SMT質量控制

胥路平，李軍

（中國工程物理研究院 電子工程研究所，四川 綿陽 621900）

0 引 言

隨著電子產業的蓬勃發展，集成電路在尺寸、種類、形態結構等方面有了很大的變化。由于電子行業對電子產品小型化的追求，表面貼裝技術（SMT）越來越普及，表面貼片封裝形式也逐漸成為業界的主流。表貼器件的采用使得電子產品的體積縮小，重量減輕，可靠性提高。同時也使得生產流程自動化，提高了生產效率、降低了生產成本。與此同時，市場對SMT 產品的質量要求日益增高，SMT 質量控制越來越成為大家關注和研究的熱點。針對不同的產品，SMT 裝配過程采用不同的流程。雖然存在多種不同的裝配流程，但是最主要的裝配流程還是：印制板絲印焊膏→貼片→回流焊接。本文基于該SMT 裝配流程的實際情況，探討SMT 生產的質量相關控制技術。

1 SMT 裝配前質量控制

分析印制板絲印焊膏→貼片→回流焊接這個流程，可以看到影響SMT 產品質量的因素主要有：絲印模板、PCB 板、表貼元件、焊膏、裝配工藝等。針對這個裝配流程，除了需要在絲印、貼片后設置檢測點以及采取措施控制回流焊接質量外，為了控制SMT 產品的質量，還需要在裝配前對元件、PCB 板和絲印模板等進行檢測。

對表貼元件，要對其進行外觀檢驗，重點是檢查元件的焊端表面層有無氧化變色現象，檢查表貼元件，尤其是表貼集成電路的共面性。通過檢驗將存在焊端變形，尺寸超差和可焊性差的元件篩除，以保證SMT 裝配質量。

對進行SMT 裝配的PCB 板的質量應有如下的要求：PCB 板焊前翹曲度小于0.005；PCB 板需采用熱風整平，焊盤上焊料涂覆均勻平整；阻焊需與焊盤對應，焊盤上不得存在阻焊。

焊膏使用環境溫度為20～25 ℃，相對濕度為30%～60%。平時應密封保存在冰箱里。使用前從冰箱取出后，放置使其達到室溫，并使得焊膏中的水分完全干燥后方可使用。使用前要充分攪拌。

另外，裝配前還需要對絲印模板進行檢查，檢查其是否平整，整潔。各漏印孔幾何形狀是否規則以及它們的一致性是否符合要求，必要時需對絲印模板進行清潔。

2 焊膏絲印過程控制

焊膏絲印是使用印刷機，通過印刷模板，將焊膏漏印到印制電路板焊盤上的過程。焊膏絲印涉及到較為復雜的工藝控制，焊膏絲印效果與工藝控制參數有直接關系。主要的工藝控制參數有：印刷速度、印刷壓力、印刷距離、脫模距離、脫模速度、焊膏黏性和模板潔凈度等。通過對絲印過程中的因素進行控制，可以防止在絲印中出現常見的缺陷。

焊膏絲印常見的缺陷有：

1）焊膏塌落。表現形式是焊膏圖形不清晰，邊緣不齊整或塌落。導致該焊接缺陷的可能因素：焊膏質量差或印刷間隙過大、印刷壓力過大。

2）焊膏連印。表現形式是相臨焊膏之間連接成片。導致該焊接缺陷的可能因素：模板反復印刷。

3）焊膏錯位。表現形式：焊膏圖形與焊盤不重合。導致該焊接缺陷的可能因素：模板對位不準。

4）焊膏厚度過大。表現形式是局部或全部焊盤焊膏超厚或焊膏大量堆集，表面不平整，圖形不清晰。導致該焊接缺陷的可能因素：模板厚度過大、開孔尺寸過大或印刷間隙偏大、印刷速度偏慢。

5）焊膏厚度過小。表現形式是印制板上的焊膏圖形非常薄，厚度小于規定的要求。導致該焊接缺陷的可能因素：模板過薄、焊膏流動性差。

6）焊膏漏印。表現形式是部分焊盤沒有焊膏覆蓋或焊膏覆蓋不完整。導致該焊接缺陷的可能因素：模板開孔堵塞或印刷速度過快、印刷壓力過小。

7）焊膏覆蓋不足。表現形式是印制板焊盤同側缺少焊膏或焊膏呈斜坡狀。導致該焊接缺陷的可能因素：模板開孔堵塞或印刷速度過快、印刷壓力過小。

從上面分析的產生缺陷的原因可以看出，為了保證焊膏絲印的質量，防止缺陷的產生，需要做到如下幾點：a.根據SMT 產品的實際情況選用厚度適宜的絲印模板；b.合理設置絲印機的工藝參數：印刷速度、印刷壓力等；c.對絲印模板要及時進行清洗，防止開孔堵塞。

3 貼片過程控制

貼片是使用貼片機將表貼元件帖覆在對應位置的過程。該過程涉及的主要設備是貼片機。影響貼片質量的因素主要有：元器件、貼片位置和貼片的壓力。

對于貼片元件而言，應當選擇合適的元器件，注意元器件的大小尺寸符合要求，元器件的重心位于其幾何中心處。

對于貼片位置而言，焊盤設計應符合業界規范。焊盤設計應對稱、大小相同。焊盤表面光亮整潔。

貼片壓力是影響貼片的重要工藝控制參數。通常而言，貼片壓力與貼片高度呈線性的關系。同時貼片壓力因為元器件的不同而不同，隨著元器件體積和質量的增大，其對應的貼片壓力也在加大。設定貼片壓力時還得考慮印制板的形變因素。

現今的貼片機主要采用負壓來吸取元器件，因此設置吸取元器件的負壓應當保證穩定吸取元器件并能適應貼片頭的運動。當元器件被貼覆到對應位置后應盡快清除負壓。

貼片過程中常見的缺陷是貼片不準確，造成該缺陷的可能因素是以上所述的元器件和貼片工藝參數等。因此，控制元器件質量，合理設置貼片機工藝參數即能基本杜絕貼片缺陷的產生。

4 回流焊接過程控制

回流焊接是使用回流焊爐將元器件焊接在對應焊盤上的過程。回流焊接是SMT 裝配過程中最復雜的環節，焊接質量與工藝控制參數有直接關系。

SMT 中常見的焊接缺陷有：

1）焊錫球。表現形式是通過低倍放大鏡可見焊點周圍有許多微小的焊球。該焊接缺陷的危害：短路、虛焊以及焊料球污染電路板。導致該焊接缺陷的可能因素是焊膏質量差；回流焊工藝與焊膏性能不相適應；焊盤氧化嚴重。針對該焊接缺陷的預防處理措施是使用能抑制焊料球產生的焊膏；調整回流焊工藝參數使之與焊膏特性相適應；改善印制板的可焊性；人工去除焊料球并維修焊點。

2）曼哈頓現象，表現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：導致電路開路。導致該焊接缺陷的可能因素是焊盤設計不規范；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防處理措施是按規范設計焊盤；提高元件貼裝位置精度；人工維修焊點。

3）IC 引腳橋接。表現形式是通過低倍放大鏡可見細間距IC 引線之間有焊料橋聯。該焊接缺陷的危害：短路和虛焊。導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防處理措施：減少焊膏印刷模板厚度；減少印刷間隙和重印次數；提高貼片精度；人工維修焊點。

4）冷焊。表現形式是通過目視可見焊點發黑，焊膏未完全熔化。該焊接缺陷的危害：虛焊和短路。導致該焊接缺陷的可能因素是回流焊參數錯誤；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防處理措施：嚴格按照焊膏生產廠家提供的或經試驗認可的回流焊溫度曲線焊接電路板。

5）邊界焊點。表現形式是通過低倍放大鏡可見焊點焊料不足，主根部沒有焊料濕潤。該焊接缺陷的危害：焊點可焊性差、虛焊。導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計不合理。針對該焊接缺陷的預防處理措施是增加模板厚度；加大焊膏印刷間隙；控制好元器件質量；改善印制板焊盤設計；防止焊料丟失；人工維修邊界焊點。

6）焊點焊料過量。表現形式是通過目視可見焊點焊料突出，焊料高度超過了元件焊端高度。該焊接缺陷的危害：焊點可靠差、引發電路故障。導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防處理措施是改進焊膏印刷質量，人工去除焊點上多余的焊料。

7）元件引腳未濕潤。表現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，焊點表面沒有彎月反射面，濕潤角大于90°。該焊接缺陷的危害：虛焊、開路。導致該焊接缺陷的可能因素是元件引腳氧化嚴重，元件引腳已被污物污染。針對該焊接缺陷的預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。

5 結 語

作為先進的電子裝聯技術，SMT 可以改善產品性能，促進電子產品升級換代，利于實現產品規模化生產，降低生產成本，提高經濟效益。為了保證SMT 產品的質量，本文針對主要的SMT 生產流程，探討了在裝配前準備、焊膏絲印、貼片和回流焊接各環節中的質量控制措施。在未來的研究工作中，需要對質量控制措施進行進一步細化。

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