毕业论文回流焊接与波峰焊接缺陷分析

1、南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 汪蓉 学号 21224P05 系部 机电学院 专业 电子组装技术与设备（通信设备制造） 题目 波峰焊与回流焊缺陷分析 指导教师 李微 严意海 评阅教师 完成时间：2015年4月 2 日 毕业设计(论文)中文摘要题目：波峰焊与回流焊缺陷分析摘要：表面组装技术简称SMT,是现代先进的电子制造和装联技术。波峰焊接与回流焊接是表面组装技术工艺过程中的两种主要的焊接方法。在波峰焊接或者回流焊接的过程中，都会因为各种原因而产生焊接缺陷。为了提高表面组装电子产品的焊接质量，有效避免焊接缺陷，要了解波峰焊接以及回流焊接技术，研究影响焊接质量的各种因素，分析波峰焊接与回流焊

2、接过程中经常出现的焊接缺陷，找出各种焊接缺陷产生的根本原因。针对焊接缺陷产生的根本原因，找出相应的解决方法。把有效的减少焊接缺陷的方法应用在SMT工艺中，提高表面组装电子产品的质量。关键词：波峰焊 回流焊 缺陷 分析 毕业设计(论文)外文摘要Title : Analysis of wave soldering and reflow soldering defectAbstract: Surface Mount Technology is called SMT for short. It is a modern advanced electronic manufacturing and asse

3、mbly technology. Wave soldering and reflow soldering is the two main method of welding technology in the process of surface mount. In the process of wave soldering and reflow soldering, welding defects will be produced for a variety of reasons. In order to improve the quality of surface welding asse

4、mbly of electronic products, effectively avoid the welding defects, to understand the wave soldering and reflow soldering technology, study the factors affecting the quality of welding, and reflow soldering welding defects often appear in the process of analysis of wave soldering, find out the root

5、cause of various welding defects. Point at the root cause for welding defects, find the corresponding solution. The effective way to reduce welding defects used in surface mount technology process, improve the quality of surface assembly of electronic products.keywords:Wave soldering Reflow solderin

6、g Defects Analysis 目录1引言2回流焊接 2.1回流焊接概述2.2回流焊接的工艺特点2.3 SMT回流焊中常见的焊点缺陷分析及解决方法2.3.1 常见的各种缺陷2.3.2 焊点缺陷形成原因分析2.3.3 解决焊点缺陷的措施3 波峰焊接3.1波峰焊接概述3.2影响波峰焊接质量的因素3.3波峰焊常见焊点缺陷的原因分析及解决方法3.3.1焊点缺陷形成原因分析3.3.2解决焊点缺陷的措施结论致谢参考文献1 引言SMT是新一代的电子装联技术，广泛的应用在现代电子产品的生产中。表面组装技术主要有两种焊接方法回流焊接和波峰焊接，这两种焊接方法都有各自的优缺点，都会产生相应的焊接缺陷，我们可

7、以根据具体的电子产品，来选择使用哪种焊接方法。在SMT生产过程中，焊点的质量和可靠性是至关重要的。因而，如何提高电子产品的焊接质量就成为SMT生产过程中的主要问题。在印刷焊膏时，经常会因为焊膏的性能、质量和网板的开口尺寸、厚度等原因，造成漏印，拉尖等焊膏印刷缺陷。在贴装过程中，贴片机也会因为贴片头受力不均等原因导致焊接后的立碑、锡珠等缺陷。在焊接过程中，设置的焊接温度曲线的不合理也会产生焊接缺陷。焊接设备的质量也会影响焊点的质量。此外，焊盘设计与布局不合理、PCB本身原材料选用不当也会导致最后的焊接缺陷。2 回流焊接2.1回流焊接概述回流焊接又称再流焊接，是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的

8、，主要应用于各类电子表面组装原件焊接的焊接技术。回流焊接的焊料是焊锡膏。焊接前，预先在电路板的焊盘上涂上适量的且适当形式的焊锡膏，再通过贴片机把表面组装元器件贴放到相应的焊盘上。焊锡膏具有一定的粘性，使被贴装的元器件固定在焊盘上。然后，贴装好元器件的电路板通过传送带传送到回流炉中。电路板在回流炉中通过预热、保温、回流、冷却四个温度区域，焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却，将元器件焊接到印制电路板上。回流焊的本意是通过重新熔化预先放置的焊料而形成焊点，是一种在焊接过程中不在添加任何焊料的一种焊接方法。回流焊接能使用于焊接各种高精度、高要求的元器件，如0603电阻、0603电容以及BGA、QF

9、P、CSP等芯片封装器件。回流焊接的种类很多。根据对组件加热区域的不同，回流焊接通常分为两大类：整体回流焊接和局部回流焊接。按照加热方法的不同，回流焊接通常分为三大类：红外热风回流焊接、气相回流焊接和激光回流焊接。如今，通孔元器件的回流焊接技术已经成熟，随着无铅焊接技术的全面实施，焊料的价格提高，原有的波峰焊价廉的优势逐渐丧失，这会使越来越多的电子产品使用回流焊工艺。2.2回流焊接的工艺特点1）有“再流动”与自定位效应 因为焊膏是触变流体，可以通过印刷施加焊膏、贴片，把元器件临时固定在焊盘的位置上。回流焊接时，焊膏中的合金熔融后会呈现液态，焊膏“再流动”一次。由于元器件很轻，漂浮在焊料的液面上

10、，原来的贴装位置会发生移动。 2）每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的2.3 SMT回流焊中常见的焊点缺陷分析及解决方法2.3.1 常见的各种缺陷1）冷焊：是指焊点的表面呈现焊锡紊乱的痕迹，例如：出现不规则焊点形状、粒状焊点或金属粉末不完全融合。如图1所示。 图1 冷焊 图2 不润湿2）润湿不良:润湿不良又称不润湿或半润湿。不润湿是指焊料未润湿焊盘或元件端头，造成元件的引脚、焊端或焊盘不沾锡或局部不沾锡；或焊料覆盖焊端的面积没有满足检测标准的要求，如图2所示。半润湿是指当熔融焊料覆盖某一表面后，又缩回留下不规则的焊料团，焊料离开的区域又被一层薄薄的焊料所覆盖，焊盘或元件端头的金属和表面涂层并未暴

11、露。3）芯吸：是指熔融的焊料润湿元器件引脚时，焊料从焊点的位置爬升到元器件引脚上，导致焊接的部位焊料不足的状态，此缺陷经常发生在QFP、SOP、PLCC等翼型形引脚和J形引脚的器件中。如图3所示。4）焊锡裂纹：是指焊锡表面或内部有裂纹。如图4所示。5）立碑：立碑是指具有两个焊端的无引脚元器件，经过再回流后其中一个焊接端头离开焊接表面，整个元件如石碑呈斜立或直立，又被称为吊桥、墓碑现象、曼哈顿效应。如图5所示。 图3 芯吸 图4 焊锡裂纹 图5 立碑 图6 偏移6）偏移：是指元器件在水平面上的移动，造成回流时元器件端头或引脚离开焊盘的错位现象。如图6所示。7）焊球：焊球又称焊料球、焊锡珠，是指回

12、流时焊料离开了主要的焊接场所，凝固后不在焊接场所聚集而形成的尺寸较大的球状颗粒。如图7所示。 图7 焊球 图8 桥接8）桥接：是指元件端头之间、元件相邻焊点之间，焊点与邻近的过孔、导线等电气上不该连接的部位被焊锡连接在一起。如图8所示。9）空洞：焊点中所出现的空洞，大的称为吹孔，小的称为针孔。空洞会降低电气与机械连接的可靠性要求。如图9所示。10）爆米花现象：此现象主要发生在湿度敏感器件中。吸潮的器件在回流焊接过程中由于水蒸气膨胀，器件内部的压力随温度的升高而升高，造成器件的内部连接或外部封装破裂，使BGA的焊盘脱落，或引脚的焊点处出现锡球飞溅等现象。如图10所示。 图9 空洞 图10 爆米花

13、现象2.2.2 焊点缺陷形成原因分析1）冷焊形成的原因(1)由于回流温度过低或回流时间过短，焊料熔融不充分；(2)由于传送带振动，冷却凝固时受到外力影响，使得焊点发生扰动，在焊点表面上呈现高低不平形状；(3)在焊盘或引脚上及其周围的表面污染会抑制助焊剂能力，导致不完全回流。有时可以在焊点表面观察到未熔化的焊料粉末。同时助焊剂能力不充足也会导致金属氧化物不能完全被清除，随后导致不完全凝结；(4)焊料金属粉末质量不好，大多数是由高度氧化粉粒包封形成的。2）润湿不良形成的原因(1)时间、温度和回流气体对润湿性能力有很大影响。时间太短或温度太低会引起热量不充足，导致助焊剂反应不完全以及不完全的冶金润湿

14、反应结果产生不良润湿。另外，焊料融化之前，过量的热量不但使焊盘和引脚的金属过渡氧化，而且会消耗更多的助焊剂，最终将导致不良润湿；(2)焊料合金质量不好，内含铝、砷等杂质也可产生不良润湿。焊料粉末质量不好，焊膏中金属粉末含氧量高，焊膏中的助焊剂活性差；(3)元器件焊端、引脚、印制电路板的焊盘被污染或氧化，或印制电路板受潮，造成金属润湿性差；3）芯吸形成的原因主要是由引脚和印制电路板之间的温度差以及熔融焊料的表面张力引起的。回流时，元器件引脚比PCB焊盘先达到焊料熔融温度，使得焊料沿引脚上升，就形成了芯吸现象。4）焊锡裂纹形成的原因（1）峰值温度过高，使焊点突然冷却，由于激冷造成热应力过大而产生焊

15、锡裂纹；（2）焊料本身的质量问题；5）立碑形成的原因（1）元件排列方向的设计有问题。焊膏一旦达到熔点就会立即熔化，片式矩形元件的一个端头先达到熔点，焊膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液态表面张力，而另一端并未达到液相温度，焊膏未熔化，只有远远小于表面张力的粘接力，会使未熔化端的元件端头向上直立；（2）焊盘设计质量不好。若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称，小焊盘上的焊膏熔化快，产生表面张力使元件竖起。若焊盘的宽度或间隙过大，使元件的一个端头不能充分接触焊盘，产生立碑现象；（3）模板漏孔被焊膏堵塞或开口小，会引起漏印的焊膏量不一致，焊盘两端的表面张力不平衡，元件会竖起；（4）温度不均匀。不

16、均匀的热量分布或附近的元器件阴影效应会产生较大的温度梯度；（5）贴装位置偏移，或元件的厚度设置错误，或贴片头Z轴高度过高，贴片时元件从高处掉下造成；或贴装压力过小，元器件的焊端或引脚浮在焊膏表面，焊膏粘不住元器件，在传递和回流焊时产生位置移动。（6）元件的焊端被污染或氧化，或元件端头电极的附着力不好，这样元件两端易于产生不平衡力，产生立碑现象；6）偏移形成的原因印刷焊膏的位置不准确、印刷焊膏的厚度不均、元器件放置不当、传热不均、焊盘或引脚的可焊性不好、助焊剂活性不足、焊盘比引脚大的太多、风量过大、传送带振动等都有可能引起元件偏移，情况严重时甚至会产生立碑，尤以质轻的元器件为甚。7）焊球形成的原

17、因（1）回流温度曲线设置不当。如果预热区温度上升速度过快，引起水分、溶剂剧烈蒸发，金属粉末会随溶剂蒸气飞溅，形成焊锡球；如果预热区温度过低，使焊膏内部的水分、溶剂未能完全挥发出来，突然进入回流区，也较容易产生焊球；（2）焊膏本身质量不好。若金属微粉含量过高或金属粉末的含氧量过高，回流焊接时金属粉末会随溶剂的蒸发而飞溅，形成焊球；若焊膏粘度过低或焊膏的触变性不好，印刷后的焊膏会塌陷，严重时会造成粘连，回流焊接时也会形成焊球；（3）焊膏的使用不当。若从低温柜中取出焊膏，未经回温直接使用，由于焊膏的温度比室温低，水汽凝结在焊膏上，焊膏吸收水分，经搅拌大量的水分混在焊膏中，回流焊接升温时，水汽蒸发带出

18、金属粉末，同时在高温下水汽会使金属粉末氧化，使金属粉末的飞溅加聚，形成焊球；（4）金属模板设计结构不当。模板厚度与开口尺寸不恰当、模板与印刷板表面不平行或有间隙、或模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求，造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰，互相桥连，回流焊接后会在引脚间产生大量的焊球；（5）印刷工艺的影响。刮刀压力过大、模板质量不好，印刷时会造成焊膏图形粘连，或没有及时将模板底部的残留焊膏擦净，印刷时使焊膏污染焊盘以外的地方，回流后会产生焊球；（6）贴片压力过大，焊膏挤出量过多，是图形粘连。8）桥接形成的原因（1）焊锡量过多。模板厚度与开口尺寸不恰当；模板与印制电路板表面不平衡或有间隙；（2）焊膏粘度过低，

19、触变性不好，印刷后塌边，使焊膏图形粘连；（3）印刷质量不好，使焊膏图形粘连；（4）贴片位置偏移；（5）贴片压力过大，焊膏挤出量过多，使图形粘连；（6）贴片位置偏移，人工拨正后使焊膏图形粘连；（7）印制电路板上细间距焊盘制作有缺陷，或焊盘间距过窄。9）空洞形成的原因（1）材料的影响。焊膏受潮、焊膏中金属粉末的含氧量高、使用回收焊膏、元器件引脚或印制电路板基板的焊盘氧化或污染、印制电路板受潮；（2）焊接工艺影响：预热温度过低，预热时间过短，使得焊膏中溶剂在硬化前未能及时逸出，进入回流区产生气泡。10）爆米花现象形成的原因（1）元器件的管理、存储和使用环境湿度使芯片受潮，回流时芯片内部或基板、引脚气

20、体膨胀；（2）回流温度曲线有误，升温速度过快，峰值温度过高。2.2.3解决焊点缺陷的措施1)冷焊缺陷解决办法（1）调整回流温度曲线，设定合适的回流时间和合适的峰值温度；（2）检查传送带是否太松，调节传送带使之传送平稳；检查电机是否有故障；加速冷却，使焊点迅速凝固；（3）使用活性适当的助焊剂或适当增加助焊剂的用量。完善来料检测制度，同时注意元器件和PCB的存储环境；（4）不要使用劣质焊膏，制定焊膏使用条例来保证焊膏的质量。2)不润湿缺陷解决办法（1）应适当调整回流温度曲线，并尽可能使用氮气保护气；（2）选择满足要求的焊膏；（3）应完善来料检测制度，同时注意元器件和PCB的存储环境。3）芯吸缺陷解

21、决办法可采用底部加热法将焊料熔化，焊盘先润湿，引脚随后才变热。若由于回流焊设计的限制不允许有更多的底部加热，可缓慢升温将热量更均衡地传送到PCB上,从而减少芯吸现象。4)焊锡裂纹缺陷解决办法（1）调整温度曲线，缓慢升温，降低冷却速度；（2）不要使用劣质焊膏，制定焊膏使用条例来保证焊膏的质量。5）立碑缺陷解决办法（1）保证元件两焊端同时进入回流焊限线，使两端焊盘上的焊膏同时融化，产生平衡的张力，保持元件位置不变；（2）严格按焊盘设计原则进行设计，注意焊盘的对称性和焊盘间距；（3）经常擦洗模板，清除模板漏孔中的焊膏；模板开口尺寸适当；（4）合理设计PCB电路和采用适当的回流方法；（5）提高贴装精度

22、，及时修正贴装坐标，设置正确元件厚度和贴片高度；（6）严格来料检测制度，严格进行首件焊后检验。6）偏移缺陷解决办法（1）严格控制SMT生产中各工艺过程；（2）注意元器件和PCB的储存环境；（3）使用适当活性的、适量的助焊剂等。7）焊球缺陷解决办法（1）调整回流温度曲线，控制预热区温升速率；（2）控制焊膏质量；（3）焊膏应回温后使用；（4）使用合格的模板；调整模板与印刷板表面的距离，使之接触并平行；（5）严格控制印刷工艺，保证印刷质量；（6）提高贴片头Z轴高度，减少贴片压力。8）桥接缺陷解决办法（1）减小模板厚度或开口尺寸；（2）使用粘度适当，触变性好的焊膏；（3）提高印刷精度；（4）提高贴片头

23、Z轴高度；（5）焊盘设计合理。9）空洞缺陷解决办法（1）控制焊膏质量，制定焊膏及元器件的存储、使用条例；（2）设置合适的温度曲线。10）爆米花现象缺陷解决办法（1）加强物料管理，进行去潮处理；（2）缓慢升温，降低峰值温度。3 波峰焊接3.1波峰焊接概述波峰焊最早起源于20世纪50年代。波峰焊又被称为群焊、流动焊接，主要用在通孔插装工艺、表面组装和通孔插装的混装工艺。表面贴装元器件例如矩形片式元件、圆柱形片式元件、SOT、较小的SOP等都适合使用波峰焊接技术。波峰焊的工作原理是：熔融的液态焊料在泵的作用下，在焊料槽液面上形成具有特定形状的焊料波，插装好元器件的印制电路板经过传动链的传送穿过焊料的

24、波峰，实现焊点的焊接。波峰焊接过程包括进版、涂覆助焊剂、预热、焊接、冷却五个步骤。虽然回流焊接技术与波峰焊接技术相比具有很多优点，但在当前、甚至将来很长一段时间内SMT的混装工艺中仍缺少不了波峰焊接技术。波峰焊技术可以大大提高生产率，很大程度的节约人力和焊料，明显提高了焊点的质量和可靠性，所以波峰焊技术在当下仍然具有很强的生命力 。因为电子元器件的体积越来越小，印制电路板组装的密度越来越大，另外，无铅焊膏的使用越来越频繁，所以波峰焊工艺的难度越来越大。3.2影响波峰焊接质量的因素影响波峰焊接质量的主要因素有设备、工艺材料、印制电路板的质量及设计、元器件焊端的氧化程度以及工艺等。1）设备（1）助

25、焊剂涂覆系统的可控制性现代使用最多的助焊剂涂覆是定量喷射，助焊剂涂覆系统的可控制性可直接影响到助焊剂的涂覆质量。（2）炉温控制系统的稳定性炉温控制系统的稳定性直接影响实时焊接温度，焊接温度的波动影响焊接质量的稳定。（3）波峰的结构采用双波峰焊接能够有效克服“阴影效应”。当前流行的选择性波峰焊接技术焊接质量较高，特别适合无铅波峰焊接工艺。（4）PCB传输系统的平稳性波峰焊接要求PCB的传送平稳、无振动、无抖动，传输系统材料的机械特性要好，热稳定性要高，长期使用不能变形。（5）波峰焊机的配置为了提高焊接质量，波峰焊机不仅要有较好的基本配置还要有较多的功能选项，例如：氮气保护、扰流波、热风刀等。2）

26、工艺材料焊料合金颗粒、助焊剂及防氧化剂等工艺材料的质量、选择与使用都会或多或少的影响焊接质量。3）PCB的质量及设计印制电路板焊盘的质量、插装孔的孔径、金属孔和阻焊膜的质量、PCB的平整度等都影响焊接质量。4）元器件的引脚及焊盘的氧化程度元器件引脚或焊盘的氧化、污染都会影响润湿性，会造成虚焊、漏焊等焊接缺陷。5）工艺波峰焊接的工艺较为复杂，要控制好实时温度曲线，正确综合调整各个参数。3.3波峰焊常见焊点缺陷的原因分析及解决方法3.3.1焊点缺陷形成原因分析 1）桥接缺陷形成原因（1）PCB板设计不合理，焊盘间距过窄；（2）焊锡中杂质过多，阻碍焊锡脱落；（3）PCB预热温度低，熔融的焊料粘度大，

27、不易从引脚上脱落；（4）焊接温度过低或过板速度过快，熔融的焊料粘度大，不易从引脚上脱落；（5）助焊剂不足或活性差。2）拉尖缺陷形成原因（1）锡锅温度低，焊锡冷却快；（2）焊接温度过低或过板速度过快，熔融的焊料粘度大，不易从引脚上脱落；（3）电磁泵波峰焊机波峰高度过高或元器件的引脚过长，使得引脚底部不能与波峰接触；（4）助焊剂不足或活性差。3）漏焊、虚焊、润湿不良缺陷形成原因（1）元器件引脚、焊盘、PCB焊盘氧化或污染；（2）片式元件端头的金属电极没有较好的附着力或者采用了单层电极，焊接时产生脱帽；（3）PCB的设计不合理，会产生阴影效应，造成漏焊等焊接缺陷；（4）PCB翘曲，翘起的位置和波峰接

28、触不良；（5）传送带的两边不平行；（6）助焊剂的活性不足，造成润湿不良；（7）PCB的预热温度太高，使得助焊剂失活，造成润湿不良。4）焊锡珠缺陷形成原因（1）PCB预热温度过低或预热时间过短，助焊剂中的水及溶剂没有完全挥发，焊接时焊料飞溅；（2）元器件引脚、焊盘、PCB焊盘氧化或污染；（3）锡波落回锡缸溅在PCB板上的焊锡形成锡球，若锡球和PCB表面的粘附力大于锡球的重力，锡球就会留在PCB上；（4）焊料中锡的比例小，焊料的氧化和杂质多；（5）PCB板材和组焊层挥发物质释气；（6）孔过大，进入孔内的焊料过多。5）气孔缺陷形成原因（1）元器件引脚、焊盘、PCB焊盘氧化或污染；（2）焊料杂质超标；

29、（3）焊料锅表面有氧化物、残渣；（4）印制板爬坡角度过小，不易排气；（5）波峰高度过低，不易排气。3.3.2 解决焊点缺陷的措施1）桥接缺陷解决办法（1）按照PCB设计规范进行设计，焊盘间距较小可采用回流焊；（2）定期检查焊锡中杂质是否超标、去渣；（3）设置合理的预热温度；（4）调整焊接温度和过板速度；（5）合理使用合格助焊剂。2）拉尖缺陷解决办法（1）调整锡锅温度；（2）调整焊接温度和过板速度；（3）控制波峰高度；（4）合理使用合格助焊剂。3）漏焊、虚焊、润湿不良缺陷解决办法（1）注意元器件和PCB的储存环境；（2）应选择三层端头结构的表面贴装元器件；（3）元器件的布局、排列方向都应该遵循：较小的元件在前，以及尽量避免互相遮挡而产生阴影效应；（4）PCB板的翘曲度小于0.8%-1.0%；（5）传送带或传输架横向水平；（6）使用合格助焊剂；（7）设置恰当的预热温度。4）焊锡珠缺陷解决办法（1）提高预热温度、延长预热时间；（2）严格来料检测，注意元器件和PCB的储存环境；（3）减少锡的降落高度；（4）适量添加纯锡，及时清理残渣或更换焊料；（5）孔壁上的金属镀层厚度适当且无裂缝； （6）修改设计。5）气孔缺陷解决办法（1）严格来料检测，注意元器件和PCB的储存环境；（2）更换焊料；（3）及时清理残渣或更换焊料；（4）设置