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李賢兵:SMT生產(chǎn)中錫珠的產(chǎn)生原因及控制方法

2020-05-19 12:01:49 1251

二十多年來(lái),隨著(zhù)電子信息產(chǎn)品的輕、薄、省電、小型化、平面化的不斷發(fā)展,促使不同用途的電子產(chǎn)品必須采用表面貼裝(SMT)技術(shù)。而錫珠對于電子產(chǎn)品具有嚴重的危害性,因此如何減少錫珠是SMT企業(yè)重點(diǎn)管控的內容之一。


錫珠


根據相關(guān)案例,SMT生產(chǎn)中,回流焊接時(shí),由于錫膏金屬微粒飛濺,容易形成微小球狀焊料珠或不規則形狀的焊料粒,這就是錫珠(見(jiàn)下圖)。錫珠是SMT生產(chǎn)的主要缺陷之一,直徑約為0.2~0.4mm,主要出現在貼片元件側面或者IC引腳之間,不僅影響PCB產(chǎn)品外觀(guān),而且在使用中可能造成短路現象,嚴重影響電子產(chǎn)品質(zhì)量和壽命,甚至可能造成人身傷害。


錫珠產(chǎn)生的原因


錫珠是多種因素造成的,原材料、錫膏、模板、裝貼、回流焊、環(huán)境等都可能導致產(chǎn)生錫珠。因此研究它產(chǎn)生的原因,并力求進(jìn)行最有效控制就顯得猶為重要。


原材問(wèn)題導致產(chǎn)生錫珠及其控制方法

1. PCB質(zhì)量、元器件

PCB的焊盤(pán)(PAD)設計不合理,如果元器件本體過(guò)多壓在PAD上把錫膏擠出過(guò)多,可能產(chǎn)生錫珠。設計PCB時(shí),就要選定合適的元器件封裝及合適的PAD。PCB阻焊膜印刷不好、表面粗糙,導致回流時(shí)出現錫珠,必須加嚴PCB來(lái)料入檢,阻焊膜嚴重不良時(shí),必須批退或報廢處理。焊盤(pán)有水份或污物,導致產(chǎn)生錫珠,必須仔細清除PCB上的水份或污物,再投用生產(chǎn)。另外,經(jīng)常會(huì )遇到客戶(hù)來(lái)料為不同封裝尺寸器件的代用要求,導致器件和PAD不匹配,易產(chǎn)生錫珠,因此應盡量避免代用。


2. PCB受潮

PCB中水分過(guò)多,貼裝后過(guò)回流爐時(shí),由于水分急劇膨脹產(chǎn)生氣體,產(chǎn)生錫珠。要求PCB在投入SMT生產(chǎn)前必須是干燥真空包裝,如有受潮需要用烘箱烘烤后使用。對于有機保焊膜(OSP)板,不允許烘烤。依生產(chǎn)周期算,OSP板未超3個(gè)月可上線(xiàn)生產(chǎn),超3個(gè)月則需換料。


3. 錫膏選用

錫膏顯著(zhù)地影響著(zhù)焊接質(zhì)量,錫膏中的金屬含量、氧化物含量、金屬粉末粒度、錫膏活性等都不同程度影響著(zhù)錫珠的形成?,^金屬含量、黏度。正常情況,錫膏中金屬含量的體積比約為50%左右、質(zhì)量比約為89%~91%,其余為助焊劑(Flux)、流變性調節劑、黏度控制劑、溶劑等。如果助焊劑比例過(guò)多,錫膏黏度降低,在預熱區,助焊劑氣化時(shí)產(chǎn)生的力過(guò)大易產(chǎn)生錫珠。 

錫膏黏度是影響印刷性能的重要因素,通常在0.5 ~1.2 KPa·s之間,模板印刷時(shí),錫膏黏度最佳約為0.8 KPa·s。金屬含量增加時(shí),錫膏黏度增加,能更有效地抵抗預熱區中氣化產(chǎn)生的力,也可減小錫膏印刷后塌落趨勢,可減少錫珠。 

氧化物含量。錫膏中氧化物含量也影響焊接效果。氧化物含量越高,金屬粉末熔化后結合過(guò)程中所受阻力就越大,回流焊階段,金屬粉末表面氧化物含量還會(huì )增高,不利于焊盤(pán)“潤濕”而產(chǎn)生錫珠。因此在金屬粉末(Powder)制程中須要求真空化操作,防止Powder氧化。 

金屬粉末的粒度、均勻性。金屬粉末是極細小的球狀顆粒,其形狀、直徑大小及均勻性均影響其印刷性能。較細的顆粒中氧化物含量較高,如果細顆粒比例大,會(huì )有更好的印刷清晰度,但卻易產(chǎn)生塌邊,使錫珠增多;較大的顆粒比例大,使連錫增多,其均勻度相差大,會(huì )導致錫珠增多。

錫膏活性。錫膏活性不好,干得太快,如果加了過(guò)量稀釋劑,在預熱區,稀釋劑氣化產(chǎn)生的力過(guò)大易產(chǎn)生錫珠。如果遇到活性不好的錫膏,最好馬上停用更換活性好的。


板問(wèn)題導致產(chǎn)生錫珠及其控制方法

模板太厚,錫膏印刷就厚,回流焊后易產(chǎn)生錫珠。 模板厚度選擇原則:

模板厚度原則


如模板太厚導致錫珠多,盡快重新制作模板。 模板開(kāi)孔未做防錫珠處理,易產(chǎn)生錫珠。無(wú)論有鉛或無(wú)鉛,印錫模板的Chip件開(kāi)孔均需防錫珠開(kāi)孔。模板開(kāi)口不當、過(guò)大、偏移,都會(huì )導致錫珠產(chǎn)生。PAD大小決定著(zhù)模板開(kāi)孔的大小,模板開(kāi)口設計最關(guān)鍵的要素是尺寸、形狀。為避免錫膏印刷過(guò)量,將開(kāi)口尺寸設計成小于相應焊盤(pán)接觸面積的10%;無(wú)鉛模板開(kāi)口設計應比有鉛的大一些,使錫膏盡可能完全覆蓋焊盤(pán)。


模板錫珠


刷機參數設定調整不當導致產(chǎn)生錫珠及其控制方法

印刷完后錫膏有塌邊現象,過(guò)回流爐后可能形成錫珠。錫膏有塌邊,這和印刷機刮刀壓力、速度、脫模速度有關(guān)系。如有錫膏塌邊現象,需重新調整刮刀壓力、速度或脫模速度,減輕塌邊,減少錫珠發(fā)生。未對好位就開(kāi)始印刷,印刷偏移,使部分錫膏沾到PCB上,可能形成錫珠。PAD上印刷錫膏過(guò)厚,元件下壓后多余錫膏溢流,易形成錫珠。錫膏印刷厚度是生產(chǎn)中一個(gè)主要參數,通常等于模板厚度的(1+10%±15%)之間,過(guò)厚導致塌邊易形成錫珠。印刷厚度是由模板厚度所決定,與機器的設定和錫膏特性有一定關(guān)系。印刷厚度的微量調整,經(jīng)常是通過(guò)調節刮刀壓力及印刷速度來(lái)實(shí)現。


置件壓力問(wèn)題導致產(chǎn)生錫珠及其控制方法

如果貼片中置件壓力設定過(guò)大,當元件壓在錫膏上時(shí),就可能有一部分錫膏被擠在元件下面,回流焊階段,這部分錫膏熔化易形成錫珠,因此應選擇適當的置件壓力。


錫珠置件壓力


爐溫問(wèn)題導致產(chǎn)生錫珠及其控制方法

回流焊曲線(xiàn)可分為預熱、保溫、回流和冷卻四個(gè)階段。預熱階段升溫到120~150度之間,可除去錫膏中易揮發(fā)的溶劑,減少對元件的熱振動(dòng);同時(shí)錫膏內部會(huì )發(fā)生氣化現象,如果錫膏中金屬粉末之間的粘結力小于氣化產(chǎn)生的力,就會(huì )有少量錫膏從PAD上溢流離開(kāi),有的則躲到片狀阻容件下面,回流后形成錫珠。由此可見(jiàn),預熱溫度越高、預熱區升溫太急,就會(huì )加大氣化現象飛濺,就越容易形成錫珠。因此調整回流爐溫、降低輸送帶速度,采取較適中的預熱溫度和預熱速度來(lái)控制錫珠。


制程管控問(wèn)題導致產(chǎn)生錫珠及其控制方法

錫膏使用注意事項主要包括以下幾個(gè)方面:在規定的保存條件下,錫膏存儲期限一般為3~6個(gè)月;錫膏使用應遵循“先進(jìn)先出”原則,應以密封形式保存在恒溫冰箱內,溫度在2℃~10℃;使用前,從冰箱中取出、密封置于室溫下至少回溫4H,待錫膏達到室溫時(shí)打開(kāi)瓶蓋,取出部分錫膏后,將里面的蓋子與錫膏之間空氣全部擠凈,立即蓋好外蓋。若在低溫開(kāi)瓶,易吸收水汽,再流焊時(shí)易產(chǎn)生錫珠; 開(kāi)封后應按要求攪拌均勻,降低錫膏黏度,開(kāi)蓋后原則上應在當天內一次用完;錫膏置于模板上超過(guò)30分鐘未使用時(shí),應用印刷機的攪拌功能攪拌后再使用,若間隔時(shí)間較長(cháng)(超過(guò)1H),應將錫膏重新放回罐中蓋緊瓶蓋,再次使用應攪拌均勻;從模板收掉錫膏時(shí),要換另一個(gè)空罐裝,防止污染新鮮錫膏,從模板上刮回的錫膏也應密封冷藏。


制程管理也有其相應的要求:印刷時(shí)的最佳溫度為25℃±3℃,相對濕度為45%~65%,溫濕度過(guò)高,錫膏容易吸收水汽,回流時(shí)易產(chǎn)生錫珠;印刷失敗后,最好用超聲波清洗設備徹底清洗PCB,晾干后再放入烘箱按規范烘烤,以防止再使用時(shí)出現錫珠;清潔模板不及時(shí)、或擦拭不徹底,導致模板背面有殘余錫膏,污染PCB板面,產(chǎn)生錫珠。必須嚴格按照模板清潔規范操作,確定專(zhuān)人清潔、檢查;印刷錫膏后,PCB應在盡可能短的時(shí)間內貼裝完,以防止助焊劑等溶劑揮發(fā),易產(chǎn)生錫珠。在SMT生產(chǎn)中,產(chǎn)生錫珠的因素有諸多方面,只顧關(guān)注某一方面或調整某一項參數是遠遠不夠的。我們需要在生產(chǎn)前的準備階段和生產(chǎn)過(guò)程中仔細管控好各個(gè)細節,研究好如何控制影響錫珠的各項因素,從而使焊接達到最佳的效果,滿(mǎn)足電子連技術(shù)的高質(zhì)量要求。

標簽: pcba

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