二十多年来,随着电子信息产品的轻、薄、省电、小型化、平面化的不断发展,促使不同用途的电子产品必须采用表面贴装(SMT)技术。在SMT生产工艺里面,经常会碰到经过回流焊过出来的板有锡珠,锡珠的产生,让产品的质量没有保证,让外观看起来不光滑,锡珠对于电子产品具有严重的危害性,因此如何减少锡珠是SMT企业重点管控的内容之一。那产生锡珠的主要原因是什么,韦德亚洲又如何去解决它,这就是今天这篇文章的目的。产生锡珠的主要原因是锡膏的问题。详细分析请看下面分析。
焊锡珠现象是表面贴装生产中主要缺陷之一,它的直径约为0.2-0.4mm,主要集中出现在片状阻容元件的某一侧面,不仅影响板级产品的外观,更为严重的是由于印刷板上元件密集,在使用过程中它会造成短路现象,从而影响电子产品的质量。因此弄清它产生的原因,并力求对其进行最有效的控制就显得犹为重要了。
焊锡珠产生的原因是多种因素造成的,在回流焊中的温度时间,焊膏的印刷厚度,焊膏的组成成分,模板的制作,贴片机贴装压力,外界环境都会在生产过程中各个环节对焊锡珠形成产生影响。
焊锡珠是在负责制板通过回流焊炉时产生的。回流焊曲线可以分为四个阶段,分别为:预热、保温、回流和冷却。预热阶段的主要目的是为了使印制板和上面的表贴元件升温到120-150度之间,这样可以除去焊膏中易挥发的溶剂,减少对元件的热振动。因此,在这一过程中焊膏内部会发生气化现象,这时如果焊膏中金属粉末之间的粘结力小于气化产生的力,就会有少量焊膏从焊盘上流离开,有的则躲到片状阻容元件下面,再流焊阶段,温度接近曲线的峰值时,这部分焊膏也会熔化,而后从片状阻容元件下面挤出,形成焊锡珠,由它的形成过程可见,预热温度越高,预热速度越快,就会加大气化现象中飞溅,也就越容易形成锡珠。因此,韦德亚洲可以采取较适中的预热温度和预热速度来控制焊锡珠的形成。
焊膏的选用也影响着焊接质量,焊膏中金属的含量,回流焊焊膏的氧化物含量,焊膏中金属粉末的粒度,及焊膏在印制板上的印刷厚度都不同程度影响着焊锡珠的形成。
SMT贴片中回流焊产生锡珠锡球的原因:
(1)焊膏本身质量问题一微粉含量高:粘度过低;触变性不好;
(2)元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化和污染,或印制板受潮;
(3)焊膏使用不当;
(4)温度曲线设置不当 — 升温速度过快,金属粉末随溶剂蒸汽飞溅形成焊锡球;预热区温度过低,突然进入焊接区,也容易产生焊锡球;
(5)焊膏量过多,贴装时焊膏挤出量多;模板厚度或开口大;或模板与 PCB 不平行或有间隙;
(6)刮刀压力过大、造成焊膏图形粘连;模板底部污染,粘污焊盘以外的地方;
(7)贴片的压力大,焊膏挤出量过多,使图形、粘连。
1、焊膏中的金属含量:焊膏中金属含量的质量比约为90-91%,体积比约为50%左右。当金属含量增加时,焊膏的粘度增加,就能更有效地抵抗预热过程中气化产生的力。另外,金属含量的增加,使金属粉末排列紧密,使其有更多机会结合而不易在气化时被吹散。金属含量的增加也可以减小焊膏印刷后的塌落趋势,因此不易形成焊锡珠。
2、焊膏中氧化物的含量:焊膏中氧化物含量也影响着焊接效果,氧化物含量越高,金属粉末熔化后结合过程中所受阻力就越大,回流焊再流焊阶段,金属粉末表面氧化物的含量还会增高,这就不利?quot;润湿"而导致锡珠产生。
3、焊膏中金属粉末的粒度,焊膏中的金属粉末是极细小的球状,直径约为20-75um,在贴装细间距和超细间距的元件时,宜用金属粉末粒度较小的焊膏,约在20-45um之间,焊粒的总体表面积由于金属粉末的缩小而大大增加。较细的粉末中氧化物含量较高,因而会使锡珠现象得到缓解。
4、焊膏在印制板上的印刷厚度:深圳回流焊焊膏的印刷厚度是生产中一个主要参数,焊膏印刷厚度通常在0.15-0.20mm之间,过厚会导致"塌落"促进锡珠的形成。在制作模板时,焊盘的大小决定着模板上印刷孔的大小,通常,韦德亚洲为了避免焊膏印刷过量,将印刷孔的尺寸制造成小于相应焊盘接触面积的10%。韦德亚洲做过这样的实践,结果表明这会使锡珠现象有相当程度的减轻。
5、焊膏中助焊剂的量及焊剂的活性。焊剂量太多,会造成焊膏的局部塌落,从而使焊锡珠容易产生。另外,焊剂的活性小时,焊剂的去氧化能力弱,从而也容易产生锡珠。免清洗焊膏的活性较松香型和水溶型焊膏要低,因此就更有可能产生焊锡珠。
6、此外,焊膏在使用前,一般冷藏在冰箱中,取出来以后应该使其恢复到室温后打开使用,否则,焊膏容易吸收水分,在再流焊锡飞溅而产生焊锡珠。
7、模板的制作及开口。韦德亚洲一般根据印制板上的焊盘来制作模板,所以模板的开口就是焊盘的大小。在印刷焊膏时,容易把焊膏印刷到阻焊层上,从而在再流焊时产生焊锡珠。因此,韦德亚洲可以这样来制作模板,把模板的开口比焊盘的实际尺寸减小10%,另外,可以更改开口的外形来达到理想的效果。下面是几种推荐的焊盘设计。
8、模板的厚度决了焊膏的印刷厚度,所以适当地减小模板的厚度也可以明显改善焊锡珠现象。韦德亚洲曾经进行过这样的实验:起先使用0.18mm厚的模板,再流焊后发现阻容组件旁边的焊锡珠比较严重,后来,重新制作了一张模板,厚度改为0.15mm,开口形式为上面图中的前一种设计,再流焊基本上消除了焊锡珠。
9、贴装压力及元器件的可焊性。如果在贴装时压力太高,焊膏就容易被挤压到组件下面的阻焊层上,在再流焊时焊锡熔化跑到组件的周围形成焊锡珠。解决方法可以减小贴装时的压力,并采用上面推荐使用的模板开口形式,避免焊膏被挤压到焊盘外边去。另外,组件和焊盘焊性也有直接影响,如果组件和焊盘的氧化度严重,也会造成焊锡珠的产生。经过热风整平的焊盘在焊膏印刷后,改变了焊锡与焊剂的比例,使焊剂的比例降低,焊盘越小,比例失调越严重,这也是产生焊锡珠的一个原因。
10、再流焊温度的设置。焊锡珠是在印制板通过再流焊时产生的,再流焊可分为四个阶段:预热、保温、再流、冷却。在预热阶段使焊膏和组件及焊盘的温度上升到1200C—1500C之间,减小元器件在再流时的热冲击,在这个阶段,焊膏中的焊剂开始汽化,从而可能使小颗粒金属分开跑到组件的底下,在再流时跑到组件周围形成焊锡珠。在这一阶段,温度上升不能太快,一般应小于1.50C/s,过快容易造成焊锡飞溅,形成焊锡珠。所以应该调整再流焊的温度曲线,采取较适中的预热温度和预热速度来控制焊锡珠的产生。
11、外界因素的影响。一般焊膏印刷时的最佳温度为250C+30C,湿度为相对湿度60%,温度过高,使焊膏的黏度降低,容易产生“塌落”,湿度过模高,焊膏容
易吸收水分,容易发生飞溅,这都是引起焊锡珠的原因。另外,印制板暴露在空气中较长的时间会吸收水分,并发生焊盘氧化,可焊性变差,可以在1200C—1500C的干燥箱中烘烤12—14h,去除水气。
如果贴片机过程中贴装压力过大,这样当元件压在焊膏上时,就可能有一部分焊膏被挤在元件下面,再流焊阶段,这部分焊膏熔化形成锡珠,因此,在贴装时应选择适当的贴装压力。 焊膏通常需要冷藏,但在使用前一定要使其恢复至室温方可打开包装使用,有时焊膏温度过低就被打开包装,这样会使其表面产生水分,焊膏中的水分也会导致锡金珠形成。
另外,外界的环境也影响锡珠的形成,韦德亚洲就曾经遇到过此类情况,当印制板在潮湿的库房存放过久,在装印制板的真空袋中发现细小的水珠,这些水分都会影响焊接效果。因此,如果有条件,在贴装前将印制板和元器件进行高温烘干,这样就会有效地抑制锡珠的形成。
回流焊产生锡珠的原因及解决方案
焊膏与空气接触的时间越短越好。这是使用焊膏的基本原则。
取出一部分焊膏后,立即盖好盖子,特别是里面的盖子一定要向下压紧,将盖子与焊膏之间空气全部挤净,否则几天就可能报废。
夏天空气温度大,当把焊膏从冷藏处取出时,一定要在室温下呆4-5小时再开后盖子。如焊膏在1-2个月短期内即可用完,建议不必冷藏,这样可即用即开。
夏天是最容易产生锡球的季节。 由此可见,影响锡珠的形成有诸多因素,只顾调整某一项参数是远远不够的。韦德亚洲需要在生产过程中研究如何能控制各项因素,从而使焊接达到最好的效果。
通过上面的详细分析,韦德亚洲可以总结出来:锡珠主要跟锡膏质量,印刷厚度,贴片机贴装压力,与空气接触时间长短等重要因素有关。要解决这个问题,就要改善以上这些问题,这样你的产品才不会才生锡珠,让你的产品更有保障!