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技術分享|選擇性波峰焊焊接缺陷和改善措施
2023-02-06 09:14
選擇性波峰焊最大的特點是可以對焊點進行量身定制，它可以對每個焊點的助焊劑的噴涂量、焊接時間、焊接波峰高度等參數調至最佳，使焊接不良大大減少。選擇焊是目前通孔元器件焊接的大勢所趨，因此由選擇焊產生的焊接不良問題也逐漸被大家關注。本文就選擇性波峰焊可能產生的各種缺陷類型進行原因分析，并找出改善措施。
01橋連
定義：橋連，也叫連錫。是指元件端頭、元器件相鄰的焊點之間以及焊點與鄰近的導線、孔等電氣上不該連接的部位被焊錫連接在一起的現象。
原因分析和措施：
- PCB預熱不不足，熔融焊錫接觸PCB瞬間溫度下降，潤濕性變差，相鄰線路間焊點發生連錫；
- 可以通過調整合適預熱溫度和焊接峰值溫度解決。
- 焊接溫度過低，焊料粘度增加，流動性變差，產生連錫；
- 選擇合適焊接溫度解決。
- 元器件引腳、PCB焊盤不潔凈，或被氧化，導致液態焊料在焊盤或元件引腳上的潤濕性受到影響，在脫離瞬間，如果相鄰元器件焊點的潤濕角交疊，被迫不親焊點的多余焊料粘在相鄰焊點間，形成連錫；
- 針對元件引腳或PCB焊盤氧化，加強元器件存儲控制或選擇合格助焊劑。
- 通孔連接器引腳長，當連接器相鄰引腳的潤濕角交疊在一起的時候就可能發生連錫；
- 針對腳長超過標準的元件可采取預加工進行剪腳處理。
- 焊盤間距過窄，或者波峰焊焊嘴選擇不當，導致錫拖不開，產生連錫；
- 焊盤需按照PCB設計規范來進行設計。
- 選擇性波峰焊拖焊過程中，PCB導錫焊盤缺失、設計太細或距離太遠，產生連錫；
- 將多引腳插裝元件最后一個引腳的焊盤設計成一個導錫焊盤，設計必須符合DFM。
- 插裝元件引腳不規則或插裝定位歪斜，在焊接前引腳之間已經接近或已經碰上；
- 元件插裝后必須目視檢查，加強定位措施。
- 助焊劑活性差，不能潔凈PCB焊盤，使焊料在銅箔表面的潤濕力降低，導致浸潤不良；
- 使用助焊劑之前點檢助焊劑的比重，使用有效期內的助焊劑。
- PCB有翹曲變形現象，導致吃錫深的地方錫流不順暢，易產生連錫；
- 針對板變形翹曲有兩種措施：a.加擋錫條；b.做載板。
- 焊料不純，即焊料中所含雜質超過允許的標準，焊料的特性發生變化，潤濕性變差，易形成連錫不良；
- 及時添加焊條或更換焊料，完善監測手段。
02器件浮起
定義：插裝元件過選擇性波峰焊后元件本體有部分翹起，不在一個平面，或全部翹起。原因分析和措施： 元器件不允許貼板密閉焊裝，會造成氣體排放不暢，以下原因分析與措施，都請考慮在規避上述問題的情形。
- 元件插裝時不到位，沒有貼板。
- 改善對策提高插裝質量，插裝完后需目視檢查。
- 插裝元件較松，若遇鏈條抖動幅度較大，已插裝好的元件就可能由于抖動而不貼板；
- 調整鏈條運輸狀態，使其處于最佳。
- PCB翹曲變形，可能會導致噴嘴頂起元件。
- 針對PCB翹曲變形可采取的措施有：a.控制PCB來料變形不良；b.調整波峰高度；c.采用擋錫條控制變形；d.做載板過選擇焊。
- 孔徑與腳徑設計不合理，插裝元件較松，且元件較輕，稍遇外力元件就會浮起，如鏈條抖動、噴嘴噴涂/焊接壓力等。
- 針對元件插裝較松問題可采取的措施有：a.采用壓塊或壓蓋過爐；b.采用點膠工藝；c.修改孔徑與腳徑比。
03焊點不良
定義：焊點干癟、焊點不完整，有空洞、插裝孔以及導通孔中焊料不飽滿或焊料沒有爬到元件面的焊盤上。
原因分析和措施：
- 元件焊端、引腳、PCB焊盤氧化或污染，或PCB受潮，這幾種情況會導致助焊劑無法完全清除氧化層或異物，氧化層或異物將熔融焊料與鍍層隔開，焊料無法潤濕鋪展；元件腳部分鍍層有問題或者不合格，元件腳可焊性差；
- 元器件先進先出，盡量避免存放在潮濕的環境中，不要超過規定的使用日期。針對元件腳鍍層不合格需推動供應商進行改善。對PCB進行清洗和去潮處理。
- 助焊劑活性差，不能潔凈PCB焊盤，使焊料在銅箔表面的潤濕力降低，導致潤濕不良；
- 使用助焊劑之前點檢助焊劑的比重，使用有效期內的助焊劑。
- 助焊劑噴涂量不足或噴涂不均勻，導致助焊劑不能完全達到應有的效果；
- 助焊劑的噴涂量需調節到最佳值，一個焊點可實施多次噴涂。
- PCB預熱溫度不恰當，PCB預熱溫度過高，使助焊劑碳化，失去活性，造成潤濕不良；PCB預熱溫度過低，助焊劑活化不良或PCB板溫度不足，從而導致錫溫不足，使液態焊料潤濕性變差；
- 調整適當預熱溫度。
- PCB焊接溫度不恰當，PCB焊接溫度過高，會使焊料黏度過低；PCB焊接溫度過低，液態焊料潤濕性變差；
- 調整適當焊接峰值溫度。
- PCB焊盤鍍層太薄或加工不良，使鍍層在生產過程中脫落，導致焊盤可焊性變差；
- 針對PCB來料不良推動供應商改善加工質量。
- 金屬化孔質量差或阻焊膜流入孔中，這兩種情況會導致焊料無法在金屬孔內擴散潤濕；插裝孔的孔徑過大，焊料從孔中流出；
- 插裝孔的孔徑比引腳直徑大0.2-0.4mm，細引線可取下限，粗引線可取上限。
- 物料無Standoff設計，過爐時物料內的氣體無法逸出，只能從通孔處逸出，導致吹孔假焊問題；
- 可推動供應商修改物料或更換物料；設計必須符合DFM設計。
- 程序中坐標位置或方向設置有誤，偏離焊點中心，導致焊點不良產生；
- 培訓員工制程能力，提高其制程水平，制程時嚴格按照制程標準設置程序，程序制作后須作小批量測試。
- 焊錫噴嘴氧化，一側錫不流動或流動性差。
- 焊錫噴嘴每兩小時沖刷一次，每天上班前需點檢，并定期更換。
04試驗準備
定義：元器件焊端和引腳周圍被過多的焊料包圍，或焊點中間裹有氣泡，不能形成標準的彎月牙面焊點，潤濕角θ＞90°。
原因分析和措施：
- 焊接溫度過低，使熔融焊料的粘度過大；
- 調整適當的焊接峰值溫度及焊接時間。
- PCB預熱過低，焊接時元件與PCB吸熱，使實際焊接溫度降低；
- 根據PCB尺寸、板層、元件多少、有無貼裝元件等設置預熱溫度。
- 助焊劑的活性差或比重過小，導致焊料集中在一起無法擴散開來；
- 更換助焊劑或調整合適比重。
- 焊盤、插裝孔或引腳可焊性差，不能充分浸潤，產生的氣泡裹在焊點中；
- 提高PCB板的加工質量，元器件先進先出，不要存放在潮濕的環境中。
- 焊料中錫的比例減少，或Cu的成分增加，焊料粘度增加，錫的流動性變差；
- 補充焊料以調節焊料合金成分。
05錫珠
定義：散布在焊點附近的微小珠狀焊料。
原因分析和措施：
- PCB和元器件拆封后，或者烘烤除濕后，在產線上滯留時間比較長，導致PCB和元器件吸潮，水分含量多，過爐易發生炸錫，產生錫珠；
- PCB板推薦按照貯時間規定焊接，超期貯存的應在使用前進行可焊性驗證；焊接前去潮，去潮后滯留時間不超過8h。
- 鍍層和助焊劑不相容，助焊劑選用不當，不僅不起作用，而且會破壞鍍層，導致焊料潤濕性變差，易產生錫珠；
- 選擇正確助焊劑。
- 噴涂助焊劑量不合適、助焊劑吸潮、比重不合理，可能導致濺錫，已噴涂的助焊劑里的水分沒有在過爐前烘干可導致濺錫；
- 按照標準控制助焊劑存儲控制和涂覆量，采取措施防止助焊劑吸潮。
- PCB焊盤加工不良，孔壁粗糙， 導致錫液積聚而無法鋪展開來，形成錫珠；
- 針對PCB質量問題，反映供應商改進PCB制造工藝，提高孔壁光潔度。
- 預熱溫度選擇不當，PCB預熱溫度過低，導致可能存在的水分未充分揮發，易發生濺錫；
- 合理選擇預熱溫度。
- 噴嘴波峰高度過高，錫液在流回錫缸時，由于波峰高度過高，濺出的錫珠變多；
- 針對選擇焊波峰較高問題：a.調節合適波峰高度；b.加防錫珠罩。
- PCB阻焊層材料Tg點低，在選擇焊焊接過程中會變軟，就像焊料合金粘在膠黏劑上一樣；
- 選擇高Tg點的PCB阻焊工藝材料將減少或消除錫珠。
- 焊錫噴嘴離開焊盤時濺錫，焊錫噴嘴離開焊盤時順著元器件引腳延伸的方向拉出錫柱，在助焊劑的潤濕作用/自身流動性/表面張力的作用下，錫液會在流回錫缸時濺出錫珠；
- 調整焊接時間及鏈速（噴嘴行進速度）等工藝參數。
- 焊接工藝差異，有預上錫工序比無預上錫工序產生錫珠多；
- 謹慎評估使用預上錫工序。（編者：本條僅供參考，歡迎討論。）
06掉件
定義：應焊接元器件的焊盤上，無器件。
原因分析和措施：
- 插裝元器件焊盤與SMD元件間距一般應不小于5mm，若距離SMD元件過近，過選擇焊時，將導致已焊接的SMD元器件焊料受熱熔化，發生脫落；
- 優化設計。
- 噴嘴口徑過大，焊接時易碰SMD元件，易發生元件掉落；
- 選擇合適噴嘴。
- 程序坐標設置有誤，可能會焊掉旁邊SMD元件；
- 嚴格按照制程標準設置程序，結合上述兩點。
- 元器件松動，鏈條抖動，插裝元件易掉落；
- 針對元件較松的情況可采?。?/font>a.調整鏈條；b.增加壓塊過爐；c.調整孔徑與腳徑比。
07焊點拉尖
定義：焊點頂部拉尖呈冰柱狀，小旗狀。
原因分析和措施：
- PCB預熱過低，使PCB與元器件溫度偏低，焊接時元件與PCB吸熱，焊料粘度較大，不易脫錫，形成焊錫拉尖；
- 根據PCB、板層、元件多少、有無貼裝元件等綜合考量，設置預熱溫度。
- 焊接溫度過低，熔融焊料粘度過大，不易脫錫；
- 調整選擇焊焊接峰值溫度及焊接時間。
- 助焊劑活性差，導致焊錫潤濕性變差；
- 選擇合適助焊劑。
- 焊料不純，如焊料中Cu合金超標，導致焊料流動性變差，易形成錫尖；
- 定時監控錫缸中焊料合金成分，對于不合格錫缸采取換缸或采取補充、稀釋焊料調節焊料比例。
- 波峰高度高，元件底部與焊噴嘴接觸；
- 調節適當波峰高度。
- 焊接元器件引線直徑與焊盤孔徑比例不合理，若插裝孔徑過大，大焊盤吸熱量大，會導致焊點拉尖現象；
- 插裝孔的孔徑比引腳直徑大0.2-0.4mm，細引線可取下限，粗引線可取上限。
- 元器件引腳過長或焊接時間過短，錫未脫離干凈已冷凝；
- 針對元器件長腳必須采用預加工剪腳措施。
- 噴嘴中心偏離焊盤中心，導致元件腳浸錫不良；
- 定期檢測選擇焊設備精度。
08冷焊
定義：又稱焊錫紊亂。焊點表面呈現紊亂痕跡。
原因分析和措施：
- 鏈條震動，冷卻時受到外力影響，使焊錫紊亂；
- 檢查電壓是否穩定，人工取、放PCB時要輕拿輕放。
- 焊接溫度過低，使熔融焊料的黏度過大，加之可能的鏈條速度過快，焊點冷卻過程中受力抖動凝結，表面發皺；
調整錫波溫度及焊接時間，加強鏈條速度工藝控制。
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