本文關(guān)鍵字：

前言

smt的組裝質(zhì)量與PCB焊盤(pán)設計有直接的、十分重要的關(guān)系。如果PCB焊盤(pán)設計正確，貼裝時(shí)少量的歪斜可以在再流焊時(shí)，由于熔融焊錫表面張力的作用而得到糾正(稱(chēng)為自定位或自校正效應);相反，如果PCB焊盤(pán)設計不正確，即使貼裝位置十分準確，再流焊后反而會(huì )出現元件位置偏移、吊橋等焊接缺陷。

關(guān)鍵詞：smt PCB焊盤(pán)

1、PCB焊盤(pán)設計

根據各種元器件焊點(diǎn)結構分析，為了滿(mǎn)足焊點(diǎn)的可靠性要求，PCB焊盤(pán)設計應掌握以下關(guān)鍵要素：

1.對稱(chēng)性——兩端焊盤(pán)必須對稱(chēng)，才能保證熔融焊錫表面張力平衡。

2.焊盤(pán)間距—確保元件端頭或引腳與焊盤(pán)恰當的搭接尺寸。焊盤(pán)間距過(guò)大或過(guò)小都會(huì )引起焊接缺陷。

3.焊盤(pán)剩余尺寸——元件端頭或引腳與焊盤(pán)搭接后的剩余尺寸必須保證焊點(diǎn)能夠形成彎月面。

4.焊盤(pán)寬度——應與元件端頭或引腳的寬度基本一致。

以矩形片式元件為例，圖5為焊盤(pán)結構示意圖。如果違反了設計要求，再流焊時(shí)就會(huì )產(chǎn)生焊接缺陷，而且PCB焊盤(pán)設計的問(wèn)題在生產(chǎn)工藝中是很難甚至是無(wú)法解決的。例如：

1.當焊盤(pán)間距G過(guò)大或過(guò)小時(shí)，再流焊時(shí)由于元件焊端不能與焊盤(pán)搭接交疊，會(huì )產(chǎn)生吊橋、移位。

2.當焊盤(pán)尺寸大小不對稱(chēng)(見(jiàn)圖7)，或兩個(gè)元件的端頭設計在同一個(gè)焊盤(pán)上時(shí)(見(jiàn)圖8)，由于表面張力不對稱(chēng)，也會(huì )產(chǎn)生吊橋、移位。

3.導通孔設計在焊盤(pán)上，焊料會(huì )從導通孔中流出，會(huì )造成焊膏量不足(見(jiàn)圖9)

(二)焊膏質(zhì)量及焊膏的正確使用

焊膏中的金屬微粉含量、金屬粉末的含氧量、粘度、觸變性都有一定要求。

如果焊膏金屬微粉含量高，再流焊升溫時(shí)金屬微粉隨著(zhù)溶劑、氣體蒸發(fā)而飛濺，如金屬粉末的含氧量高，還會(huì )加劇飛濺，形成錫珠。此外，如果焊膏粘度過(guò)低或焊膏的保形性(觸變性)不好，印刷后焊膏圖 形會(huì )塌陷，甚至造成粘連，再流焊時(shí)也會(huì )形成錫珠、橋接等焊接缺陷。

焊膏使用不當，例如從低溫柜取出焊膏直接使用，由于焊膏的溫度比室溫低，產(chǎn)生水汽凝結，即焊膏吸收空氣中的水分，攪拌后使水汽混在焊膏中，再流焊升溫時(shí)，水汽蒸發(fā)帶出金屬粉末，在高溫下水汽會(huì )使金屬粉末氧化，飛濺形成錫珠，還會(huì )產(chǎn)生潤濕不良等問(wèn)題。

(三)元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤(pán)質(zhì)量

當元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤(pán)氧化或污染，或印制板受潮等情況下，再流焊時(shí)會(huì )產(chǎn)生潤濕不良、虛焊，錫珠、空洞等焊接缺陷。

(四)焊膏印刷質(zhì)量

據資料統計，在PCB設計正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下，表面組裝質(zhì)量問(wèn)題中有70%的質(zhì)量問(wèn)題出在印刷工藝。印刷位置正確與否(印刷精度)、焊膏量的多少、焊錫量是否均勻、焊膏圖形是否清晰有無(wú)粘連、印制板表面是否被焊膏粘污等都直接影響表面組裝板的焊接質(zhì)量。

影響印刷質(zhì)量的因素很多，主要有以下因素：

1.首先是模板質(zhì)量

模板印刷是接觸印刷，因此模板厚度與開(kāi)口尺寸確定了焊膏的印刷量。焊膏量過(guò)多會(huì )產(chǎn)生橋接，焊膏量過(guò)少會(huì )產(chǎn)生焊錫不足或虛焊。模板開(kāi)口形狀以及開(kāi)口是否光滑也會(huì )影響脫模質(zhì)量。模板開(kāi)口一定要喇叭口向下，否則脫模時(shí)會(huì )從喇叭口倒角處帶出焊膏。

2.其次是焊膏的粘度、印刷性(滾動(dòng)性、轉移性)、觸變性、常溫下的使用壽命等都會(huì )影響印刷質(zhì)量。如果焊膏的印刷性不好，嚴重焊膏只是在模板上滑動(dòng)，這種情況下是根本印不上焊膏的。 
3.印刷工藝參數

焊膏是觸變流體，具有粘性。當刮刀以一定速度和角度向前移動(dòng)時(shí)，對焊膏產(chǎn)生一定的壓力，推動(dòng)焊膏在刮板前滾動(dòng)，產(chǎn)生將焊膏注入網(wǎng)孔或漏孔所需的壓力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板與網(wǎng)板交接處產(chǎn)生切變，切變力使焊膏的粘性下降，有利于焊膏順利地注入網(wǎng)孔或漏孔。

刮刀速度、刮刀壓力、刮刀與網(wǎng)板的角度以及焊膏的粘度之間都存在一定的制約關(guān)系，因此只有正確控制這些參數，才能保證焊膏的印刷質(zhì)量。例如刮刀壓力過(guò)大，印刷時(shí)會(huì )造成焊膏圖形粘連;印刷速度過(guò)快容易造成焊膏量不足。如沒(méi)有及時(shí)將模板底部的殘留焊膏檫干凈，印刷時(shí)使焊膏粘污焊盤(pán)以外的地方等等，這些因素都會(huì )引起橋接、虛焊、錫珠等焊接缺陷。

4.設備精度方面

在印刷高密度窄間距產(chǎn)品時(shí)，印刷機的印刷精度和重復印刷精度也會(huì )起一定的作用，如果印刷機沒(méi)有配置視覺(jué)對中系統，即使人工圖形對準時(shí)很精細，PCB的焊盤(pán)圖形與模板漏孔圖形完全重合，但對于PCB的加工誤差還是無(wú)法解決的。

5.對回收焊膏的使用與管理，環(huán)境溫度、濕度、以及環(huán)境衛生，對焊點(diǎn)質(zhì)量都有影響?；厥盏暮父嗯c新焊膏要分別存放，環(huán)境溫度過(guò)高會(huì )降低焊膏粘度，濕度過(guò)大時(shí)焊膏會(huì )吸收空氣中的水分，濕度過(guò)小時(shí)會(huì )加速焊膏中溶劑的揮發(fā)，環(huán)境中灰塵混入焊膏中會(huì )使焊點(diǎn)產(chǎn)生針孔。

(五)貼裝元器件

貼裝質(zhì)量的三要素：元件正確、位置準確、壓力(貼片高度)合適。

1.元件正確——要求各裝配位號元器件的類(lèi)型、型號、標稱(chēng)值和櫥極性等特征標記要符合產(chǎn)品的裝配圖和明細表要求，不能貼錯位置。

2.位置準確——元器件的端頭或引腳均和焊盤(pán)圖形要盡量對齊、居中。

元器件貼裝位置要滿(mǎn)足工藝要求。因為兩個(gè)端頭Chip元件自定位效應的作用比較大，貼裝時(shí)元件長(cháng)度方向兩個(gè)端頭只要搭接到相應的焊盤(pán)上，寬度方向有1/2搭接在焊盤(pán)上，再流焊時(shí)就能夠自定位，但如果其中一個(gè)端頭沒(méi)有搭接到焊盤(pán)上，再流焊時(shí)就會(huì )產(chǎn)生移位或吊橋：而對于SOP、SOJ、QFP、PLCC等器件的自定位作用比較小，貼裝偏移是不能通過(guò)再流焊糾正的。因此貼裝時(shí)必須保證引腳寬度的3/4處于焊盤(pán)上，引腳的趾部和跟部也應在焊盤(pán)上。如果貼裝位置超出允許偏差范圍，必須進(jìn)行人工撥正后再進(jìn)入再流焊爐焊接。否則再流焊后必須返修，會(huì )造成工時(shí)、材料浪費，甚至會(huì )影響產(chǎn)品可靠性。生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現貼裝位置超出允許偏差范圍時(shí)應及時(shí)修正貼裝坐標。

手工貼裝時(shí)要求貼裝位置準確，引腳與焊盤(pán)對齊，居中，切勿貼放不準，在焊膏上拖動(dòng)找正，以免焊膏圖形粘連，造成橋接。

3.壓力(貼片高度)——貼片壓力(高度)要恰 當合適，元器件焊端或引腳不小于1/2厚度要浸入焊膏。對于—般元器貼片時(shí)的焊膏擠出量(長(cháng)度)應小于0.2mm，對于窄間距元器件貼片時(shí)的焊膏擠出量(長(cháng)度)應小于0.1mm。貼片壓力過(guò)小，元器件焊端或引腳浮在焊膏表面，焊膏粘不住元器件，在傳遞和再流焊時(shí)容易產(chǎn)生位置移動(dòng)。此外，由于z軸高度過(guò)高，貼片時(shí)元件從高處扔下，會(huì )造成貼片位置偏移。貼片壓力過(guò)大，焊膏擠出量過(guò)多，容易造成焊膏粘連，再流焊時(shí)容易產(chǎn)生橋接，嚴重時(shí)還會(huì )損壞元器件。

(六)再流焊溫度曲線(xiàn)

溫度曲線(xiàn)是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，實(shí)時(shí)溫度曲線(xiàn)和焊膏溫度曲線(xiàn)的升溫斜率和峰值溫度應基本—致。160℃前的升溫速度控制在1℃/s—2℃/s。如果升溫斜率太大，一方面使元器件及PCB受熱太陜，易損壞元器件，易造成PCB變形。另一方面，焊膏中的溶劑揮發(fā)速度太快，容易濺出金屬成份，產(chǎn)生錫珠;峰值溫度一般設定在比焊膏金屬熔點(diǎn)高30℃~40℃左右(例如63Sn/37Pb焊膏的熔點(diǎn)為183℃，峰值溫度應設置在215℃左右)，再流時(shí)間為30s~60s。峰值溫度低或再流時(shí)間短，會(huì )使焊接不充分，嚴重時(shí)會(huì )造成焊膏不熔。峰值溫度過(guò)高或再流時(shí)間長(cháng)，造成金屬粉末氧化，影響焊接質(zhì)量，甚至會(huì )損壞元器件和印制板。 
設置再流焊溫度曲線(xiàn)的依據：

1.根據使用焊膏的溫度曲線(xiàn)進(jìn)行設置。不同金屬含量的焊膏有不同的溫度曲線(xiàn)，應按照焊膏加工廠(chǎng)提供的溫度曲線(xiàn)進(jìn)行設置具體產(chǎn)品的再流焊溫度曲線(xiàn)。

2.根據PCB板的材料、厚度、是否是多層板和尺寸大小設置。

3.根據表面組裝板搭載元器件的密度、元器件的大小以及有無(wú)bga、CSP等特殊元器件進(jìn)行設置。

4.根據設備的具體情況，例如加熱區的長(cháng)度、加熱源的材料、再流焊爐的構造和熱傳導方式等因素進(jìn)行設置。

熱風(fēng)爐和紅外爐有很大區別，紅外爐主要是輻射傳導，其優(yōu)點(diǎn)是熱效率高，溫度陡度大，易控制溫度曲線(xiàn)，雙面焊時(shí)PCB上、下溫度易控制;其缺點(diǎn)是溫度不均勻。在同—塊PCB上由于器件的顏色和大小不 同、其溫度就不同。為了使深顏色器件周?chē)暮更c(diǎn)和大體積元器件達到焊接溫度，必須提高焊接溫度。

熱風(fēng)爐主要是對流傳導。其優(yōu)點(diǎn)是溫度均勻、焊接質(zhì)量好;缺點(diǎn)是PCB上、下溫差以及沿焊接爐長(cháng)度方向溫度梯度不易控制。目前許多熱風(fēng)爐在對流方式上采取了一些改進(jìn)措施，例如小對流方式、采用各溫區獨立調節風(fēng)量、在爐子下面采用制冷手段等，以保證爐子上、下和長(cháng)度方向的溫度梯度。以達到工藝曲線(xiàn)的要求。

5.還要根據溫度傳感器的實(shí)際位置來(lái)確定各溫區的設置溫度，若溫度傳感器位置在發(fā)熱體內部，設置溫度比實(shí)際溫度高近—倍左右，若溫度傳感器位置在爐體內腔的頂部或底部，設置溫度比實(shí)際溫度高30℃左右。

6.還要根據排風(fēng)量的大小進(jìn)行設置，一般再流焊爐對排風(fēng)量都有具體要求，但實(shí)際排風(fēng)量因各種原因有時(shí)會(huì )有所變化，確定一個(gè)產(chǎn)品的溫度曲線(xiàn)時(shí)，因考慮排風(fēng)量，并定時(shí)測量。

7.環(huán)境溫度對爐溫也有影響，特別是加熱溫區較短、爐體寬度窄的再流焊爐，爐溫受環(huán)境溫度影響較大，因此在再流焊爐進(jìn)出口處要避免對流風(fēng)。

(七)再流焊設備的質(zhì)量

再流焊質(zhì)量與設備有著(zhù)十分密切的關(guān)系。影響再流焊質(zhì)量的主要參數：

1.溫度控制精度應達到±0.1-0.2℃(溫度傳感器的靈敏度要滿(mǎn)足要求)。

2.傳輸帶橫向溫差要求±5℃以下，否則很難保證焊接質(zhì)量。

3.傳送帶寬度要滿(mǎn)足大PCB尺寸要求。

4.加熱區長(cháng)度——加熱區長(cháng)度越長(cháng)、加熱區數量越多，越容易調整和控制溫度曲線(xiàn)。—般中小批量生產(chǎn)選擇4-5溫區，加熱區長(cháng)度1.8m左右即能滿(mǎn)足要求。另外上、下加熱器應獨立控溫，便以調整和控制溫度曲線(xiàn)。

5.高加熱溫度一般為300-350℃，如果考慮無(wú)鉛焊料或金屬基板，應選擇350℃以上。

6.傳送帶運行要平穩，傳送帶震動(dòng)會(huì )造成移位、從以上分析可以看出，再流焊質(zhì)量與PCB焊盤(pán)設計、元器件可焊性、焊膏質(zhì)量、印制電路板的加工質(zhì)量、生產(chǎn)線(xiàn)設備、以及smt每道工序的工藝參數、甚至與操作人員的操作都有密切的關(guān)系。同時(shí)也可以看出PCB設計、PCB加工質(zhì)量、元器件和焊膏質(zhì)量是保證再流焊質(zhì)量的基礎，因為這些問(wèn)題在生產(chǎn)工藝中是很難甚至是無(wú)法解決的。