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回流焊接中沾锡粒,竖立,短路等不良产生原因和改善方法 发布时间:2022-01-26 阅读人数:

在回流焊接中,由于设置不当会出现一些严重影响焊接质量和品质的问题,比如沾锡粒、竖立和短路等。本文重点说明这些不良产生的原因以及解决此类不良的改善方法。

回流焊接不良及改善

(一)沾锡粒。这一现象采用适当的预热温度与预热速度可有效控制。

回流焊接中出现的沾锡粒,常常处于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间,它的形成有多个方面的原因:

一方面,在元件贴装过程中,锡膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间,随着PCB穿过回流炉,锡膏熔化变成液体,如果与焊盘和元件引脚等润湿不良,液态焊锡会因收缩而使所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点,部分液态焊锡从焊缝流出,形成锡粒。因此,焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡粒形成的根本原因,为此我们除了在设计上改善焊盘及部品电极的润湿性外,必须有效的控制助焊剂的预热温度及时间,以提高助焊剂的活化性能。

另外在预热阶段,伴随除去锡膏中易挥发溶剂的过程,锡膏内部会发生气化现象,有的被挤到Chip元件下面,回流时这部分锡膏也会熔化,而后从片状阻容元件下挤出,形成锡珠。由其形成过程可见,预热温度越高,预热速度越快,就会加大气化现象中锡膏飞溅的可能,就越易形成锡珠。同时温度越高,焊锡的氧化会加速、焊锡粉表面的氧化膜会阻止焊锡粉之间很好地熔融为一体,会产生锡粒。这一现象采用适当的预热温度与预热速度可有效控制。

锡膏的回流是温度与时间的函数,如果未到达足够的温度或时间,锡膏就不会回流。预热区温度上升速度过快,达到持平温度的时间过短,使锡膏内部的水分、溶剂未完全挥发出来,到达回流焊温区时,引起水分、溶剂沸腾,溅出焊锡粒。实践证明,将预热区温度的上升速度控制在1~3°C/s是较理想的。
    如果回流焊预热的时间过长,或从贴装到回流的时间过长,则因锡膏中焊料粒子的氧化,焊剂变质、活性降低,会导致焊膏不回流,锡粒则会增多。(选用工作寿命长一些的焊膏(至少4小时),则会减轻这种影响。)

图一所示的温度曲线表明,助焊剂的活性区温度过低,此时易引起锡膏中溶剂得不到充分挥发,当到回流区时锡膏中溶剂受高温易引起激烈挥发,其结果会导致贱锡的形成。  

图一活性区温度过低

图一活性区温度过低


沾锡粒现象是表面贴装(SMT)过程中的主要缺陷,锡粒的直径大致在0.2mm~0.4mm 之间,对产品的质量埋下了隐患。焊膏的印刷厚度、锡膏的组成及氧化度、网板的制作及开口、锡膏是否吸收了水分、元件贴装压力、元器件及焊盘的可焊性、再流焊温度的设置、外界环境的影响都可能是锡粒产生的原因。(A、当金属含量增加时,锡膏的黏度增加,印刷后的″塌落″减少,不易产生锡粒。B、锡膏中金属粉末的粒度越小,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 焊剂的活性小时,焊剂的去氧化能力弱。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焊锡珠。C、锡膏容易吸收水分,在回流焊时飞溅而产生锡粒。D、印刷到阻焊层上,从而在再流焊时产生锡粒(把模板的开口比焊盘的实际尺寸减小10%,更改开口的外形,但元件电极间距大时应注意部品移位竖立及未焊锡。)E、PCB可以在120℃-150℃的干燥箱中烘烤12-14h去除P板内的水汽。)

综上可见,锡粒的产生是一个极复杂的过程,我们在调整参数时应综合考虑,在生产中摸索经验,达到对锡粒的最佳控制。

 

(二)元件竖立(立碑)

元件两端受热不均匀,锡膏熔化有先后所致。部品竖立是片状元件常见的焊接缺陷,引起的原因是由于元件焊盘(即铜箔)上的锡膏熔化时润湿力不平衡,导致元件两端的力距不平衡引起。引起竖立的原因有多方面,其中两焊盘上的温度不一致是其原因之一。图6所示的温度曲线表明活性区温度梯度过大,这意味着PCB板面温度差过大,特别是靠近大器件四周的阻容组件两端温度受热不平衡,锡膏熔化时间有一个延迟故易引起竖立缺陷。解决的方法是调整活性区的温度。 

                  图2活性区温度梯度过大

                图二活性区温度梯度过大

 

需要记住的是,竖立是与湿润力和湿润速度的变化有关的 -可焊性对于0201和0402元件特别重要,因为湿润特性中很小的差异对这种元件都可能产生大的不同。(阻焊层厚度的变化也是一个重要的因素,特别对于小的、轻微的元件。另外竖立也和大型宽阔的焊盘有联系,这种焊盘可能允许元件在湿润期间移动,把一端移动脱离焊盘。)因此解决部品竖立问题,在回流温度曲线方面主要是以减小元件两端子在回流前夕的温度差为主。

(三)短路

细间距引脚短路问题 应从网板的制作、印刷工艺、回流焊工艺等关键工序的质量控制入手。在回流焊中短路不良是焊锡热融落造成的结果,只发生在熔点以下的锡膏阶段。在任一已知的温度下,低温升率的锡膏粘度比高温升率回流曲线下的锡膏粘度要高,因此我们在预热阶段的温升率一般要求较低,从而减少短路不良的发生。

另一方面,细间距引线间的间距小、焊盘面积小、印刷的锡膏量较少,在焊接时,如果预热区温度较高、时间较长,会将较多的活化剂在达到回流焊峰值温度区域前就被耗尽。然而,只有当在峰值区域内有充足的活化剂释放被氧化的焊粒,使焊粒快速熔化,从而湿润金属引脚表面,才能形成良好的焊点。免清洗锡活化程度比要清洗的锡膏低,所以如果预热温度和预热时间设置稍不恰当,便会出现焊接细间引线端子短路的现象。我们通过降低预热温度和缩短预热时间控制锡膏中活化剂的挥发,从上文可知,沾锡粒和部品竖立也与预热温度和预热时间有关,因此在实际生产当中我们必须权衡三者的关系,重要的是得到良好的焊接质量。

(锡膏在进行回流焊之前,若出现坍塌,成型的锡膏图形边缘不清晰,在贴放元器件或进入回流焊预热区时,由于锡膏中的助焊剂软化,则也会造成引脚短接。锡膏的坍塌是由于使用了不合适的焊料焊剂和不宜的环境条件,如较高的室温会造成锡膏坍塌。有关试验得知,温度越高,锡膏粘度越小。因此,为获得较高的粘度,我们将环境温度控制20±5℃。我们认为印刷细间距线较理想的工艺参数是:印刷速度保持在10mm/s-25mm/s;脱模速率控制在2s左右;模板与PCB的最小间隙小于等于0.2mm。)

(四)其它不良

1.吹孔  焊点中所出现的孔洞,大者称为吹孔,小者叫做针孔,皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致。

•调整预热温度,以赶走过多的溶剂。

2.零件移位及偏斜  造成零件焊后移位的原因可能有:锡膏印不正、厚度不均、零件贴装不当、热传不均、焊盘或极脚之焊锡性不良,助焊剂活性不足,焊盘比极脚大的太多等,情况较严重时甚至会形成竖立。

•调整预热及熔焊的参数。

•改进零件或焊盘的可焊性。

•增强锡膏中助焊剂的活性。

3.焊点灰暗  可能有金属杂质污染或给锡成份不在共熔点,或冷却太慢,使得表面不亮。

•防止焊后SMA在冷却中发生震动。

•焊后加速SMA的冷却率。

4.不沾锡  极脚或焊盘之可焊性太差,或助焊剂活性不足,或热量不足所致。

•提高熔焊温度。

•增加助焊剂的活性。

5.焊后断开  常发生于J型极脚与焊盘之间,其主要原因是各脚的可焊性不好,以及极脚与焊盘之间的热容量相差太多所致(焊盘比部品端子不容易加热及蓄热)。

•调整预热,以改善极脚与焊盘之间的热量差。

•增加锡膏中助焊剂之活性。

•减少焊盘面积,接近与极脚在受热上的差距。

•调整熔焊方法。

6.生半田:

设定温度较低(预热区、回流区),需重新检讨;

CV速度较快,根据产品要求调整;

鼓风机电机频率较低;

抽风开关打得过大(温区较少而短锡炉)

7.毛细管现象:是指溶融焊锡润湿到元件引脚且远离接点区,造成假焊,其原因是在焊锡熔融阶段引脚的温度高于PCB焊盘温度。

改善办法:使用较多的底面加热(上、下加热方式回流炉)或非常慢的温升率(在预热至焊锡溶点温度附近),使焊锡润湿发生前引脚与焊盘温度达到平衡。


  表面贴装基板回流温度曲线的打印与调试工作在生产实践中有着一定的困难,而温度曲线的准确性及恰当与否又将直间影响回流焊接的焊接品质,与此同时,引起焊接品质不良的因素包括许多方面,因此,我们在调节回流炉各参数而又无法减少不良缺陷时就必须从其他方面寻找原因及解决的办法,而不是简单的从温度曲线图的合格与修改上寻找解决之道。值得大家注意的是,生产中回流焊接产生的不良大多都是对前工程品质的一种体现,而较低的回流预热升温率及恰当的保温过程可以减少大部分的回流焊不良。


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