随着电子工业日新月异的变化,对电子系统微型化、多功能、高级程度、高可靠性要求也越来越高。在这种要求的催生下,SMT技术应运而生。与传统的插装技术不同,应用SMT技术的高密度印制板组合件,可以有效地实现电子产品“轻、薄、短、小、多功能”。
SMT简介及SMT焊接质量的影响因素
表面安装技术(Surface Mounting Techno-logy)简称SMT。即在印制电路板表面直接贴装无引线或短引线的表面安装元件 SMC和表面安装器件SMD。其主要流程主要有安装、点胶、封装元器件、固化、焊接、清洗、检测和返修等。运用SMT技术可以有效实现电子设备微型化,具有性能可靠、成本低、自动化程度高、生产效率高等特点。良好SMT焊接其外观应具有良好的润湿性,元件高度适中,焊料用量适当,焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位, 焊接表面完整且平滑光亮。但由于SMT生产工序较多,所以常会出现润湿不良、桥接、焊锡球、竖碑等缺陷。
究其原因,主要有以下几个方面。
(1)PCB焊盘设计工艺不完善,这是导致SMT焊接缺陷的主要根源。常导致桥接、吊桥、旋转、元件漂浮移位、立碑现象的产生。
(2)印刷工艺不当,常致使线路板印刷时出现拉尖、边缘不齐、凹形、错位、等现象。
(3)贴装工艺设置不当。作为保证焊接质量的关键程序,常出现贴装元器件张冠李戴,贴装位置错误,贴装压力失当等问题。
(4)焊接操作错误,预热区温控失当,峰值温控不合理,冷却速度欠妥。
改善方法
因此,如何减少SMT焊接缺陷,提高焊接质量成为SMT生产中的关键因素。
PCB焊盘设计工艺
PCB焊盘设计是PCB线路设计的重中之重。它直接确定元器件在基板上的焊接位置,合理的线路设计能提高焊点的可靠性、减少的焊接缺陷、提升焊盘的可清洗性,降低检修量。正确的焊盘设计可以通过熔融焊锡表面张力的作用将存在少量贴放偏差的元件拉回近似目标位置,还可以提高端口与印制板焊盘的可焊性。所以焊盘设计设计时应尽量考虑两端焊盘对称,保证焊锡表面张力平衡,合理控制焊盘宽度,保持恰当的焊盘间距,留足端头或引脚与焊盘间的搭接尺寸,以便形成弯月面。具体而言,可以从以下几个方面进行操作。
(1)阻焊膜的开口尺寸宽度和长度分别应比焊盘尺寸大0.05mm-0.25mm,防止阻焊剂污染,避免连印和连焊。
(2)阻焊膜的厚度应小于焊盘的厚度限制印制导线连通焊盘处的宽度不大于0.4mm或少于焊盘宽度的一半,与大面积导电区相连的焊盘应进行热隔离,尽量保证印制导线从焊盘的长边的中心处进行连接。
(3)导通孔布局应尽量在焊盘以外,无法避免时 须用阻焊剂对流失通道进行阻断处理,在SMC/SMD下部尽量不设导通孔,以防焊料流失。
(4)对称使用焊盘的同一个元件严格保持对称性,以形成理想焊点。
(5)对多引脚元器件,引脚焊盘之间的短接处不允许直通。
(6)焊盘内不能出现字符和图形标记,不可避免时需留足间距(>0.5mm)。
(7)插引脚通孔略大于引脚线径0.05mm-0.3mm。
印刷工艺
据资料统计, 如果PCB焊盘设计正确,元器件和印刷版质量有保证的前提下,SMT焊接问题70%源自于印刷工艺,包括拉尖、边缘不齐、凹形、错位、连印、少印的质量缺陷。要提高印刷质量,还得从模板、焊膏、印刷3个要素做好工艺控制。
(1)模板工艺。模板的功用是保证将焊膏印刷到印制线路板位置的正确性。其材质、制作方法和开孔大小都关乎印刷质量。因此,必须根据焊盘图形的中心距和形状,合理选择模板尺寸和材料,对细间距元器件必须使用具有较高弹性和较小摩擦系数的不锈钢板。
(2)焊膏的选用。焊膏的作用是实现贴装元器件和印制线路板之间的电气和机械连接与导通。不合适的焊膏材料就可能造成再流焊或者贴放元器件时出现引脚桥接现象。因此选择的焊膏在合成粉末颗粒、活性、组成、颗粒度、黏度、等方面都要满足工艺要求。
(3)控制印刷工艺。在印刷过程中印刷速度、刮刀压力、刮刀与网板的速度都要恰当,刮刀的速度和压力会影响焊膏的流变特性,刮刀压力太大,在焊接时就容易引起桥接。
贴装工艺
贴装工艺是保证焊接质量的关键程序,作用是将贴装元器件准确地贴装到印制线路板上。在保证明细表和产品装配图要求、装配位号元器件的型号、类型、标称值的前提下,首先应该保证元件的贴装位置准确,保证元件焊端接触焊膏的图形与元器件的引脚或端头对齐;其次,贴片压力要适中,压力过大会引起焊膏过量尝试桥接,过小容易造成贴片位置偏移。
焊接工艺
焊接环节较为常见焊接缺陷主要是温度设置不当,容易产生立碑、焊球等缺陷。防止焊接缺陷的方法其实非常简单,主要就是要把好温度关。
(1)预热区温控适宜。温升过快则温度达到峰值时间较多,焊膏中溶剂和水分难以完全挥发,易形成焊接球,而过慢则会引起活化剂过早耗尽,通常温升控制在3℃/s。
(2)峰值温控合理。较为常见峰值温度在220℃左右,过高会削弱焊点强度,造成焊点发脆;过低会产生冷焊或焊料熔融不充分的现象。
(3)合理控制冷却温度。冷却温降速度一般控制在7℃/s,速度过快会导致焊点裂纹,过慢易形成大结晶颗粒。
结语
综上,影响SMT焊接质量的因素多种多样,但事实证明许多缺陷可以通过完善工艺和强化管理完全可以避免。当然,这也需要广大科技工作者不断钻研,推陈出新。希望本文在此方面可以起到抛砖引玉的作用。