回流焊是表面贴装的关键工序之一,表面贴装的质量直接体现在回流焊结果的中上。然而,回流焊中的焊接质量问题并不完全是由回流焊工艺引起的,因为回流焊质量不仅与温度曲线直接相关,还与生产线设备条件、印刷电路板焊盘的可生产性设计、元件的可焊性、焊膏质量、印刷电路板的加工质量、每个表面贴装工艺的工艺参数,甚至操作人员的操作习惯密切相关。
(1)生产材料对回流焊质量的影响。
(1)组件的影响。当元件的焊接端子或引脚被氧化或污染时,回流焊时会出现润湿不良、虚焊、空洞等焊接缺陷。元件共面性差也会导致虚焊等焊接缺陷。
PCB的影响。贴片的组装质量与印刷电路板焊盘设计有着直接而重要的关系。如果PCB焊盘设计正确,由于回流焊时熔融焊料的表面张力,可以校正少量歪斜;相反,如果PCB焊盘设计不正确,即使安装位置非常准确,回流焊后也会出现元器件位置偏差、架设等焊接缺陷。SMT组装的质量也与PCB焊盘的质量有关。当印刷电路板焊盘被氧化、污染或受潮时,回流焊过程中会出现润湿不良、虚焊、焊球和空洞等焊接缺陷。
焊膏的影响。金属粉的含量、金属粉的含氧量、中焊膏的粘度、触变性和印刷适性都有一定的要求。如果焊膏中金属粉末的含量高,金属粉末在回流和加热时会随着溶剂的蒸发而飞溅。如果金属粉末含氧量高,也会加剧飞溅,形成焊球,同时会造成不润湿等缺陷。此外,如果焊膏粘度过低或触变性不好,印刷后焊膏图案会塌陷甚至造成粘连,回流焊时会形成焊球、桥接等焊接缺陷。如果焊膏的印刷适性不好,印刷时焊膏只在模板上滑动,此时根本无法印刷焊膏。如果焊膏从中冰箱中取出直接使用,会导致水蒸气凝结。当温度回流上升时,水蒸气会蒸发,带出金属粉末。在高温下,水蒸气会氧化飞溅金属粉末形成焊球,也会造成润湿性不好等问题。
SMT贴片如何影响回流焊质量?
(2)生产设备对回流焊质量的影响。回流焊的质量与生产设备密切相关。影响回流焊质量的主要因素如下:
印刷设备。印刷机的印刷精度和重复精度会对印刷结果起到一定的作用,最终影响回流焊的质量;模板质量最终会影响打印结果,也就是焊接质量。模板厚度和开口尺寸决定焊膏的印刷量。焊膏过多会导致桥接,焊膏过少会导致焊料不足或虚焊。模板开口的形状和平滑度也会影响印刷质量。模板的开口必须有向下的喇叭口,否则脱模时焊膏会残留在喇叭口的倒角处。
回流焊设备。回流焊炉的温度控制精度应达到(0.1 ~ 0.2)Y;回流炉输送带横向温差应在5 Y以下,否则难以保证焊接质量;回流输送带的宽度应满足最大印刷电路板尺寸的要求;中加热区的长度越长,加热区,越多,就越容易调整温度曲线。中和小批量生产选择4 ~5个温区,加热区长度约1.8 m,满足要求。上下加热器应独立控制温度,便于调节和控制温度曲线。回流焊炉的最高加热温度一般为300 -350。考虑无铅焊料(3)生产对回流焊质量的影响。
(1)印刷工艺的影响。印刷工艺参数,如刮刀速度、刮刀压力、刮刀与模板之间的角度、焊膏的粘度等,有一定的制约关系。因此,只有正确控制这些参数,才能保证焊膏的印刷质量,进而保证焊接效果。回收焊膏的使用和管理、环境温度、湿度和环境卫生对焊点质量有影响。回收焊膏和新焊膏应分开存放。过高的环境温度会降低焊膏的粘度;湿度过高时,焊膏会吸收空气中的水分,而湿度过低时,会加速焊膏中溶剂的挥发。环境中混入焊膏的灰尘会造成焊点出现针孔。
贴装工艺的影响。安装的部件应正确,否则产品焊接后不能通过测试。元件的安装位置应符合工艺要求,元件的焊接端子或引脚和焊盘的图形应尽可能以齐为中心。对于芯片元件,安装时,其中一个焊接端子没有焊接到焊盘上,这将导致回流焊接过程中的位移或竖立。对于IC器件,回流焊时的自-定位效应很小,回流焊无法校正安装偏移。因此,在安装时,如果安装位置超过允许偏差范围,必须在回流焊炉焊接进入前手动校正。贴片压力应合适。由于压力不足,元件的焊料端子或引脚漂浮在焊膏表面,焊膏无法粘附在元件上,因此在转移和回流焊过程中容易移动。另外,由于Z轴高度太高,粘贴时元器件从高处抛出,会造成粘贴的位置偏差;安装压力过大,焊膏挤出过多,容易造成焊膏粘连,回流时容易产生生桥连接,严重损坏元器件。
回流过程的影响。回流焊温度曲线是保证回流焊质量的关键,实际温度曲线和焊膏温度曲线的升温速率和峰值温度应基本一致。如果加热速度过快,一方面是元器件和PCB加热过快,容易损坏元器件,造成PCB变形;另一方面,焊膏中溶剂的挥发速度加快,容易飞溅金属成分,产生焊球。一般峰值温度应设定在比焊膏金属熔点高30~40长,回流时间为30~60so。低峰值温度或短回流时间会导致焊接不充分,严重时焊膏不会熔化。过高的峰值温度或较长的回流时间会导致金属粉末氧化,增加金属间化合物的形成,使焊点变脆,影响焊点强度,甚至损坏元器件和PCB。
总之,从以上分析可以看出,回流焊质量与PCB焊盘设计、元器件可焊性、焊膏质量、PCB加工质量、生产线设备、每个SMT工艺的工艺参数,甚至操作人员的操作习惯都有着密切的关系。同时可以看出,PCB设计、PCB加工质量、元器件、焊膏质量是保证回流焊质量的基础,因为这些问题在生产过程中很难甚至不可能解决。所以,只要PCB设计正确,元器件和焊膏合格,回流焊质量可以通过印刷、贴装和各工序的工艺来控制。(3)生产对回流焊质量的影响。
(1)印刷工艺的影响。印刷工艺参数,如刮刀速度、刮刀压力、刮刀与模板之间的角度、焊膏的粘度等,有一定的制约关系。因此,只有正确控制这些参数,才能保证焊膏的印刷质量,进而保证焊接效果。回收焊膏的使用和管理、环境温度、湿度和环境卫生对焊点质量有影响。回收焊膏和新焊膏应分开存放。过高的环境温度会降低焊膏的粘度;湿度过高时,焊膏会吸收空气中的水分,而湿度过低时,会加速焊膏中溶剂的挥发。环境中混入焊膏的灰尘会造成焊点出现针孔。
贴装工艺的影响。安装的部件应正确,否则产品焊接后不能通过测试。元件的安装位置应符合工艺要求,元件的焊接端子或引脚和焊盘的图形应尽可能以齐为中心。对于芯片元件,安装时,其中一个焊接端子没有焊接到焊盘上,这将导致回流焊接过程中的位移或竖立。对于IC器件,回流焊时的自-定位效应很小,回流焊无法校正安装偏移。因此,在安装时,如果安装位置超过允许偏差范围,必须在回流焊炉焊接进入前手动校正。贴片压力应合适。由于压力不足,元件的焊料端子或引脚漂浮在焊膏表面,焊膏无法粘附在元件上,因此在转移和回流焊过程中容易移动。另外,由于Z轴高度太高,粘贴时元器件从高处抛出,会造成粘贴的位置偏差;安装压力过大,焊膏挤出过多,容易造成焊膏粘连,回流时容易产生生桥连接,严重损坏元器件。
回流过程的影响。回流焊温度曲线是保证回流焊质量的关键,实际温度曲线和焊膏温度曲线的升温速率和峰值温度应基本一致。如果加热速度过快,一方面是元器件和PCB加热过快,容易损坏元器件,造成PCB变形;另一方面,焊膏中溶剂的挥发速度加快,容易飞溅金属成分,产生焊球。一般峰值温度应设定在比焊膏金属熔点高30~40长,回流时间为30~60so。低峰值温度或短回流时间会导致焊接不充分,严重时焊膏不会熔化。过高的峰值温度或较长的回流时间会导致金属粉末氧化,增加金属间化合物的形成,使焊点变脆,影响焊点强度,甚至损坏元器件和PCB。
总之,从以上分析可以看出,回流焊质量与PCB焊盘设计、元器件可焊性、焊膏质量、PCB加工质量、生产线设备、每个SMT工艺的工艺参数,甚至操作人员的操作习惯都有着密切的关系。同时可以看出,PCB设计、PCB加工质量、元器件、焊膏质量是保证回流焊质量的基础,因为这些问题在生产过程中很难甚至不可能解决。所以,只要PCB设计正确,元器件和焊膏合格,回流焊质量可以通过印刷、贴装和各工序的工艺来控制。