SMT焊接缺陷研究

胥路平，李 軍

（中國工程物理研究院電子工程研究所 621900）

0 引言

表面組裝技術(shù)（Surface Mount Technology,SMT）作為先進(jìn)的電子產(chǎn)品組裝技術(shù)，經(jīng)過數(shù)十年的不斷發(fā)展和完善，取得了巨大的發(fā)展，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。表面組裝技術(shù)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也還存在一些缺點(diǎn)和不足。在理想狀況下，人們希望從PCB板生產(chǎn)階段開始，到清洗工序結(jié)束，不產(chǎn)生任何質(zhì)量問題，然而這是很難做到的。由于SMT生產(chǎn)工序較多，不可能保證每道工序不出現(xiàn)一點(diǎn)差錯(cuò)，因此，在SMT生產(chǎn)過程中常常會(huì)出現(xiàn)一些裝配缺陷，尤其是焊接缺陷，它直接影響組件甚至產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。只有對其進(jìn)行正確地分析，了解其產(chǎn)生的主要原因，才能正確的處理，從而防止焊接缺陷的產(chǎn)生。

本文討論在表面組裝環(huán)節(jié)中的焊接缺陷類型，分析它們的主要產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防或處理措施。

1 焊接缺陷檢測

SMT的焊接缺陷基本都由焊點(diǎn)反映出來，因此要判斷是否有焊接缺陷產(chǎn)生，可以運(yùn)用規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來衡量焊點(diǎn)是否符合要求，若不符合要求則可判定為焊接缺陷。簡易可行的判斷方法是通過人眼或簡單的光學(xué)放大系統(tǒng)對焊點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)完整性分析。可以接受的焊點(diǎn)一般具有表面光潔、外觀完整、位置正確、焊料充足、潤濕良好、具有明顯的彎月反射面等特點(diǎn)；不合格的焊點(diǎn)一般具有表面粗糙、外觀畸形、位置偏斜、焊料太多或太少、潤濕不良、沒有明顯的彎月反射面。

焊點(diǎn)人工視覺檢查應(yīng)在表面組裝電路板回流焊或波峰焊之后、通孔元件手工焊之前進(jìn)行。以避免通孔元件對表面組裝焊點(diǎn)的遮掩而影響焊點(diǎn)的觀察。

在焊點(diǎn)的檢查中我們可以看到，J型引線焊點(diǎn)由于焊點(diǎn)主根部在外側(cè)，容易觀察和修復(fù)；翼形引線焊點(diǎn)，由于焊點(diǎn)主根部在內(nèi)側(cè)，不易觀察和修復(fù)，我們只能通過檢查焊點(diǎn)趾部的潤濕情況來判斷焊點(diǎn)是否可以接受，因此容易放過趾部已潤濕而主根部未潤濕的邊界焊點(diǎn)。還有一些被元件本體遮蔽而不可視的焊點(diǎn)不能直接進(jìn)行人工視覺檢查，我們只能通過工藝控制或其他焊點(diǎn)檢查方法來控制這些焊點(diǎn)的質(zhì)量。

在焊點(diǎn)檢查中對發(fā)現(xiàn)的不合格焊點(diǎn)應(yīng)按照正確的操作工藝即時(shí)地予以修復(fù)，同時(shí)也要避免焊點(diǎn)維修的盲目性，對那些已經(jīng)檢查確定合格的焊點(diǎn)，不要盲目地進(jìn)行維修，因?yàn)槿魏魏更c(diǎn)的維修都會(huì)對電路的可靠性附帶產(chǎn)生不利的影響，如熱沖擊和焊劑污染等。

2 焊接缺陷分析與處理

SMT中常見的焊接缺陷有：片式元件大量移位、焊錫球、曼哈頓現(xiàn)象、IC引腳橋接、冷焊、邊界焊點(diǎn)、焊點(diǎn)焊料過量、元件引腳未濕潤、抽芯、焊點(diǎn)或元件開裂和引腳漏焊。下面對這些焊接缺陷的表現(xiàn)形式，缺陷的危害以及產(chǎn)生缺陷的原因進(jìn)行分析，并提出這些焊接缺陷的預(yù)防處理措施。

片式元件大量移位，表現(xiàn)形式是：目視可見許多小型片式元件偏離或遠(yuǎn)離焊盤，伴有曼哈頓現(xiàn)象和焊錫球產(chǎn)生。該焊接缺陷的危害是：導(dǎo)致電路開路。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：回流焊爐爐溫曲線設(shè)置不當(dāng)，焊膏回流焊時(shí)溶劑沸騰濺射引起元件移位。為了避免產(chǎn)生該焊接缺陷，應(yīng)當(dāng)調(diào)整回流焊工藝；充分干燥焊膏、人工焊接移位元件并清除濺射的焊料。

焊錫球，表現(xiàn)形式是：通過低倍放大鏡可見焊點(diǎn)周圍有許多微小的焊球。該焊接缺陷的危害是：短路、虛焊，以及焊料球污染電路板。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：焊膏質(zhì)量差；回流焊工藝與焊膏性能不相適應(yīng)；焊盤氧化嚴(yán)重。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：使用能抑制焊料球產(chǎn)生的焊膏；調(diào)整回流焊工藝參數(shù)使之與焊膏特性相適應(yīng)；改善印制板的可焊性；人工去除焊料球并維修焊點(diǎn)。

曼哈頓現(xiàn)象，表現(xiàn)形式是：通過目視可見片式元件一端脫離焊盤或直立。該焊接缺陷的危害是：導(dǎo)致電路開路。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因 素是：焊盤設(shè)計(jì)不規(guī)范；焊前元件貼裝位置偏差大；元件兩端升溫不均勻。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：按規(guī)范設(shè)計(jì)焊盤；提高元件貼裝位置精度；人工維修焊點(diǎn)。

IC引腳橋接，表現(xiàn)形式是：通過低倍放大鏡可見細(xì)間距IC引線之間有焊料橋聯(lián)。該焊接缺陷的危害是：短路和虛焊。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：焊膏印刷太厚、橋印、元件貼裝位置偏差大。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：減少焊膏印刷模板厚度；減少印刷間隙和重印次數(shù)；提高貼片精度；人工維修焊點(diǎn)。

冷焊，表現(xiàn)形式是：通過目視可見焊點(diǎn)發(fā)黑，焊膏未完全熔化。該焊接缺陷的危害是：虛焊和短路。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：回流焊參數(shù)錯(cuò)誤；焊接溫度太低，傳送速度太快，印制板相隔太近。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：嚴(yán)格按照焊膏生產(chǎn)廠家提供的或經(jīng)試驗(yàn)認(rèn)可的回流焊溫度曲線焊接電路板。

邊界焊點(diǎn)，表現(xiàn)形式是：通過低倍放大鏡可見焊點(diǎn)焊料不足，主根部沒有焊料濕潤。該焊接缺陷的危害是：焊點(diǎn)可焊性差、虛焊。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：焊膏印刷薄，焊料已丟失，元件引腳異面，元件可焊性差焊盤設(shè)計(jì)不合理。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：增加模板厚度；加大焊膏印刷間隙；控制好元器件質(zhì)量；改善印制板焊盤設(shè)計(jì)；防止焊料丟失；人工維修邊界焊點(diǎn)。

焊點(diǎn)焊料過量，表現(xiàn)形式是：通過目視可見焊點(diǎn)焊料突出，焊料高度超過了元件焊端高度。該焊接缺陷的危害是：焊點(diǎn)可靠差、引發(fā)電路故障。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：焊膏印刷太厚。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：改進(jìn)焊膏印刷質(zhì)量、人工去除焊點(diǎn)上多余的焊料。

元件引腳未濕潤，表現(xiàn)形式是：通過低倍放大鏡可見焊料能濕潤焊盤，但不能濕潤元件引腳，焊點(diǎn)表面沒有彎月反射面，濕潤角大于90°。該焊接缺陷的危害是：虛焊、開路。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：元件引腳氧化嚴(yán)重，元件引腳已被污物污染。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：保證元件可焊性，防止元件被異物污染，人工維修焊點(diǎn)。

抽芯，表現(xiàn)形式是：通過低倍放大鏡可見，焊點(diǎn)焊料不是集中在元件引線與焊盤接觸的地方，而是集中在元件的上部焊料能濕潤元件引線而沒有濕潤焊盤。該焊接缺陷的危害是：虛焊、開路。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：印制板可焊性差；焊盤和元件引線回流焊時(shí)溫差大。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：改善印制板可焊性；調(diào)整回流焊工藝，充分預(yù)熱印制板，縮小焊盤與元件引線之間的溫差。

焊點(diǎn)或元件開裂，表現(xiàn)形式是：通過低倍放大鏡可見焊點(diǎn)或元件有裂紋或開裂。該焊接缺陷的危害是：開路。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：印制板變形、檢測探針沖擊焊點(diǎn)、焊接熱沖擊元件、焊接前元件已經(jīng)開裂。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：印制板和元器件在貼裝前進(jìn)行干燥處理；避免印制板在運(yùn)輸、存放、安裝中變形；避免檢測探針強(qiáng)烈沖擊焊點(diǎn)；防止元件在貼裝中產(chǎn)生裂紋；人工維修開裂焊點(diǎn)，更換開裂元件。

引腳漏焊，表現(xiàn)形式是：通過目視可見元件引腳與焊盤之間未形成機(jī)械和電氣化接觸。該焊接缺陷的危害是：開路。導(dǎo)致該焊接缺陷的可能因素是：元件引腳已損傷或元件引腳共面性差、焊盤設(shè)計(jì)不當(dāng)，元件貼裝位置偏差大。針對該焊接缺陷的預(yù)防處理措施是：控制好元件入庫質(zhì)量；防止元件引腳在使用中損壞。

[1]顧藹云.SMT制造工藝[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[2]胡建明.提高SMT焊接質(zhì)量的方法與措施[J].科學(xué)咨詢,2009(5):50-51.

[3]周德儉,吳兆華,李春泉.SMT產(chǎn)品組裝質(zhì)量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2008,30(3):52-56.

[4]謝青松,趙立博.SMT表面貼裝技術(shù)工藝應(yīng)用與探討[J].船電技術(shù),2009,29(10):36-38.

[5]徐向榮.電子元器件表面組裝工藝質(zhì)量改進(jìn)研究[D].蘇州:蘇州大學(xué),2010.

[6]彭勇,王萬剛,劉新.回流焊缺陷成因及其解決對策的研究[J].熱加工工藝,2011(1):149-153.

[7]賈小平,任博成.SMT生產(chǎn)線制程工藝控制細(xì)則[J].電子工藝技術(shù),2011(4):210-211.

[8]齊成.SMT工藝技術(shù)要點(diǎn)和缺陷的處理[J].印制電路信息,2011(8):62-67.