波峰焊接中产生锡珠（球）、短路问题分析和正确的工艺方法.ppt

4-3-4-3-波峰焊接中产生锡珠（球）、短路波峰焊接中产生锡珠（球）、短路 问题分析和正确的工艺方法问题分析和正确的工艺方法 顾霭云顾霭云 内容内容 一一. . 波峰焊接中产生锡珠（球）的机理波峰焊接中产生锡珠（球）的机理 二二. . 波峰焊接面（辅面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策波峰焊接面（辅面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策 三三. . 元件面（主面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策元件面（主面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策 四四. . 波峰焊接中产生焊点桥接、短路的原因分析和预防对策波峰焊接中产生焊点桥接、短路的原因分析和预防对策 五五. . 工艺优化改进措施（实验）工艺优化改进措施（实验） 优化温度曲线、优化温度曲线、改用亚光（粗糙类型）改用亚光（粗糙类型）solder masksolder mask、扰流波与平、扰流波与平 滑波实验、滑波实验、减少两个波之间的降落（波谷）深度、控制液面高度减少两个波之间的降落（波谷）深度、控制液面高度 、减少锡波的降落高度等、减少锡波的降落高度等 六六. . 波峰焊温度测试板的制作方法波峰焊温度测试板的制作方法 七七. . 如何正确测试波峰焊温度曲线如何正确测试波峰焊温度曲线 有关锡珠的行业标准及规定有关锡珠的行业标准及规定 MIL-STD- 2000MIL-STD- 2000标准中的不允许有锡珠标准中的不允许有锡珠 IPC-A-610CIPC-A-610C标准中的每平方英寸少于标准中的每平方英寸少于5 5个，规定最小绝缘间个，规定最小绝缘间 隙隙0.13mm0.13mm，直径在此之内的锡珠被认为是合格的；而直径，直径在此之内的锡珠被认为是合格的；而直径 大于或大于或 等于等于0.130.13毫米的锡珠是不合格的，制造商必须采取毫米的锡珠是不合格的，制造商必须采取 纠正措施，避免这种现象的发生。纠正措施，避免这种现象的发生。 IPCA- 610DIPCA- 610D无铅焊接标准中没有对锡珠现象做明确的规定无铅焊接标准中没有对锡珠现象做明确的规定 。有关每平方英寸少于。有关每平方英寸少于5 5个锡珠的规定已经被删除。但有关个锡珠的规定已经被删除。但有关 汽车和军用产品的标准则不允许出现任何锡珠，汽车和军用产品的标准则不允许出现任何锡珠，所以所以PCBAPCBA 在焊接后必须清洗，或将锡珠手工去除。在焊接后必须清洗，或将锡珠手工去除。 一一. . 波峰焊接中产生锡珠（球）的机理波峰焊接中产生锡珠（球）的机理 锡珠是在锡珠是在PCBPCB离开液态焊锡的时候形成的离开液态焊锡的时候形成的 形成锡珠的因素很多。可能是一种原因，也可能形成锡珠的因素很多。可能是一种原因，也可能 是多种原因综合造成的，但一定有最主要和次要是多种原因综合造成的，但一定有最主要和次要 因素之分因素之分 产生锡珠（球）的产生锡珠（球）的 机理机理 1 1： 当当PCBPCB与锡波分离时，与锡波分离时，PCBPCB板的引脚和焊盘处会拉出锡柱，锡柱板的引脚和焊盘处会拉出锡柱，锡柱 断裂落回锡缸时会溅起焊锡，溅在断裂落回锡缸时会溅起焊锡，溅在PCBPCB板上的焊锡形成锡球。板上的焊锡形成锡球。 如果锡球和如果锡球和PCBPCB板表面的粘附力小于锡球的重力，锡球就会从板表面的粘附力小于锡球的重力，锡球就会从 PCBPCB板上弹开落回锡缸中板上弹开落回锡缸中，否则锡球就会保留在否则锡球就会保留在PCBPCB板上板上。 这种锡珠通常发生在波峰焊接面（辅面）这种锡珠通常发生在波峰焊接面（辅面） 产生锡珠（球）的产生锡珠（球）的 机理机理 2 2： 由于各种气体挥发造成溅锡引起的由于各种气体挥发造成溅锡引起的 这些气体有：这些气体有： 预热时没有挥发尽助焊剂中的溶剂和水分预热时没有挥发尽助焊剂中的溶剂和水分 PCBPCB和元件受潮和元件受潮 PCBPCB板材和阻焊层内挥发物质的释气板材和阻焊层内挥发物质的释气 元器件和元器件和PCBPCB制造过程中，使用了光亮剂，光亮剂与金属同制造过程中，使用了光亮剂，光亮剂与金属同 时沉积在镀层表面，接触锡波时（高温下）也会释放气体。时沉积在镀层表面，接触锡波时（高温下）也会释放气体。 元件引脚严重氧化，焊接时反应剧烈产生的气体元件引脚严重氧化，焊接时反应剧烈产生的气体 各种气体在焊接过程中受到高温而蒸发出来。主要的逸出通道是通各种气体在焊接过程中受到高温而蒸发出来。主要的逸出通道是通 孔和金属化孔。这些气体产生的锡球大多发生在元件面（主面）孔和金属化孔。这些气体产生的锡球大多发生在元件面（主面） 二二. .波峰焊接面（辅面）焊料球的产生原因和预防对策波峰焊接面（辅面）焊料球的产生原因和预防对策 波峰焊接面（辅面）焊料球的产生原因和预防对策波峰焊接面（辅面）焊料球的产生原因和预防对策 产产 生 原 因预预 防 对对 策 PCB与锡锡波分离时时，落回锡锡缸时溅时溅 在 PCB板上的焊锡焊锡 形成锡锡球球，当锡锡球球和 PCB板表面的粘附力锡锡球球的重力，锡锡 球球就会保留在PCB板上。 从设备设备 方面考虑虑，在设计锡设计锡 波发发 生器和锡锡缸时时，应应注意减少锡锡的降落 高度。小的降落高度有助于减少锡锡渣 和溅锡现溅锡现 象 选择亚选择亚 光型和耐高温的阻焊层焊层 材 料 与助焊剂焊剂 有关。助焊剂焊剂 会残留在元器 件的下面。如果助焊剂焊剂 中的溶剂剂在PCB 板接触到锡锡波之前没有被充分预热预热 并挥挥 发发尽，就会产产生溅锡溅锡 并形成锡锡球球。另外 ，如果助焊剂焊剂 内的水分含量太大，同样样 会产产生溅锡溅锡 。 严严格遵循助焊剂焊剂 供应应商推荐的预热预热 参数。 必要时时更换换新的助焊剂焊剂 。 与工艺艺参数设设置有关。预热预热 温度过过低 ，助焊剂焊剂 中的溶剂剂没有挥发挥发 干净净，或过过 高的波峰焊焊接温度使阻焊层焊层 更柔滑或带带 有粘性； PCB传输传输 角过过小，气体不易排出 适当调调高预热预热 温度或延长预热时间长预热时间 ，使助焊剂焊剂 中的溶剂剂和水汽能充分挥挥 发发。尽量设设置较较低的波峰温度； 增加PCB传输传输 角度 产产 生 原 因预预 防 对对 策 与阻焊层焊层 的质质量有关。比较较粗燥的 阻焊层焊层 和锡锡球球有更小的接触面，锡锡球球不 易粘在PCB表面。在无铅焊铅焊 接过过程中， 高温会使阻焊层焊层 更柔滑，更易造成锡锡球球 粘在PCB板上。另外如果阻焊层焊层 不耐高 温，高温下会发发粘，也会造成锡锡球球粘在 PCB板上。 选择亚选择亚 光型和耐高温的阻焊层焊层 材料； 尽量设设置较较低的波峰温度。 元器件焊焊端和引脚、印制电电路基板的 焊盘焊盘 氧化或污污染，或印制板受潮 严严格来料检验检验 ，元器件先到先用，不要 存放在潮湿环环境中，不要超过规过规 定的使 用日期；对对印制板进进行清洗和去潮处处理 焊焊料中锡锡的比例减少，焊锡焊锡 的氧化 和杂质杂质 含量的影响 锡铅焊锡铅焊 料中锡锡的比例61.4%时时，可适 量添加一些纯锡纯锡 ，还还可采用重力法清除 一些Cu的化合物。每天结结束工作后应应清 理残渣，杂质过杂质过 高时应时应 更换焊换焊 料。 波峰波峰焊焊接面SMC/SMD没有过 过孔, 焊焊 接时时排气不畅畅, 从而引起飞溅飞溅 及锡锡球球 可设计设计 一些排气孔 三三. .元件面（主面）产生锡球的问题分析元件面（主面）产生锡球的问题分析和预防对策和预防对策 类型类型1 1 可移动的：可移动的： 类型类型2 2 固定的：固定的： 元件面（主面）产生锡珠（球）的问题分析元件面（主面）产生锡珠（球）的问题分析和预防对策和预防对策 产产产产 生生 原原 因因预预预预 防防 对对对对 策策 PCBPCB板材和阻板材和阻焊层焊层焊层焊层 内内挥发挥发挥发挥发 物物质质质质的的释释释释气气 。如果。如果PCBPCB板金属化孔板金属化孔镀层镀层镀层镀层 上有裂上有裂缝缝缝缝或或 镀层过镀层过镀层过镀层过 薄，薄，这这这这些物些物质质质质加加热热热热后后挥发挥发挥发挥发 的气体的气体 就会从裂就会从裂缝缝缝缝中逸出，在中逸出，在PCBPCB板的元件面形板的元件面形 成成锡锡锡锡珠。珠。 通孔内适当厚度的金属通孔内适当厚度的金属镀镀镀镀 层层层层是很关是很关键键键键，孔壁上的，孔壁上的铜铜铜铜 镀层镀层镀层镀层 不能小于不能小于25um25um，而且，而且 无无裂裂缝缝缝缝。 与物料管理和存与物料管理和存储储储储条件有关。条件有关。PCBPCB和和 元件受潮或元件引脚元件受潮或元件引脚严严严严重氧化，波峰重氧化，波峰焊时焊时焊时焊时 水气水气挥发挥发挥发挥发 炸炸锡锡锡锡造成造成锡锡锡锡珠，或化学反珠，或化学反应剧应剧应剧应剧 烈烈产产产产生生飞溅飞溅飞溅飞溅 。在。在PCBPCB板的元件面形成板的元件面形成锡锡锡锡 珠。珠。 严严严严格格物料管理，物料管理，对对对对受潮的受潮的 PCBPCB和元件和元件进进进进行去潮行去潮处处处处理理 。 预热预热预热预热 温度温度过过过过低，低，助助焊剂焊剂焊剂焊剂 中的溶中的溶剂剂剂剂、水、水 气及其他气体没有气及其他气体没有挥发挥发挥发挥发 干干净净净净。 提高提高预热预热预热预热 温度，使温度，使PCBPCB板板 顶顶顶顶面温度达到至少面温度达到至少100100 与与设计设计设计设计 有关。金属化孔有关。金属化孔过过过过大，大，进进进进入孔入孔 内的内的焊焊焊焊料料过过过过多多 适当降低波峰高度适当降低波峰高度 修改修改设计设计设计设计 总结：形成锡珠的影响因素总结：形成锡珠的影响因素 （以影响程度排列）（以影响程度排列） 阻焊层阻焊层 助焊剂助焊剂 存储条件（存储条件（PCBPCB和元件受潮）和元件受潮） 工艺参数工艺参数 焊锡焊锡 设计设计 其他（设备、气氛等）其他（设备、气氛等） 四四. . 波峰焊接中产生焊点桥接、短路的原因分析和预防对策波峰焊接中产生焊点桥接、短路的原因分析和预防对策 产产 生 原 因预预 防 对对 策 PCB设计设计 不合理，焊盘间焊盘间 距过过窄 按照PCB设计规设计规 范进进行设计设计 。两个端头头Chip元 件的长轴应长轴应 尽量与焊焊接时时PCB的运行方向 垂直，SOT、SOP的长轴应长轴应 与PCB运行方向 平行。将SOP最后一个引脚的焊盘焊盘 加宽宽（设设 计计一个窃锡焊盘锡焊盘 ） 插装元件引脚不规则规则 或插装歪斜 ，焊焊接前引脚之间间已经经接近或 已经经碰上 插装元器件引脚应应根据印制板的孔距及装配要 求进进行成形，若采用短插一次焊焊工艺艺，焊焊接 面元件引脚应应露出印制板表面0.83mm， 插装时时要求元件体端正 PCB预热预热 温度过过低，由于PCB与 元器件温度偏低，焊焊接时时元件 与PCB吸热热，使实际焊实际焊 接温度 降低 根据PCB的尺寸、是否为为多层层板、元器件多少 、有无贴贴装元器件等设设置预热预热 温度。预热预热 温度在90130，有较较多贴贴装元器件时预时预 热热温度取上限 焊焊接温度过过低，使熔融焊焊料的黏 度过过大；或传传送带带速度过过快， 带带走焊焊料 锡锡波温度为为2505，焊焊接时间时间 35s 温度略低时时，传传送带带速度应调应调 慢一些 助焊剂焊剂 活性差更换换助焊剂焊剂 连接器波峰焊后存在短路连接器波峰焊后存在短路 原因分析原因分析 设计（查光板）设计（查光板） PCB预热温度过低 送带速度过快或过慢 锡波高度过低 焊接时间过长 助焊剂活性不足 进板方向 五五. . 工艺优化改进措施（实验）工艺优化改进措施（实验） 1 1、优化、优化波峰焊温度曲线波峰焊温度曲线 2 2、改用亚光（粗糙类型）、改用亚光（粗糙类型）solder masksolder mask 3 3、扰流波与平滑波实验、扰流波与平滑波实验 4 4、减少两个波之间的降落（波谷）深度、减少两个波之间的降落（波谷）深度 5 5、控制液面高度，减少锡波的降落高度等、控制液面高度，减少锡波的降落高度等 1 1、优化、优化波峰焊温度曲线波峰焊温度曲线 优化优化前前温度曲线分析：温度曲线分析： 预热温度和时间偏低（需要适当提高）预热温度和时间偏低（需要适当提高） 两个波峰之间降温过大（低于两个波峰之间降温过大（低于183183 ） 降温速度过快降温速度过快 优化措施：优化措施： 提高预热温度，适当减慢链速 波峰焊温度曲线波峰焊温度曲线 优化后的效果优化后的效果 减慢链速，从减慢链速，从120cm/min120cm/min减小到减小到100cm/min100cm/min 提高预热温度（焊接面预热温度从提高预热温度（焊接面预热温度从100100提高到提高到110110） 优化后的效果优化后的效果 1 1、使、使183183以下的温度提高了以下的温度提高了5 51010 2 2、对减少锡珠有一定的改善、对减少锡珠有一定的改善 2 2、改用亚光（粗糙类型）、改用亚光（粗糙类型）solder masksolder mask 亚光（粗糙类型）的亚光（粗糙类型）的solder mask solder mask 对背面锡珠对背面锡珠 减少有很大帮助减少有很大帮助 亚光（粗糙类型）的亚光（粗糙类型）的solder mask solder mask 对连接器锡对连接器锡 连减少也有帮助连减少也有帮助 3 3、扰流波与平滑波实验、扰流波与平滑波实验 扰流波与平滑波各有优缺点：扰流波与平滑波各有优缺点： 扰流波能够减少扰流波能够减少锡连锡连 关闭扰流波，锡连增多关闭扰流波，锡连增多 4 4、提高预热温度，适当减慢链速后 减少了两个波之间的降落（波谷）深度减少了两个波之间的降落（波谷）深度 使使两个波之间（波谷）两个波之间（波谷）的温度提高了的温度提高了5 51010 锡连（桥接）明显减少锡连（桥接）明显减少 5 5、定期加锡，定期加锡，控制液面高度，减少锡波的控制液面高度，减少锡波的 降落高度降落高度 控制液面高度，能保持波峰高度稳定，每块控制液面高度，能保持波峰高度稳定，每块PCBPCB板接触波峰板接触波峰 的宽度（焊接时间）保持一致，有利于焊接质量的稳定的宽度（焊接时间）保持一致，有利于焊接质量的稳定 控制液面高度，能减少浮渣夹杂于波峰中，导致波峰的不稳控制液面高度，能减少浮渣夹杂于波峰中，导致波峰的不稳 定和焊点缺陷定和焊点缺陷 减少桥接减少桥接 减少锡球减少锡球 一般要求錫槽液面高度为：不噴流靜止时錫面离錫槽边缘一般要求錫槽液面高度为：不噴流靜止时錫面离錫槽边缘10mm10mm 注意锡波喷嘴的清理维护，保持锡波平稳注意锡波喷嘴的清理维护，保持锡波平稳 发现小波峰液面不平整，中间位置锡量偏少，就在中间位发现小波峰液面不平整，中间位置锡量偏少，就在中间位 置锡量偏少的地方，板子连接器一直置锡量偏少的地方，板子连接器一直连锡（连锡（桥接桥接） 清理喷嘴后清理喷嘴后，当小波峰液面中间位置锡量正常时，连接器当小波峰液面中间位置锡量正常时，连接器 桥接桥接缺陷消失缺陷消失 六六. . 波峰焊温度测试板的制作方法波峰焊温度测试板的制作方法 准备一块焊好的准备一块焊好的实际产品实际产品表面组装板表面组装板 焊接面焊接面至少选择至少选择2323个以上测试点；个以上测试点； 元件面元件面选择选择2 2个测试点；个测试点； 通孔选通孔选择择1212个测试点。个测试点。 选取能反映出组装板上最高选取能反映出组装板上最高（热点）（热点）、最低、最低（冷点）（冷点）有代有代 表性的温度测试点。表性的温度测试点。 用高温焊料、高温胶粘带固定热电偶用高温焊料、高温胶粘带固定热电偶 七七. .如何正确测试波峰焊温度曲线如何正确测试波峰焊温度曲线 按照焊接理论设置理想（按照焊接理论设置理想（最佳最佳）的、经过优化的）的、经过优化的温度曲线温度曲线 波峰焊温度曲线波峰焊温度曲线优化依据：优化依据： 焊料合金成分焊料合金成分 助焊剂（活性、耐温性）助焊剂（活性、耐温性） PCBPCB质量、尺寸、层数、组装密度质量、尺寸、层数、组装密度 元件大小（热容量）元件大小（热容量） 设备设备 Sn3Ag0.5Cu双波峰焊实时温度曲线 Sn3Ag0.5Cu波峰焊温度曲线的主要参数波峰焊温度曲线的主要参数 峰值值 温度 （） 预热预热 温度 （） 最大升温 速率 （/s） 25100 升温 时时 间间 （s） 100以 上 升温时间时间 （s） 100217 升 温 时时 间间 （s） 217250 总总 时时 间间 （s） 250以 上 总时间总时间 （s） 70100 升温 斜率 （/s） 降温 斜率 （/s） 焊焊点 目标值标值 2402551001070801025352311.2-2 -4 1辅辅面1 2辅辅面2 3辅辅面3 4通孔1 5通孔2 6主面1 7主面2 说明：说明： 印制板预热温度和时间（包括升温斜率，每个阶段有不同要求）印制板预热温度和时间（包括升温斜率，每个阶段有不同要求） 1 1、预热温度：、预热温度：9090130130（根据助焊剂和根据助焊剂和PCBPCB） 预热时间：预热时间：8080120s120s（根据助焊剂、根据助焊剂、PCBPCB和设备和设备） 2 2、最大升温速率（波峰焊机入口的速率，根据不同设备，一般可、最大升温速率（波峰焊机入口的速率，根据不同设备，一般可 达到达到303040/s40/s） 3 3、2525100100升温时间（升温时间（s s）（预热区长度允许的话，时间长一点）（预热区长度允许的话，时间长一点 有利于气体挥发）有利于气体挥发） 4 4、100100以上升温时间（时间不要过长，以上升温时间（时间不要过