专家答疑——为您解决SMT技术之道

问题1:接一客户的单作,PCB 很简单,上面有一个QFN,客户要求用有铅工艺生产,钢网,物料,PCB客户提供,生产中QFN开始有很多侧面引脚上锡不良,不良率40%!后来加氮气过Reflow,彻底没有不良了,但是客户未要求使用氮气过炉,请各位同行有过这方面经验的帮我分析,提些改善建议,相关资料如下:
1、锡膏为Sn63/Pb37 3号锡粉25-45um颗粒;
2、钢网为0.1mm厚,与PCB焊盘按1:1开口设计,钢网客户提供;
3、采用全自动印刷机,印刷OK!
4、贴装OK
5、有铅炉温测试Profile:
Heating Up Ratio: 1.3OC/Sec   25-140OC 85sec;
Soaking area:140-183OC 90sec
Reflow area: over 183OC 57sec, Peak temperature 225OC;
Cooling down ratio: -2C/Sec
Speed:800mm/sec
6、8温区回流炉,要求不使用氮气过回流焊;
刚开始过炉,QFN好多侧面引脚上锡不良,侧面看可以看到侧面的引脚外露;不良率:40%!
后来使用氮气过REFLOW,此元件上锡饱满,没有不良发生!
使用氮气减小了锡膏的表面张力,增强了润湿性能,但是客户没要求使用氮气,也不会为氮气买账,现请教大家在不更改钢网的情况下,有什么方法可以解决此类问题?
解答:通过你刚才说,初步判断:你们现在所用的锡膏的湿润性不够,要借助于氮气增加其湿润性。
解决方法:1.更换湿润行更好的锡膏;2.调整温度曲线,控制制程在合适的浸泡温度和时间。
问题2:我司最近贴片的主板,测试时有不开机现象,经分析,是CPU(BGA封装)虚焊了,手工加焊一下重新测试OK,一直查不到原因,出货的主板到客户手里面仍有反应用一久有不开机现象,请问到底是什么原因?我们现在是用的无铅工艺,料也是无铅的。
解答:这个问题的原因在于BGA 植球跟PCB焊盘没有真正的“焊接”而只是接触,当2个接面有接触时功能正常,但如果PCB稍有变形就造成2个接面分离,另外一个情形就是2个焊接面间未焊接, 同时由于PCB焊盘上印刷锡膏经回流焊后在焊锡表面残留助焊剂而产生隔绝,加焊后造成焊锡表面残留助焊剂消失, 使2个焊接界面再次接合,但这样的接合强度不足, 稍有外力就可能又造成断裂,改善这个问题要先确认锡膏印刷量是否足够,贴片压力及深度是否足够(在不造成锡桥的情况下), 另外把回流焊加热时间稍为拉长。
问题3:单面阻燃板波峰焊遇到的问题:单面阻燃板焊盘进行了钎锡合金处理,涂有阻焊剂,插件有多个继电器、IC座、电阻、电解电容、散热片和三极管,波峰焊后连锡严重。请教是助焊剂问题、温度问题、传输速度问题、锡的问题。
解答:如果是仅仅是连锡的话,你上面所说的都有可能,具体要具体分析,你可以试验做一下,可以的话做一个田口实验,应该可以很快找到最佳参数,同时提醒你,换一个PCB 的流向试一下。
问题4:什么叫做微波峰选择焊,他的主要配置方式以及一般所达到的精度和设计要求有哪些,如何与其他焊接设备搭配一起联线运作?
解答:起初,微波峰选择焊设备主要用于返修DIP器件。相对其它设备来说,它只适于返修小批量的产品,因此,长期以来,一直未引起人们广泛的关注。只是当遇到例如一些3-D问题需要处理时候,它才会从角落里被拉出来大显身手。
不过,随着片式化率不断提高,回流焊接后剩余的插装件低于15%时,人们觉得有必要唤醒微波峰焊接设备了。
相当多的公司已经开发了以微波峰焊接技术为基础的选择焊接设备,并力求使他们的客户相信选择焊接装备是无所不能的。尤其是在欧洲。确实,它们在实际应用中,表现出来了许多优异的特性。
当用微波峰焊接时,有两个典型的方式。
拖焊方式:微波峰焊接系统可以充当传统波峰焊系统来使用。在这种情况下,PCB被传送而经过微波峰系统,而且仅仅是那些需要焊接的区域会与波峰接触。参数完全按照传统波峰焊来设定。如:接触的角度保持在5°至7°之间;同时需考虑波峰离板速度、波峰与板的接触长度、浸入的深度、拖焊速度等其他的应用参数。在不更换喷嘴的情况下,通过板与微波峰的相对移动,可焊接多种不同的元件。
浸焊操作:此时,锡波位置应与要焊接的位置相对应。大多数应用中是通过布局多个微波峰喷嘴(最多10个)使之与PCB上的元件布局一一对应。焊接过程不是动态的,即:组件位于微波峰的上方,垂直降下浸入锡波之中。这种情况下,最重要的参数是:适当的定位、停留时间和分离速度。一旦更换产品,通常都必须更换喷嘴。
显而易见,这些微波峰不能完全模拟传统波峰的形态与特性。至于微波峰的焊接特性,特别是当PCB以传送方式进行拖焊时,是不够理想的。因此,喷嘴的优良设计与适当选材都是非常重要的。
精度:
在许多情况下,选择性地焊接元件的想法是产品投产后才考虑到的。所以,最初的版面设计没有考虑那种可能性,因此对尺寸的限制非常大。
焊接点与相邻元件的间隙公差应该是多少,实际上是很常见的问题。
这个间隙容差与2个参数有关:
微波峰的设计及PCB传送的准确性与重复性。
在实际应用中,会碰到相邻元件与焊接点的距离<1mm(.040 in.)。局限在如此狭小的空间时,可以用浸焊来完成。甚至突出板面很高的塑料连接器或其它元件都可以进行良好的焊接。这不仅仅是依赖正确的喷嘴设计,更多地依赖PCB传送的精确性。
目前市场上有几种传送方式可供选择。有传统的“直线式导轨”(大多价格较便宜);而更高级的传送方式是高精密度的机器手。这种机器手具有4-维甚至5-维的电控运动能力,经过可编程控制器的自由编程选择,可以如同“按按钮”般非常容易地从浸焊方式改为拖焊模式。不过,这种系统在更换产品时必须更换喷嘴系统,通常要花费几分钟时间。
显而易见,由于直线式可以同时进行喷雾、预热及焊接几个步骤,他们的单板焊接周期通常比带机器手的系统快捷。但是,由于速度加快了,灵活性却降低了。
机器手的重复性为<0.05 mm(<2 mil),速度为4.2 m/sec,保证制程速度和传送速度都有较宽的选择范围。
装在机器手上的抓板机构(gripper)则带来了另外一些特点。
抓板机构可分为通用型和定制型。定制型一般是为某种特殊情况设计,可以提高焊接效果,比如板边缘间隙过小的情况。
随着当今PCB的设计变得越来越复杂,同一块板的两面同时需要选择焊已是很普遍了。这时可在抓板机构上增加一个翻板装置就可以一次完成两面焊接。
喷嘴设计:
对于采用静止的还是流动的波峰,专家们颇有争议。不过在正确地选择喷嘴材料,获得合适的液态焊料与喷嘴间的“排斥角”(注),意见是一致的。这个角度在需要避开附近的元件时,能发挥良好的作用。另一方面,这个角度还能阻止锡渣飘浮于波峰,这种问题一旦出现,就会破坏小波峰。
谈到锡渣,微波峰焊中,一般不使用刮除方法,而是使用惰性气体来防止锡渣的产生:局部或区域使用氮气。局部充氮即只在波峰喷嘴周围分布氮气,当组件焊接时紧贴波峰,喷嘴周围的氮气便能紧密地包围焊接区域从而获得很好的效果。
区域使用惰性气体就好象是一个全通道的氮气系统,在整个区域上方设计了一个密封的氮气腔。以此可保证持续稳定而较低的含氧量。以上两种充氮方法,就焊点可靠性而言,是否可以获得同传统波峰焊设备使用氮气时一样的效果,还必须通过试验来确认。
高精度定位大多使用视觉系统,以局部基准点作参照物。置放深度(板下降高度)也必须加以控制,以确保精确的浸锡深度。经常性地监测波峰高度并进行反馈调节是一个非常有效的方法。在惰性气体环境下,此流程控制系统运作特别良好。
联线运作:
要完成的任务是在回流焊接之后,用选择焊接将几个剩余的元件和连接器焊接到板上,关键的因素是生产量。经过分析认为采用激光与微波峰相结合为最佳方案。这条线上用了3台选择焊设备:2台微波峰选焊和1台激光选焊。组件从回流焊出来之后,首先进入两台微波峰选焊设备,接着进入激光焊设备,完成一面焊接后经过翻板,焊接第二面。作激光焊接时,无需再加焊料,回流时已经在相应位置施加了足量的焊膏,激光焊头采用了扫描头形成一条激光束同时加热连接器的所有引脚。经过对组件可靠性和一般性能的测试,已证明了可以满足的公司的严格要求。
问题5:请问助焊剂喷涂方式和工艺因素主要有哪些?
解答:目前比较常用的助焊剂喷涂方式有:1. 超声喷涂:将频率大于20KHz的振荡电能通过压电陶瓷换能器转换成机械能,把焊剂雾化,经压力喷嘴到PCB上。
2. 丝网封方式:由微细,高密度小孔丝网的鼓旋转空气刀将焊剂喷出,由产生的喷雾,喷到PCB上。
3. 压力喷嘴喷涂:直接用压力和空气带焊剂从喷嘴喷出
助焊剂喷涂工艺因素:
★ 设定喷嘴的孔径,烽量,形状,喷嘴间距,避免重叠影响喷涂的均匀性。
★ 设定超声雾化器电压,以获取正常的雾化量.
★ 喷嘴运动速度的选择
★ PCB传送带速度的设定
★ 焊剂的固含量要稳定
★ 设定相应的喷涂宽度等等。