好的鋼網供應商,或者使用較好的鋼網,鋼網有蝕刻、激光、電鑄三種。


第五種情況:焊點上錫不飽滿。

1、焊膏中助焊劑的活性不夠,未能完全去除 PCB 焊盤或 SMD 焊接位的氧化物。PCB焊盤或SMD焊接位有較嚴重氧化現象;在過回流焊時預熱時間過長或預熱溫度過高,造成了焊錫膏中助焊劑活性失效,如果是有部分焊點上錫不飽滿,有可能是焊錫膏在使用前未能充分攪拌助焊劑和錫粉未能充分融合;回流焊焊接區溫度過低,焊點部位焊膏量不夠。

[建議對策]檢查是否為同批次,如果是則為供應商問題,如果不是則為人員保管使用方法不當造成。

2、針對細孔如果錫粉型號選用不正確,或者錫粉均圓度不好也是造成錫少的主要原因。

[建議對策]根據產品選用對應的錫粉型號,并且保證錫粉的均圓度合符標準 。

3、PCB 焊盤或表面貼裝器件焊接位有氧化嚴重,吃錫不良。

[建議對策]對物料進行檢驗,看是原料問題還是保存不當,然后采取響應措施。

4、在過回流焊時預熱時間過長或預熱溫度過高,造成了焊錫膏中助焊劑活性過早失效。

[建議對策]將回流焊預熱升溫斜率和活性時間控制在錫膏供應商建議值范圍內。

5、回流焊焊接區溫度過低,或者熔融時間太短、太長,不能充分的潤濕、再氧化。

[建議對策]控制回流焊溫度在規定范圍內 。

6、回流焊預熱區溫度嚴重偏高,造成錫珠飛濺,從而導致焊點錫量不足。

[建議對策]這種情況一般發生在溫區較少的小型回流焊,建議第一溫區溫度不可超過190度,特殊示情況而定。

7、印刷脫膜太快和太慢,致使部分錫膏還殘留在網孔上,鋼網網孔處理太過粗糙或者開孔尺寸不夠,錫膏太干或者錫膏黏度太大都會造成錫量不足的現象。

[建議對策]調整印刷脫膜速度(一般 0.5-0.8mm/s),鋼網使用激光切割或者激光加電拋光,針對工藝要求嚴格可使用電鑄鋼網,減少錫膏在鋼網上的靜止停留時間,使用適合黏度錫膏 。

8、鋼網堵孔,錫膏印刷偏薄,元件吃錫面積大。

[建議對策]加強清洗,增加鋼網厚度(考慮有細小間距元件可開 Step-up鋼網)或者加大開孔尺寸,可開到焊盤以外,另外也可考慮基板和網板的一些特殊設計。

9、另外,OSP板在經過多次工藝之后(SMT;DIP)由于焊盤防氧化層太薄,由于高溫的影響導致焊盤氧化可焊性降低。

[建議對策]

1、增加PCB焊盤防氧化層(表面鍍金或鍍銀),增加焊盤可焊性能。

2、控制好設備焊接溫度,焊接時間。

3、PCB本身工藝特性的改善,據需要可以給PCB添加高溫保護膠或者根據實際情況增加治具。


第六種情況:焊點不光亮。

一般來講,焊點光亮程度只是外觀因素,然而現在大多數客戶首先通過外觀來衡量錫膏的差異性,根據鉛本身的金屬性質因素,有鉛錫膏大部分產品比較光亮,含銀光亮度相對較好。而無鉛因其產品本身特性,表面比較粗糙因此肉眼看起來沒有有鉛的光亮。下面為影響焊點光亮度的一些因素。


1、將不含銀(或含銀少)焊膏焊后的產品焊點和含銀(或含銀多)焊膏焊后的產品焊點相比較肯定會有些差距,這就要求客戶在選擇焊錫膏時向供應商說明其焊點的要求。


2、焊錫膏中錫粉有氧化現象,這要求供應商提供高純度的焊料粉制作的錫膏。


3、焊錫膏中焊劑本身添加消光劑,特殊產品只提供給有特殊要求的客戶。


4、焊后有松香或有色樹脂的殘留存在焊點的表面,特別是選用松香型焊膏時,雖然說松香型焊劑和免清洗焊劑相比會使焊點稍微光亮,但其殘留物的存在往往會影響這種效果,特別是在較大焊點或 IC 腳部位更為明顯;但焊后有清洗,焊點光澤度應有所改善。


5、回流時間過長,預熱溫度太低也會造成焊點變色,可增加氮氣保護。


6、回流時可通過增加峰值溫度和加速冷卻來改善焊點的亮度。


雙智利錫膏廠家目前常用錫膏主要有如下幾個種類,所有產品都屬于自主研發,生產,并具備自主知識產權。有鉛系列主要有6337錫膏,含銀有鉛錫膏,QFN專用有鉛錫膏。無鉛系列有 305錫膏,0307錫膏,無鉛中溫錫膏(錫鉍銀錫膏),無鉛低溫錫膏(錫鉍錫膏)。這里要說明的是有鉛錫膏:由于鉛具有良好的光澤,焊接后的焊點光亮度比無鉛焊膏表面看起來要好。從SMT工藝角度來看并不能僅僅從外觀去判定焊接產品焊點的好次。無鉛焊接的工藝條件相對有鉛錫膏來講要更嚴格(比如印刷,SMT貼片,回流爐性能,溫度參數以及其它環境因素等)都是保證良好焊接性的重要因素。




第七種情況:焊后元件立碑


“焊后元件立碑”是 SMT 焊接工藝中特有的一個現象,比較容易立碑為 0402 和 0201 之 電子元器小元件 , 如果0805等較大元件有立碑現象一般為元件氧化或者偏位嚴重。 立碑的力學原理就是電子元器零件兩端受力不平衡所致,不平衡產生原因有六,如下:


1、印刷錫膏量不均,印刷精度不穩定,鋼網開孔以及印刷參數設置不當。還包括貼裝偏移,電極尺寸和浸潤性,溫度上升差異性,以及焊膏的性能等諸多方面制約。


[建議對策]選擇合適的鋼網厚度控制錫量,保證鋼網張力正常, PCB 支撐穩固,印刷精度和可重復性好。


2、貼片機元件吸著不穩以及貼裝精度不高,造成貼裝不平及位移,導致零件在回流焊時矯正位置時產生突然的不均衡力。


[建議對策]檢查吸嘴真空無異常以及 Feeder 進料準確,提升貼片的精度;


3、工藝參數設置不當,熔化之前升溫過快使元件兩端受熱不均,融化有先后,另氮氣爐含氧量過低導致熔錫潤濕力過強。預熱溫度設置較低、預熱時間設置較短,元件兩端焊膏不同時熔化的概率就大大增加,從而導致兩端張力不平衡形成“立碑”,因此要正確設置預熱期工藝參數。


[建議對策]增加恒溫時間,降低升溫斜率,控制氧含量,不使用氮氣


4、元件端電極或PCB、PAD可焊性差,Chip兩端在錫熔化時的錫爬升力度不一致導致拉力不均。


[建議對策]此為物料電極氧化,更換物料OK。


5、PCB 設計不佳,SMT的組裝質量與PCB焊盤設計有直接的、十分重要的關系。如果PCB焊盤設計正確,貼裝時少量的歪斜可以在再流焊時,由于熔融焊錫表面張力的作用而得到糾正(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,再流焊后反而會出現元件位置偏移、立碑,吊橋等焊接缺陷。


[建議對策]為了滿足焊點的可靠性要求,PCB焊盤設計應掌握以下關鍵要素 :


1.對稱性:兩端焊盤必須對稱,才能保證熔融焊錫表面張力平衡。


2.焊盤間距:確保元件端頭或引腳與焊盤恰當的搭接尺寸。焊盤間距過大或過小都會引起焊接缺陷。


3.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。


4.焊盤寬度:應與元件端頭或引腳的寬度基本一致。 錫膏在使用前沒有很好回溫,攪拌時間不夠,或者錫膏暴露在空氣中時間過長也會影響錫膏特性。


6、錫膏未充分攪拌,導致助焊劑分布不均,或者及潤濕時間不夠,去除氧化能力不夠。


[建議對策]將錫膏充分攪拌,適當增加活性區段時間。


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文章來源:昆山億華達電子材料有限公司http://www.ecjgti.live/content/?341.html,轉載請標明出處,謝謝合作!
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