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精华 电子厂DIP插件与SMT贴片焊接虚焊及假焊不良原因分析汇总 !

发布日期:2021-11-24 14:25   来源:未知   阅读:

  原标题:精华 电子厂DIP插件与SMT贴片焊接虚焊及假焊不良原因分析汇总 !

  全球电子制造业正进入一个创新密集和新兴企业快速发展的时期,随着元件封装的飞速发展,越来越多的PBGA、CBGA、CCGA、QFN、0201、01005,03015阻容元件等得到广泛运用,表面贴装技术亦随之快速发展,在其生产过程中,焊接品质越来越受到工程师们的重视,作为电子元件的基础工程和核心构成,SMT技术(表面贴装技术)与电子信息技术保持同步发展的态势,并且在电子信息产业中所发挥的作用越来越突出,地位越来越重要。

  随着电子技术的飞速发展,电子元器件的小型化、微型化、BGA、间距为0.3mm~0.5mm高密度的芯片越来越普遍,对电子焊接技术的要求也就越来越高。

  众所周知,虚焊会导致产品的性能不稳定。尤其困扰的是,不象其他种类的不良,虚焊甚至不能被后续的ICT和FT测试所发现,从而导致有问题的产品流向市场,甚至使品牌和信誉蒙受巨大损失。

  SMT已经广泛应用,工程师知道如何做但不知道为什么这样做,一直不能从根本上解决质量问题。同时随着电子高密度、新型元器件的广泛应用以及产品可靠性要求的不断提高,电子企业面临新一轮的技术,成本,质量的挑战。

  关于SMT贴片与DIP插件元件焊接虚焊, 成因固然繁杂纷扰,尚若汇总分析并不复杂:

  ------ 此种最复杂,包含锡膏在钢板上有效使用寿命;钢板开孔大小与锡膏颗粒度选择;印刷少锡、拉尖、马鞍形、屋顶型等多种;

  ------ 人员操作不当如抹板、锡膏内加助焊剂或稀释剂、贴装高度不合适、贴装偏位、锡膏印刷后板子停留在室温下时间过久、Reflow温度曲线设置不当、离子风扇使用不当、车间环境落尘不合格、车间温湿度管控不合格、MSD元件使用管控失效等等。

  虚焊和假焊是SMT回流焊接和THT波峰焊焊接中最常见的两种不良现象,造成这类现象的原因不是单一的,预防的措施也不是单一的。

  虚焊是指元件引脚、焊端、PCB焊盘处上锡不充分,焊锡在此处的润湿角大于90°,而且只有少量的焊锡润湿引脚、焊端、PCB焊盘,造成接触不良而时通时断。

  假焊是指元件引脚、焊端上锡良好,从表面上看已形成了良好焊点,而焊点内部焊锡与PCB焊盘之间没有形成良好焊接,当焊点受到外力时就可以从焊盘轻易脱离。

  (3) 元件焊端金属电极附着力差,或采用单层电极在焊接温度下产生脱帽现象;

  任何金属在空气环境中其表面都将受到氧或其它含氧气体等的不同程度的化学浸蚀,在自然界金属的表面状态都不是纯净的单金属状态。因此,不管采取何种保护措施,其表面所表现的焊接性能都不会是理想化的,仅靠金属本身的特性而不需借助其它物质的帮助(如助焊剂)达到理想化的焊接效果几乎是不可能的。即使存在这种可能,那也是在付出了高昂的成本代价后的结果,这显然是不实现的。

  金属表面状态的不良,是诱发虚焊现象的关健因素。在软钎接过程中采用了助焊剂( 液体的或气体的)后,就可借助于助焊剂的作用来获取理想的洁净表面。被焊表面的洁净度是所用助焊剂活性的函数。60年代初以前,我国军用电子产品生产中普遍采用松香酒精作助焊剂,由于该类助焊剂与许多金属反应的固有化学活性弱,因而产品的虚焊现象特别严重,几乎成了一大公害。

  60年代初我国从原苏联引进的XX导弹末制导雷达生产线时,苏方还专门提供了该武器系统带“秘密”级的专用助焊剂配方。国内许多军工单位在军品生产中还宁可坚持采用活性松香助焊剂+清洗工艺,而禁用活性较弱的免清洗助焊剂,其目的就是为了避免虚焊隐患给该武器系统可靠性带来严重的不测后果危害。

  分析整个波峰焊接的物理化学过程,助焊剂虽然参与了全过程,但是它在每一个区间所发挥的作用却是不一样的。而且不同类型的助焊剂,其参与物化过程的载体也是不同的,下面我们仅以松香型助焊剂、活性松香助焊剂和免清洗型助焊剂分别来解释其具体的物化过程。

  松香助焊剂活性弱,对被焊金属表面洁净能力差,当被焊金属表面可焊性不大理想时,将普遍出现虚焊、桥连等焊接缺陷。为克服上述缺陷,提高焊接质量和效率,将虚焊和桥连现象尽可能地降到最低,目前国内军用设备中还广泛使用活性松香助焊剂的原因就在此。

  活性松香助焊剂固体含量高,波峰焊后残余物多,且残余物中可能还含有未分解完的离子性的活性物质,若不仔细清除将遗害无穷。由于清冼中要大量使用ODS、VOC或消耗和污染水资源,对保护地球环境不利。因此,目前在一些通用型电子产品生产中正大力推广免清洗助焊剂的应用。

  免清洗助焊剂的工艺温度规范比较严格,只有充分满足了其特性要求的条件下,才能充分发挥其助焊作用。因此,供货方必须提供完整的温度应用特性。例如:比利时INTERFLUX ELECTRONICS公司生产的IF 2005M免清洗助焊剂就给出了完整的应用温度规范值如下:

  纵观现代电子设备的软钎接(手工焊、波峰焊和再流焊)中,助焊剂从头到尾都扮演了一个非常关键的角色。通过上述对波峰焊接过程的描述,足以证明在软钎接工艺中如何强调助焊剂的重要性都是不过份的。

  3.1 如何评价助焊剂 助焊剂性能的好坏通常是采用下述两方面的作用能力来描述:

  ⑴ 活性:为了有效地进行软钎接,助焊剂必须通过化学反应来净化被焊金属表面,只有在充分净化后的表面,被焊金属和熔化钎料之间才能形成有效的冶金连接,才可根除虚焊等缺陷。因此,在评价助焊剂时活性是必须要充分关注的。

  ⑵ 保护功能:在上述分析中可见助焊剂在波峰焊接过程中的另一个极为重要的作用是助焊剂的保护功能。保护功能的实现在松香型助焊剂中是通过松香这一媒介来实现的,而在免清洗助焊剂中则是通过高沸溶剂这一媒质来贯彻始终的。免清洗助焊剂中保护功能的强弱对波峰焊接的成败关系很大。而且该功能必须通过上机运行才能考察出来。

  从化学角度看,每一种有效的助焊剂均必然在某种程度上具有腐蚀性,否则,它就不能从被焊表面清洗掉氧化膜。我们所说的腐蚀性关注的是指在完成钎接后在装配件上残留的助焊剂及其残余物的化学危险性,并由此而确定助焊剂的理化指标要求。

  1. 人工目视(含用放大镜、显微镜)检验。当目视发现焊点焊料过少焊锡浸润不良,或焊点 中间有断缝香港最快报码开奖室或焊锡表面呈凸球状,或焊锡与SMD不相亲融等,就要引起注意了,即便轻微的现象也会造成隐患,应立即判断是否是存在批次虚焊问题。判断的方法是:看看是否较多PCB上同一位置的焊点都有问题,如只是个别PCB上的问题,可能是焊膏被刮蹭、引脚变形等原因,如在很多PCB上同一位置都有问题,此时很可能是元件不好或焊盘有问题造成的。

  1. 焊盘设计有缺陷。焊盘上不应存在通孔,通孔会使焊锡流失造成焊料不足;焊盘间距、面积也需要标准匹配,否则应尽早更正设计。

  2. PCB板有氧化现象,即焊盘发乌不亮。如有氧化现象,可用橡皮擦去氧化层,使其亮光重现。PCB板受潮,如怀疑可放在干燥箱内烘干。PCB板有油渍、汗渍等污染,此时要用无水乙醇清洗干净。

  3.印过焊膏的PCB,焊膏被刮、蹭,使相关焊盘上的焊膏量减少,使焊料不足。应及时补足。补的方法可用点胶机或用竹签挑少许补足。

  4. SMD(表贴元器件)质量不好、过期、氧化、变形,造成虚焊。这是较多见的原因。

  (1)氧化的元件发乌不亮。氧化物的熔点升高,此时用三百多度度的电铬铁加上松香型的助焊剂能焊接,但用二百多度的SMT回流焊再加上使用腐蚀性较弱的免清洗焊膏就难以熔化。故氧化的SMD就不宜用再流焊炉焊接。买元件时一定要看清是否有氧化的情况,且买回来后要及时使用。同理,氧化的焊膏也不能使用。

  (2)多条腿的表面贴装元件,其腿细小,在外力的作用下极易变形,一旦变形,肯定会发生虚焊或缺焊的现象,所以贴前焊后要认线)印过焊膏的PCB,焊膏被刮、蹭,使相关焊盘上的焊膏量减少,使焊料不足,应及时补足。

  锡膏中有很多合金粉末颗粒,这些金属粉末颗粒很容易氧化、湿润不良,造成焊接出现虚焊,因此,要严格进行使用和管理。通常锡膏要冷藏在0~10℃的冰箱中,防止助焊剂发生化学反应变质和挥发,使用前取出回温4~24 h到常温状态。且由于冷藏和回温过程中助焊剂和合金粉末的密度不一样,容易分层,因此,使用前要进行3~10min的均匀搅拌。需注意锡膏搅拌的时间和力度,如果时间太长力量太大合金粉末很可能被粉碎,造成锡膏中的金属粉末被氧化。一旦锡膏粉末被氧化,回流焊之后产生空洞的机率将大大增加。

  AOI的光線照射有白光和彩色光兩類設備﹐白光是用256層次的灰度﹐彩色是用紅光﹐綠光﹐藍光﹐光線照射至焊錫/元器件的表面﹐之后光線反射到鏡頭中﹐產生二維圖像的三維顯示﹐來反映焊點/元器件的高度和色差.人看到和認識物體是通過光線反射回來的量進行判斷﹐反射量為亮﹐反射量少為暗.AOI與人判斷的原理相同.

  AOI從鏡頭數量來說有單鏡頭和多鏡頭﹐這只是技朮方案的一種選擇﹐很難說那種方式就一定好﹐因為單鏡頭通過多個光源的不同角度照射也能行到很好的檢測圖像.特別是針對無鉛焊接的表面比較粗糙﹐會產生形狀不同的焊點﹐容易形成氣泡﹐并且容易出現零件一端翹立的特點﹐新的AOI設備也都進行了適應性的硬件和算法的更新.

  在现代工业与科技发展中,各行业的外观检查都是传统的人工视觉品质QC检测员,人的视觉因长时间的乏累、心理素质的不同、外在原因的各种干扰等,使产品漏检、误检等导致客户投诉&退货的;还有节假日人工短缺、人工成本不断上涨......AOI代替人工视觉自动检测的时代已经到来!......人工检测已经不能满足现代化生产的需要。

  從SMT制程角度﹐AOI可以檢測出.多件.錯件.偏移.極反.少錫.空焊.短路.側立等制程缺陷,AOI只能做外觀檢測﹐不能測隐含的焊點如無法對BGA.CSP.FlipChip等不可見的焊點進行檢測﹐AOI也不具備電路邏輯判斷能力﹐因此不能完全代替ICT.對BGA這類隱含的焊點除了資深的SMT制程人員可以用經驗目測外﹐用另一種光學儀器X-RAY做檢測是比較好的方式.那是另一個專題 。

  在SMT表面贴装技术领域内PCBA印刷电路板组装行业中,電子元件的微型化和密集化是一直以来的发展趋势。依靠传统的人工目检方法已经不可能对分布细密的元件进行快速、可靠而且一致的检测,并且无法保存精确的检测记录。面对这样的状况,AOI自动光学检测仪设备应运而生,目前大多数PCB组装加工厂商都已逐步为其生产线安装AOI(自动光学检测仪)设备,以实现提高产能、提升品质、降低维修成本、改善制程的目的。AOI可对组装过程中和组装完成后的PCB板进行精确而稳定的检测,并且同时还可以实现检测结果的电子化存贮和发布。从而使得产品组装的速度、精确度和可靠性都得到提高,成品率也因此得到了极大的提高。

  依据安装工位来划分,AOI自动光学检测仪可分为印刷后AOI、炉前AOI、炉后AOI、以及通用型AOI;印刷后AOI安装于锡膏印刷机后,主要用于检测锡膏印刷的质量状况。依据检测功能的差异,印刷后AOI又可细分为2D AOI和3D AOI,2D AOI可检测锡膏的面积,而3D AOI则还可以检测出锡膏的体积,其中3D AOI也被专门命名为3D-SPI锡膏厚度检测仪(Solder Paste Inspection)是指锡膏检测系统系全自动非接触式测量,用于锡膏印刷机之后,贴片机之前。

  主要的功能用于检测锡膏印刷的品质,包括体积,面积,高度,XY偏移,形状,桥接等;炉前AOI安装于片式贴片机之后或者泛用贴片机之后,主要用于检测元件贴置的状况;炉后AOI安装于回流焊炉后或者波峰焊炉后,主要用于检测包含元件贴置,以及焊锡的状况;顾名思义,通用型AOI则可灵活应用于上述各制程和工位,并可完成上述所有检测功能。

  从PCB设计到所有元件焊接完成为一个质量很高的电路板,需要PCB设计工程师乃至焊接工艺、焊接工人的水平等诸多环节都有着严格的把控。主要有以下因素:PCB设计图、电路板的质量、器件的质量、器件管脚的氧化程度、锡膏的质量、锡膏的印刷质量、贴片机的程序编制的精确程度、贴片机的贴装质量、回流焊炉的温度曲线的设定等等因素。