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SMT关键工序
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SMT有铅工艺和无铅工艺的特点
10:10:15　　
无铅工艺和有铅工艺技术特点对比表： &&类别&&无铅工艺特点有铅工艺特点焊料合金焊料合金成分有多种焊料合金可供选择，目前逐步同意为Sn96.5Ag3Cu0.5(SAC305)；最好回流焊接和波峰焊接都选择同一款焊料合金。但是考虑到成本，许多厂家波峰焊接会选择Sn99.3Cu0.7焊料。对生产现场焊料合金的使用造成混乱无论是何种焊接方式，焊料合金一直采用Sn63Pb37,不会对生产现场焊料合金的使用造成混乱焊料合金使用混乱焊料合金使用混乱，目前有人提倡使用Cu的质量分数在1%~2%的合金，但是市场上还没有此类产品焊料合金单一焊料成本波峰焊接用的锡条和手工焊接用的锡线，成本提高2.7倍。回流焊接用的锡膏成本提高约1.5倍焊料成本低焊料合金熔点温度温度高217℃温度低183℃焊料可焊性差好焊点特点焊点脆，不适合手持和振动产品焊点韧性好焊料/焊端兼容性焊端中不能含铅焊端中可以含铅能耗焊接能耗无论是波峰焊/回流焊/手工焊接，能耗比有铅焊接多10%~15%能耗较低设备需求波峰焊需要添加新的波峰焊机不需要(提升产能例外)回流焊设备温区数量要多，以增加调整回流温度曲线灵活性。炉体长也可以采用多温区的设备，增强温度曲线调整的灵活性手工焊接更换烙铁头不需要更换印刷/贴片机不需要更换，但是印刷/贴片精度要求更高不需要更换焊接工艺水清洗工艺不建议使用可以使用回流焊接工艺窗口小，温度曲线调整较难。焊点空洞难以消除。焊点上锡不好工艺窗口大，温度曲线调整较易。焊点空洞较好消除，焊点上锡较好波峰焊接焊点上锡不好，需要加快冷却，锡槽合金杂质含量检测频繁度加大，有可能生产现场需要检测仪器焊点上锡较好，锡槽合金杂质含量检测频繁度不大，不需要生产现场检测仪器手工焊接烙铁头损耗加快烙铁头损耗较小PCB要求板材可以沿用有铅时用的板材，最好采用高Tg板材。采用高Tg板材，板材成本上升10%~15%板材不需要改变焊盘处&&理方式有机可焊性保护(OSP)，化学镍金热风整平，也可采用有机可焊性保护(OSP),化学镍金OSP特点焊盘平整，对印刷工序要求高，PCB保存时间短，对计划要求高。对ICT测试有影响 化学镍金焊盘平整，对印刷工序要求不高，PCB保存时间长，对计划要求不高。对ICT测试没有影响，存在“黑盘”的可能性 元器件耐热性耐热性要求高耐热性要求不是很高焊端可焊性要求高要求一般焊点检查外观焊点粗糙，检验较难焊点光亮，检验较易“爆米花”现象由于温度的升高，在无铅焊接中许多IC的防潮敏感性都会提高一到两个等级。也就是说，拥护的防潮控制或处理必须加强。这对于那些很小批量生产的用户将有较严重的影响。因为许多很小批量生产的用护都有较长时间的来料库存时间。如果库存的防潮设施不理想，就必须通过组装前烘烤除湿的做法来防止“爆米花”的问题。烘烤虽然能够解决“爆米花”问题，但烘烤过程中会加剧器件焊端的氧化，带来了焊接的难度。一个可行的做法是使用惰性环境烘烤，但这在设备、耗材(惰性气)和管理上都大大增加了成本IC的防潮敏感性只要加以注意和管理即可，容易得到控制“立碑”&&现象在无铅技术中更加严重。这是因为无铅合金的表面张力较强的原因。解决的原理和含铅技术一样，其中通过DFM控制器件焊端和焊盘尺寸以及两端热容量最为有效。其次可通过工艺调整减少器件两端的温差。该注意的是，虽然原理不变，但无铅的工艺窗口会小一些，所以用户必须首先确保本身使用的炉子有足够的能力，即有良好的加热效率以及稳定的气流在有铅技术中存在，但有铅工艺窗口会宽一些，容易解决“气孔”&&现象在锡铅技术中已经是个不容易完全解决的问题。而进入无铅技术后，这问题还会随无铅合金表面张力的提高而显得更严重。要消除“气孔”问题，有三个因素必须注意；锡膏特性(锡膏选择)、DFM(器件焊接端结构、焊盘和模板开口设计)以及回流工艺(温度曲线的设置)。其控制原理和含铅技术中没有不同，知识工艺窗口小了些在锡铅技术中“气孔”问题是个不容易完全解决的问题业界可靠性数据可靠性数据不足，还有许多未知的特点或缺点没有发现可靠性数据很多，已使用很多年无铅工艺和有铅工艺成本和设备通用性比较： 绝大多数的有铅设备都适用于无铅工艺，包括：印刷机、贴片机、回流炉、BGA返修台、分板机和测试设备。只有一个例外，那就是波峰焊机，无铅/有铅波峰焊机要严格区分。1.&&成本大大提高有铅工艺转化为无铅工艺，其成本提高主要是无铅辅助材料和无铅印制电极板成本提高，无铅器件成本基本差不多。2.&&无铅和有铅工艺设备通用性比较有铅工艺转化为无铅工艺，在设备上基本通用，只是在波峰焊机和锡锅两种设备要严格区分，具体对比如下表： &&无铅设备&&无铅工艺有铅工艺波峰焊机通用可用于有铅工艺，但用过后就无法再转回无铅工艺锡锅通用可用于有铅工艺，但用过后就无法再转回无铅工艺回流焊通用通用印刷机通用通用贴片机通用通用回流炉通用通用BGA返修台通用通用分板机通用通用测试设备通用通用
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SMT-PCB设计焊盘与器件布局要点
&&& 一、SMT-PCB上的焊盘
　　1、波峰焊接面上的SMT元器件o其较大组件之焊盘(如三极管p插座等)要适当加大o如SOT23 之焊盘可加长0.8-1mmo这样可以避免因组件的 “阴影效应”而产生的空焊。
　　2、焊盘的大小要根据元器件的尺寸确定o焊盘的宽度等于或略大于元器件的电极的宽度o焊接效果最好。
　　3、在两个互相连接的元器件之间o要避免采用单个的大焊盘o因为大焊盘上的焊锡将把两元器件接向中间o正确的做法是把两元器件的焊盘分开o在两个焊盘中间用较细的导线连接o如果要求导线通过较大的电流可并联几根导线o导线上覆盖绿油。
　　4、SMT 元器件的焊盘上或在其附近不能有通孔o否则在REFLOW过程中o焊盘上的焊锡熔化后会沿着通孔流走o会产生虚焊o少锡o还可能流到板的另一面造成短路。
　　二、SMT-PCB上元器件的布局
　　1、当电路板放到回流焊接炉的传送带上时o元器件的长轴应该与设备的传动方向垂直o这样可以防止在焊接过程中出现元器件在板上漂移或 “竖碑”的现象。
　　2、PCB 上的元器件要均匀分布o特别要把大功率的器件分散开o避免电路工作时PCB 上局部过热产生应力o影响焊点的可靠性。
　　3、双面贴装的元器件o两面上体积较大的器件要错开安装位置o否则在焊接过程中会因为局部热容量增大而影响焊接效果。
　　4、在波峰焊接面上不能放置PLCCQFP 等四边有引脚的器件。
　　5、安装在波峰焊接面上的SMT大器件o其长轴要和焊锡波峰流动的方向平行o这样可以减少电极间的焊锡桥接。
　　6、波峰焊接面上的大p小SMT元器件不能排成一条直线o要错开位置o这样可以防止焊接时因焊料波峰的 “阴影”效应造成的虚焊和漏焊。
】【】&【】【】【】SMT制程常见异常分析
一锡珠的产生及处理
二立碑问题的分析及处理
三桥接问题
四常见印刷不良的诊断及处理
五不良原因的鱼骨图
六來料拒焊的不良现象认识
一焊锡珠产生的原因及处理
焊锡珠（SOLDERBALL ）现象是表面贴装（SMT）过程中的主要缺陷，主要发生在片式阻容元件（CHIP）的周围，由诸多因素引起。
因素一：焊膏的选用直接影响到焊接质量
焊膏中金属的含量、焊膏的氧化度，焊膏中合金焊料粉的粒度度都能影响焊珠的产生。
a. 焊膏的金属含量
焊膏中金属含量其质量比约为88％～92％，体积比约为50%。当金属含量增加时，焊膏的黏度增加，就能有效地抵抗预热过程中汽化产生的力。另外，金属含量的增加，使金属粉末排列紧密，使其在熔化时更容结合而不被吹散。此外，金属含量的增加也可能减小焊膏印刷后的“塌落”，因此，不易产生焊锡珠。
b. 焊膏的金属氧化度
在焊膏中，金属氧化度越高在焊接时金属粉末结合阻力越大，焊膏与焊盘及元件之间就越不浸润，从而导致可焊性降低。实验表明：焊锡珠的发生率与金属粉末的氧化度成正比。一般的，焊膏中的焊料氧化度应控制在0.05％以下，最大极限为0.15％。
c. 锡膏中金属粉末的粒度
锡膏中粉末的粒度越小，锡膏的总体表面积就越大，从而导致较细粉末的氧化度较高，因而焊锡珠现象加剧。我们的实验表明：选用较细颗粒度的锡膏时，更容易产生焊锡粉。
d. 锡膏中助焊剂的量及焊剂的活性
焊剂量太多，会造成锡膏的局部塌落，从而使锡珠容易产生。另外，焊剂的活性小时，焊剂的去氧化能力弱，从而也容易产生锡珠。免清洗锡膏的活性较松香型和水溶型锡膏要低，因此就更有可能产生锡珠。
e. 其它注意事项
此外，锡膏在使用前，一般冷藏在冰箱中，取出来以后应该使其恢复到室温后打开使用，否则，锡膏容易吸收水分，在再流焊锡飞溅而产生锡珠。
因此，锡膏品牌的选用(工程评估)及正确使用(完全依照锡膏使用管理办法)，直接影响锡珠的产生。
因素二：钢板(模板)的制作及开口
a. 钢板的开口
我们一般根据印制板上的焊盘来制作钢板（模板），所以钢板的开口就是焊盘的大小。在印刷锡膏时，容易把锡膏印刷到阻焊层上，从而在再流焊时产生锡珠。因此，我们可以这样来制作钢板，把钢板的开口比焊盘的实际尺寸减小10％，另外，可以更改开口的外形来达到理想的效果。
b. 钢板的厚度
锡膏在印制板上的印刷厚度。锡膏印刷后的厚度是漏板印刷的一个重要参数，通常在0.13mm-0.17mm之间。锡膏过厚会造成锡膏的“塌落”，促进锡珠的产生。
因素三：贴片机的贴装压力
如果在贴装时压力太高，锡膏就容易被挤压到元件下面的阻焊层上，在回流焊时锡膏熔化跑到元件的周围形成锡珠。解决方法可以减小贴装时的压力，并采用合适的钢板开口形式，避免锡膏被挤压到焊盘外边去。
因素四：炉温曲线的设置
锡珠是在印制板通过回流焊时产生的，在预热阶段使锡膏和元件及焊盘的温度上升到120C—150C之间，减小元器件在回流时的热冲击，在这个阶段，锡膏中的焊剂开始汽化，从而可能使小颗粒金属分开跑到元件的底下，在回流时跑到元件周围形成锡珠。在这一阶段，温度上升不能太快，一般应小于2.0C/s，过快容易造成焊锡飞溅，形成锡珠。所以应该调整回流焊的温度曲线，采取较适中的预热温度和预热速度来控制锡珠的产生。
其他外界因素的影响：
一般锡膏印刷时的最佳温度为25℃±3 ℃，湿度为相对湿度40%-60％，温度过高，使锡膏的黏度降低，容易产生“塌落”，湿度过高，锡膏容易吸收水分，容易发生飞溅，这都是引起锡珠的原因。另外，印制板暴露在空气中较长的时间会吸收水分，并发生焊盘氧化，可焊性变差。
二立碑问题分析及处理
矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为立碑。引起该种现象主要原因是锡膏熔化时元件两端受力不均匀所致。
T1 + T2 ＜T3
T1. 零件的重力使零件向下
T2. 零件下方的熔锡也会使零件向下
T3. 锡垫上零件外侧的熔锡会使零件向上
因素一：热效能不均匀，焊点熔化速率不同
我们设想在回流焊炉中有一条横跨炉子宽度的回流焊限线，一旦锡膏通过它就会立即熔化。片式矩形元件的一个端头先通过回流焊限线，锡膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液态表面张力；而另一端未达到183°C液相温度，锡膏未熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于再流焊锡膏的表面张力，因而，使未熔化端的元件端头向上直立。因此，保持元件两端同时进入回流焊限线，使两端焊盘上的锡膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，保持元件位置不变。
a. PCB pad大小不一，可使零件两端受热不均；
b. PCB pad分布不当（pad一端独立，另一端与大铜面共累）
因素二：元器件两个焊端或PCB焊盘的两点可焊性不均匀
因素三：在贴装元件时偏移过大，或锡膏与元件连接面太小
针对以上个因素，可采用以下方法来减少立碑问题：
①适当提高回流曲线的温度
②严格控制线路板和元器件的可焊性
③严格保持各焊接角的锡膏厚度一致
④避免环境发生大的变化
⑤在回流中控制元器件的偏移
⑥提高元器件角与焊盘上锡膏的之间的压力
三桥接问题
焊点之间有焊锡相连造成短路
产生原因：
①由于钢网开孔与焊盘有细小偏差，造成锡膏印刷不良有偏差
②锡膏量太多可能是钢网开孔比例过大
③锡膏塌陷
④锡膏印刷后的形状不好成型差
⑤回流时间过慢
⑥元器件与锡膏接触压力过大
解决方法：
①选用相对粘度较高的锡膏，一般来说，含量在85—87%之间桥连现象较多，至少合金含量要在90%以上。
②调整合适的温度曲线
③在回流焊之前检查锡膏与器件接触点是否合适
④调整钢网开孔比例（减少10%）与钢网厚度
⑤调整贴片时的压力和角度
四常见印刷不良的诊断及处理
渗锡：印刷完毕,锡膏附近有多余锡膏或毛刺
原因：刮刀压力不足, 刮刀角度太小, 钢板开孔过大, PCB PAD尺寸过小(与GEBER FILE內数据比较), 印刷未对准, 印刷机SNAP OFF设定不合理, PCB与钢板贴合不紧密, 锡膏粘度不足, PCB或钢板底部不干淨.
锡膏塌陷锡膏粉化：锡膏在PCB上的成型不良, 出现塌陷或粉化现象
原因: 锡膏內溶剂过多, 钢板底部擦拭時过多溶剂, 锡膏溶解在溶剂內, 擦拭纸不捲动, 锡膏品质不良, PCB印刷完毕在空气中放置時间过長, PCB溫度过高
锡膏拉尖(狗耳朵)：钢板开孔不光滑, 钢板开孔尺寸过小, 脫模速度不合理, PCB焊点受污染, 锡膏品质异常, 钢板擦拭不干淨
少锡：板子上锡膏量不足
原因: 钢板开孔尺寸不合理, 钢板塞孔, 钢板脏污, 脫模速度方式不合理。
五其他不良产生的鱼骨图（位移）：
零件吃锡不良
板子吃锡不良
REFLOW溫度设定不佳
锡膏性能不佳
人员作业未佩帶靜電手套
杂质在零件下
其它如: 撞板、堆叠、运送等均会造成SMT贴裝等过程中的不良发生率
其他不良产生的鱼骨图（空焊）：
锡膏印刷偏移
锡膏厚度不合理
贴片深度不合理
零件贴裝完成后PCB移动量过大,造成零件移动
锡膏抗垂流性不佳
锡膏粘度不足
锡膏金属含量不足
锡膏助焊剂功能不良
其他不良产生的鱼骨图（短路）：
其他不良产生的鱼骨图（反白）：
六來料拒焊的不良现象认识
6.1 零件拒焊现象识別
1) 现象特征:金属锡全部滯留在PCBPAD表面,形成拱形表面.零件吃锡面沒有金属锡爬升.
2) 根據造成零件拒焊原因分類为:
a 零件吃锡面氧化引起的零件拒焊现象
6.3 零件翘脚引起的空焊现象识別
1) 现象特征:零件脚有不同程度的翘起.金属锡均勻地分布在PCB PAD上并形成平稳光泽.
2) 零件翘脚引起的空焊现象识別有兩种表现形式.
a 零件脚局部翘起呈月形
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