SMT用焊锡膏使用过程中常见问题之原因分析.doc

焊接短路经常出现在引脚较密的 IC 上或间距较小的片状元件间。焊膏过量:钢网厚度及开孔尺寸不恰当，印刷支撑不平或支撑点分布太少，PCB 的平整性差及钢网的张力不符合标准和钢网清洗没有按照规定，引起局部或者整体锡厚。 建议对策根据产品是否有细小元件选择不同厚度的钢网，根据测量锡膏厚度的 CPK值，调整印刷机支撑块及印刷速度、刮刀压力等参数，定时检查钢网张力符合标准，根据产品选择适合的自动及手动清洗钢网的方式和频率 。印刷偏移过大:PCB固定装置不佳，机器手动或者自动定位及矫正精度差，一般印刷偏移量超出1/4焊盘以上判断为印刷偏移。 建议对策调整印刷机固定装置，调整印刷精度及可重复性，增加 PCB光识别能力。焊膏塌边， 包括以下三种:A）印刷塌边 焊膏的粘度较低，触变性差，印刷后发生流动塌边；钢网孔壁粗糙有凸凹，印刷时渗锡，脱膜时产生拉尖而产生类似的塌边现象，刮刀压力过大造成锡膏成形破坏。建议对策选择粘度适中的焊膏；采用激光切割或其它较好的钢网；降低刮刀压力。B）贴装时的塌边 贴片机在贴装 SOP 、 QFP 、 QFN 、 CSP 类元件时，压力过大使焊膏外形变化而发生塌边。 建议对策调整贴装压力及贴装高度。C）焊接加热时的塌边 回流预热升温过快，焊膏中的溶剂成分挥发速度过快，致使焊料颗粒被挤出焊区而塌边。 建议对策根据锡膏置供应商提供的 Profile 参数（温度、时间）设置炉温 。细间元件 Pad的位置、长度、宽度设计与元件脚分布、尺寸不搭配。 建议对策新产品试做开始时确认搭配是否符合 PCB或者元件设计规范 。Top锡珠Solder Ball在“SMT表面贴装”焊接制程中，焊锡珠的产生原因是多方面，回流焊的“温度、时间、焊膏的质量、印刷厚度，焊膏的组成及氧化度、钢网（模板）的制作及开口、焊膏是否吸收了水分，装贴压力” 元器件及焊盘的可焊性、再流焊温度的设置、.以及其它外界环境的影响都可能是焊锡珠产生的原因。锡珠一般主要发生在Chip元件周围，尺寸一般在0.2-0.4mm之间，锡膏回温不充分，开封后造成吸潮形成锡珠。建议对策模板的制作及开口。我们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，我们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，另外，可以更改开口的外形来达到理想的效果。模板的厚度决定了焊膏的印刷厚度，所以适当地减小模板的厚度也可以明显改善焊锡珠现象。我们曾经进行过这样的实验：起先使用厚的模板，再流焊后发现阻容元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，再流焊基本上消除了焊锡珠。印刷工艺的不确定性也是影响印刷质量的重要因素，比如没有性能良好的印刷设备，印刷方法不正确，刮刀压力等等制约因素。建议对策选择性能优良的印刷设备，严格按照工艺要求进行作业。确保印刷的精确性，从而达到良好的焊接效果。锡膏回温不充分，开封后造成吸潮。建议对策按锡膏厂家规定的回温时间在室温条件下单独回温，也可通过锡膏搅拌机可加速回温。 锡膏含氧量过多，锡粉颗粒度不好，锡粉氧化严重。建议对策选用锡膏生产控制条件好的厂商。 环境温度过高或者湿度过大，一般温度越高，锡膏黏度就越小，湿度越大，吸湿后的锡膏里面搀杂有水分在回流时也容易造成锡珠飞溅。建议对策生产环境温度控制在 25+-3 ，湿度控制在 50%+-10%。 回流焊预热不充分，在进入焊接区前的板面温度与焊接区温度有较大落差，即在预热后段至焊接开始阶段升温过快导致溅锡产生了锡珠；另预热升温太快，锡膏发生热坍塌，被挤出的部分锡膏在回流时无法拉回而产生了锡珠。建议对策按照锡膏供应商建议的炉温曲线调配炉温。 PCB 在印刷或搬运过程中，有油渍或水分粘到 Pad 上。建议对策严格管控作业，在生产时尽量不人为移动 PCB ，或者带手套拿板边。 焊锡膏中助焊剂本身调配不合理有不易挥发溶剂或液体添加剂或活化剂。 建议对策要求供应商支持解决，严格控制原材料。 印刷后的锡膏被过度挤压造成形状的严重破坏。建议对策控制贴片压力或者人为因素。 PCB焊盘设计不当、Stencil开孔及厚度设计不当。建议对策更改这方面的设计（钢网开防锡珠设计），使元件与印刷的锡膏很好的搭配。 Top焊后板面有较多残留物板面较多残留物的存在，既影响了板面的光洁程度，对 PCB 本身的电气性也有一定的影响；主要原因有以下两个方面。 在推广焊锡膏时，不了解客户的板材状况及客户的要求，或其它原因造成的选型错误；例如:客户要求是要用免清洗无残留焊锡膏，而锡膏生产厂商提供了松香树脂型焊锡膏，以致客户反映焊后残留较多.在这方面焊膏生产厂商在推广产品时应该注意到。焊锡膏中松香树脂含量过多或其品质不好；这应该是焊锡膏生产厂商本身的技术问题。Top印刷时出现拖尾、粘连、图像模糊等问题印刷在工艺控制过程中显得尤其重要，这里针对印刷问题做如下阐述。锡膏的工艺选型不对，锡膏触变性差，或者是焊锡膏保存不当或者已过使用期限粘性被破坏等。建议对策根据自身之工艺条件选择适合黏度等级和锡粉颗粒型号的锡膏，按规定保存和使用锡膏 锡膏中的金属成份偏低，助焊剂成份比例偏高所致。建议对策锡粉与助焊剂重量比及体积比应在规定范围内调配。 刮刀材质、长度选用不当，刮刀损坏，刮刀水平不好，印刷机固定装置松动或者不平。建议对策检查调整刮刀，选用合适的刮刀，调整印刷机固定装置。 印刷机参数设置不佳，印刷机参数包括印刷速度、刮刀压力、脱膜距离及速度，清洗频率及清洗方法。建议对策根据产品特性调整印刷参数。 网板与基板的吻合间隙太大，造成渗锡。建议对策用手指敲击检查钢网跟基板的密合度，调整网板与基板之间的间隙。 锡膏在使用前未充分搅拌，锡膏混合不均匀。建议对策使用搅拌机搅拌（ 2-3 分钟），手动搅拌（3-5 分钟， 60-80 次/分钟）时注意将锡膏整体搅拌。 钢网制作精度差，孔壁粗糙不平。建议对策选择设备较好的钢网供应商 ，或者使用较好的钢网，钢网有蚀刻、激光、电铸三种。 Top焊点上锡不饱满焊膏中助焊剂的活性不够，未能完全去除 PCB 焊盘或 SMD 焊接位的氧化物。PCB焊盘或SMD焊接位有较严重氧化现象；在过回流焊时预热时间过长或预热温度过高，造成了焊锡膏中助焊剂活性失效，如果是有部分焊点上锡不饱满，有可能是焊锡膏在使用前未能充分搅拌助焊剂和锡粉未能充分融合；回流焊焊接区温度过低，焊点部位焊膏量不够建议对策检查是否为同批次，如果是则为供应商问题，如果不是则为人员保管使用方法不当造成 针对细孔如果锡粉型号选用不正确，或者锡粉均圆度不好也是造成锡少的主要原因。建议对策根据产品选用对应的锡粉型号，并且保证锡粉的均圆度合符标准 。PCB 焊盘或 SMD 焊接位有氧化严重，吃锡不良。建议对策对物料进行检验，看是原料问题还是保存不当，然后采取响应措施。 在过回流焊时预热时间过长或预热温度过高，造成了焊锡膏中助焊剂活性过早失效。建议对策将回流焊预热升温斜率和活性时间控制在锡膏供应商建议值范围内。 回流焊焊接区温度过低，或者熔融时间太短、太长，不能充分的润湿、再氧化。建议对策控制回流焊温度在规定范围内 。回流焊预热区温度严重偏高，造成锡珠飞溅，从而导致焊点锡量不足。建议对策这种情况一般发生在温区较少的小型回流焊，建议第一温区温度不可超过190度，特殊示情况而定。 印刷脱膜太快和太慢，致使部分锡膏还残留在网孔上，钢网网孔处理太过粗糙或者开孔尺寸不够，锡膏太干或者锡膏黏度太大都会造成锡量不足的现象。建议对策调整印刷脱膜速度（一般 0.5-0.8mm/s），钢网使用激光切割或者激光加电抛光，针对工艺要求严格可使用电铸钢网，减少锡膏在钢网上的静止停留时间，使用适合黏度锡膏 。钢网堵孔， 锡膏印刷偏薄，元件吃锡面积大（Shielding Cover/Frame）建议对策加强清洗，增加钢网厚度（考虑有细小间距元件可开 Step-up 钢网）或者加大开孔尺寸，可开到焊盘以外，另外也可考虑基板和网板的一些特殊设计。 另外， OSP板在经过多次工艺之后（SMT；DIP）由于焊盘防氧化层太薄，由于高温的影响导致焊盘氧化可焊性降低。建议对策1、增加PCB焊盘防氧化层（表面镀金或镀银），增加焊盘可焊性能。2、控制好设备焊接温度，焊接时间。3、PCB本身工艺特性的改善，据需要可以给PCB添加高温保护胶或者根据实际情况增加治具。 Top焊点不光亮一般来讲，焊点光亮程度只是外观因素，然而现在大多数客户首先通过外观来衡量锡膏的差异性，根据铅本身的金属性质因素，有铅锡膏大部分产品比较光亮，含银光亮度相对较好。而无铅因其产品本身特性，表面比较粗糙因此肉眼看起来没有有铅的光亮。下面为影响焊点光亮度的一些因素。将不含银（或含银少）焊膏焊后的产品焊点和含银（或含银多）焊膏焊后的产品焊点相比较肯定会有些差距，这就要求客户在选择焊锡膏时向供应商说明其焊点的要求。 焊膏中锡粉有氧化现象，这要求供应商提供高纯度的焊料粉制作的锡膏。 焊膏中焊剂本身添加消光剂，特殊产品只提供给有特殊要求的客户。 焊后有松香或有色树脂的残留存在焊点的表面，特别是选用松香型焊膏时，虽然说松香型焊剂和免清洗焊剂相比会使焊点稍微光亮，但其残留物的存在往往会影响这种效果，特别是在较大焊点或 IC 脚部位更为明显；但焊后有清洗，焊点光泽度应有所改善。 回流时间过长，预热温度太低也会造成焊点变色，可增加氮气保护。 回流时可通过增加峰值温度和加速冷却来改善焊点的亮度。我司目前常用锡膏主要有如下几个种类，所有产品都属于自主研发，生产，并具备自主知识产权。有铅系列主要有UB915#，UB916#，UB926#。无铅系列有 UB9801#，UB9802#，UB9803#，UB9803-L，UB9805#。由于铅具有良好的光泽，焊接后的焊点光亮度比无铅焊膏表面看起来要好。从SMT工艺角度来看并不能仅仅从外观去判定焊接产品焊点的好次。无铅焊接的工艺条件相对有铅锡膏来讲要更严格（比如印刷，SMT贴片，回流炉性能，温度参数以及其它环境因素等）都是保证良好焊接性的重要因素。 Top焊后元件立碑 “焊后元件立碑”是 SMT 焊接工艺中特有的一个现象，比较容易立碑为 0402 和 0201 之 Chip 小元件 , 如果 0805 等较大元件有立碑现象一般为元件氧化或者偏位严重。 立碑的力学原理就是 Chip 零件两端受力不平衡所致，不平衡产生原因有六，如下：印刷锡膏量不均，印刷精度不稳定，钢网开孔以及印刷参数设置不当。还包括贴装偏移，电极尺寸和浸润性，温度上升差异性，以及焊膏的性能等诸多方面制约。建议对策选择合适的钢网厚度控制锡量，保证钢网张力正常， PCB 支撑稳固，印刷精度和可重复性好 贴片机元件吸着不稳以及贴装精度不高，造成贴装不平及位移，导致零件在 Reflow 矫正位置时产生突然的不均衡力。建议对策检查 吸嘴真空无异常以及 Feeder 进料准确，提升贴片的精度； Profile 设置不当，熔化之前升温过快使元件两端受热不均，融化有先后，另氮气炉含氧量过低导致熔锡润湿力过强。预热温度设置较低、预热时间设置较短，元件两端焊膏不同时熔化的概率就大大增加，从而导致两端张力不平衡形成“立碑”，因此要正确设置预热期工艺参数。根据我们的经验，预热温度一般150+10，时间为60-90秒左右。建议对策增加恒温时间，降低升温斜率，控制氧含量，不使用氮气 元件端电极或 PCB PAD 可焊性差， Chip 两端在锡熔化时的锡爬升力度不一致导致拉力不均。建议对策此为物料电极氧化，更换物料 OK PCB 设计不佳，SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接的、十分重要的关系。如果PCB焊盘设计正确，贴装时少量的歪斜可以在再流焊时，由于熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正(称为自定位或自校正效应);相反，如果PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置十分准确，再流焊后反而会出现元件位置偏移、立碑，吊桥等焊接缺陷。建议对策为了满足焊点的可靠性