波峰焊焊点常见不良与对策.ppt

波峰焊焊点不良与对策广晟德2004年10月1波峰焊设备2波峰焊设备3波峰焊基本工艺过程涂覆助焊剂(发泡/喷雾)预热焊接(单/双波峰)冷却4波峰焊基本工艺过程涂覆助焊剂(发泡/喷雾)预热焊接(单/双波峰)冷却预热作用：1）使印刷电路板逐步升温；2）促进助焊剂中的溶剂部分蒸发；3）激活助焊剂中的活性剂5波峰焊基本工艺过程涂覆助焊剂(发泡/喷雾)预热焊接(单/双波峰)冷却6波峰焊基本工艺过程涂覆助焊剂(发泡/喷雾)预热焊接(单/双波峰)冷却波峰焊是借助于钎料泵使熔融态钎料不断垂直向上地朝狭长出口涌出，形成2040mm高的波峰。钎料波以一定的速度和压力作用于印制电路板上，充分渗入到待钎焊的器件引线和电路板之间，使之完全润湿并进行钎焊。由于钎料波峰的柔性，即使印制电路板不够平整，只要翘曲度在3%以下，仍可得到良好的钎焊质量。7波峰焊基本工艺过程涂覆助焊剂(发泡/喷雾)预热焊接(单/双波峰)冷却在通孔插装工艺中，主要采用单波峰焊。引线末端接触到钎料波，毛细管作用使钎料沿引线上升，钎料填满通孔，冷却后形成钎料圆角。其缺点是钎料波峰垂直向上的力，会给一些较轻的器件带来冲击，造成浮动或虚焊。8波峰焊基本工艺过程在表面组装工艺中，由于表面组装元件没有通孔插装元件那样的安装插孔，钎剂受热后挥发出的气体无处散逸，另外表面贴装元件具有一定的高度与宽度，且组装密度较大（一般58件/cm2），钎料的表面张力作用将形成屏蔽效应，使钎料很难及时润湿并渗透到每个引线，此时采用单波峰焊会产生大量的漏焊和桥连，为此又开发出双波峰焊。9波峰焊基本工艺过程双波峰焊有前后两个波峰，前一波峰较窄，波高与波宽之比大于1，峰端有23排交错排列的小波峰，在这样多头的、上下左右不断快速流动的湍流波作用下，钎剂气体都被排除掉，表面张力作用也被减弱，从而获得良好的钎焊质量。后一波峰为双向宽平波，钎料流动平坦而缓慢，可以去除多余钎料，消除毛刺、桥连等钎焊缺陷。双波峰焊已在印制电路板插贴混装上广泛应用。其缺点是印制电路板经过两次波峰，受热量较大，一般耐热性较差的电路板易变形翘曲。10Pin hole/Blow hole发生原因：焊接过程中印刷电路板排气，即印刷电路板中的潮气通过薄敷铜层或者敷铜层中的空洞逸出。唯一解决方法是提高印刷电路板质量，通孔处镀层至少要达到25mm。事前烘干电路板可以减少缺陷发生，但不能根本解决问题。建议进行印刷电路板的气体泄露试验。11Pin hole/Blow hole发生原因：焊接过程中印刷电路板排气，即印刷电路板中的潮气通过薄敷铜层或者敷铜层中的空洞逸出。唯一解决方法是提高印刷电路板质量，通孔处镀层至少要达到25mm。事前烘干电路板可以减少缺陷发生，但不能根本解决问题。建议进行印刷电路板的气体泄露试验。12Pin hole/Blow hole针孔与气孔的区别：针孔是在焊点上发现一小孔，气孔则是焊点上较大孔可看到内部。针孔内部通常是空的，气孔则是内部空气逸出而形成的大孔，其原因主要在于焊锡在气体未完全逸出即已凝固。1）有机污染物：电路板或元器件管脚都可能产生气体，主要污染源是插件工序或存储环境不佳，此类问题通过溶剂清洗可以解决。2）电路板有潮气：如果使用较便宜的基板材质或者使用较粗糙的钻孔方式，在通孔处容易吸收潮气，焊接过程中受到高温则蒸发出来。解决方法是120oC烘烤2小时。3）电镀溶液中的光亮剂：使用大量光亮剂电镀时，光亮剂经常与金属同时沉积，遇到高温则挥发，特别是镀金时。13Bulbous Joint现象：焊料呈现凸半月形覆盖片式元件。原因：印刷电路板与焊料波峰分离时角度不对，在氮气保护条件下最为常见。14Cracked Joint在通孔连接中并不常见。原因：引线材料的膨胀/收缩受到焊盘抑制，一般应归因于焊盘设计与实际操作环境不配合。同时，工人在反复移动过程中用力过大或振动过大也是原因之一。15Cracked Joint现象：焊点圆角与焊盘分离。原因：焊盘可焊性问题；产品设计问题导致热膨胀不匹配，应力过大引致开裂。16Lifted Component原因：引线长度过大；元器件较轻，受湍流波作用被抬起；柔性板与刚性元器件间的不匹配。17Lifted Component原因：引线长度过大；元器件较轻，受湍流波作用被抬起；柔性板与刚性元器件间的不匹配。18Flux Residue原因：助焊剂配方问题/工艺参数不匹配。有些助焊剂配方需要更长的预热时间来将溶剂蒸发掉。19Incomplete Joint单面板上常见。原因：引线外径与焊盘内径不匹配，导致焊料缺乏；传送带角度不对，应减小该角度。一般而言，焊盘内径=引线外径+0.01英寸（0.254mm）20Incomplete Joint单面板上常见。原因：引线外径与焊盘内径不匹配，导致焊料缺乏；传送带角度太大，应减小该角度；波峰温度过高；焊盘边缘有污染；印刷电路板制作工艺中焊盘制作不当导致位置偏离。一般而言，焊盘内径=引线外径+0.01英寸（0.254mm）21Inconsistent Hole Fill现象：焊料没有完全填满通孔。原因：预热温度不足或助焊剂涂敷不足。从发泡型工艺改变至喷雾型工艺时常见，原因是助焊剂的渗透能力下降。22Joint Contamination现象：元器件表面镀层软化并污染印刷电路板表面。原因：波峰焊预热时，其板面温度一般为100-110oC，接触波峰时可能达到190oC。必须重新评估元器件的工艺兼容性。23Pad Contamination原因：阻焊层与焊盘尺寸不匹配。阻焊层内径=焊盘外径+0.002-0.003英寸（0.05-0.076mm）如果单纯为了减少桥连，可以采用额外加蓝点的方式。24Lifted Pad主要是工人操作的问题。刚脱离波峰时，焊盘较热，铜箔与电路板之间的粘合力较小。25Lifted Resist原因：阻焊层下面用的是Sn-Pb合金镀层，在焊接时熔化膨胀。专业电路板设计在阻焊层下面不用Sn-Pb镀层，除非镀层非常薄，3-5mm。26Poor Hole Fill原因：助焊剂涂敷不足/预热参数不对。对于双面板或多层板而言，预热阶段电路板上表面温度应为100-110oC，单面板情况下温度可以低一点。27Poor Hole Fill原因：助焊剂涂敷不足/预热参数不对。对于双面板或多层板而言，预热阶段电路板上表面温度应为100-110oC，单面板情况下温度可以低一点。28Poor Hole Fill原因：助焊剂涂敷不足/预热参数不对。对于双面板或多层板而言，预热阶段电路板上表面温度应为100-110oC，单面板情况下温度可以低一点。增加预热或增加波峰接触时间。29Poor Hole Fill原因：助焊剂涂敷不足/预热参数不对/波峰高度不够。对于双面板或多层板而言，预热阶段电路板上表面温度应为100-110oC，单面板情况下温度可以低一点。增加预热或增加波峰接触时间。30Poor Hole Fill原因：助焊剂涂敷不足/预热参数不对/波峰高度不够。对于双面板或多层板而言，预热阶段电路板上表面温度应为100-110oC，单面板情况下温度可以低一点。增加预热或增加波峰接触时间。31Poor Hole Fill原因：助焊剂涂敷不足/预热参数不对/波峰高度不够。对于双面板或多层板而言，预热阶段电路板上表面温度应为100-110oC，单面板情况下温度可以低一点。增加预热或增加波峰接触时间。32Poor Lead Solderability现象：焊料可以润湿通孔却不能润湿引线。原因：引线材料为黄铜(Cu67-Zn33),而其在表面镀Sn-Pb之前没有镀铜。这一中间镀铜层是非常重要的，用于阻挡黄铜中的锌向Sn-Pb镀层的迁移。一般而言，镀铜层最小厚度为0.002mm，Sn-Pb镀层最小厚度为0.005mm。33Poor Lead Solderability现象：焊料可以润湿焊盘却不能润湿引线。原因：引线可焊性问题。一般而言，元器件引线可焊性只能保证1年；助焊剂问题，正规操作中，应该每隔4个小时更换一次助焊剂。34Poor Penetration原因：预热不足/助焊剂活性不足/助焊剂涂敷不足35Poor Via Hole Fill连接孔填充一直是波峰焊的一个难题。因此连接孔设计时一般要附加类似于焊盘的表面金属层。同时，阻焊层厚度增加，连接孔填充难度增加。36Poor Wetting润湿不良原因之一：焊盘表面Sn-Pb镀层厚度不够，一般应大于0.005mm。此图中焊盘表面Sn-Pb镀层厚度小于0.002mm。37Poor Wetting润湿不良原因之二：焊盘表面可焊性不良。38Poor Wetting润湿不良原因之三：引线可焊性问题/表面镀层问题。同时，插件时引线与印刷电路板刮擦导致树脂粉末污染焊盘。39Poor Wetting润湿不良原因之三：引线可焊性问题/表面镀层问题。40Poor Wetting润湿不良原因之四：镀金焊盘不润湿。一般原因为电解电镀金时电解槽溶液配方出现问题。41Poor Wetting润湿不良原因之五：助焊剂问题/预热温度问题/印刷电路板表面镀层问题42Poor Wetting润湿不良原因之六：引线表面镀层问题。此类问题多出现于引线与塑封连接处。因为塑封时一些添加物质会污染引线框架。43Poor Wetting润湿不良原因之六：引线表面镀层问题。黄铜引线表面要先镀铜再镀焊料。44Poor Wetting润湿不良原因之六：引线表面镀层导致可焊性问题。45Poor Wetting1）来自外部的污染物，如油、脂、腊等。此类污染物通常可以用溶剂清洗。此类污染物一般是在印刷阻焊剂时粘上的。2）因存储环境不佳或基板制成上问题发生氧化，而助焊剂无法去除会造成上锡不良，过二次锡一般可解决此问题。3）助焊剂施加工艺不正确。如气压不稳定或不足，涂敷不均匀等。4）焊接时间不足或锡炉温度不够。一般而言，锡炉温度应高于焊料熔点50-80oC，接触时间为3秒左右。46Outgassing根本原因：印刷电路板中的潮气受热蒸发。通孔孔壁处镀铜层厚度应大于25mm。47Solder Ball阻焊层出现问题。48Solder Ball原因：工艺参数不当/与波峰接触时助焊剂中有残余蒸气/湍流波过于强烈/印刷电路板过分吸潮49Solder Ball原因：工艺参数不当/与波峰接触时助焊剂中有残余蒸气/湍流波过于强烈/印刷电路板过分吸潮50Solder Ball原因：Solder mask下面的焊料镀层熔化挤出51Solder Ball原因：工艺参数不当/与波峰接触时助焊剂中有残余蒸气/湍流波过于强烈/印刷电路板过分吸潮52Solder Ball原因：工艺参数不当/与波峰接触时助焊剂中有残余蒸气/湍流波过于强烈/印刷电路板过分吸潮53Solder Ball原因：工艺参数不当/与波峰接触时助焊剂中有残余蒸气/湍流波过于强烈/印刷电路板过分吸潮54Solder Flag原因：助焊剂活性问题/助焊剂涂敷不足/元器件剪脚之后的端面可焊性问题/元器件管脚受热不足（主要是大质量元器件）55Solder Flag原因：元器件管脚伸出过长。一般元器件管脚伸出长度为1.5-2mm。56Solder Short/Bridge由于元器件引线节距越来越小，桥连是波峰焊最为常见的缺陷。改变焊盘设计是解决方法之一。如减小焊盘尺寸，增加焊盘退出波峰一侧的长度增加助焊剂活性/减小引线伸出长度也是解决方法之一。57Solder Short/Bridge出现于电路板元件面的桥连缺陷比较少见。一个主要原因是焊盘内径/引线外径过大。58Solder Short/Bridge59Solder Short/Bridge60Solder Short/Bridge焊盘宽度应小于0.022英寸(0.56mm)。61Solder Short/Bridge62Solder Short/Bridge焊盘尺寸过大。63Solder Short/Bridge引线剪脚端面可焊性不良。64Solder Short/Bridge良好的基板设计可以大大减少桥连。65Solder Skip原因：波峰高度，助焊剂中气体挥发，阻焊层厚度过大66Solder Skip原因：波峰高度，助焊剂中气体挥发，阻焊层厚度过大67Solder Skip原因：焊盘表面焊料镀层过薄68Sunken Joint原因：管脚面的焊点下沉一般是由于印刷电路板中气体逸出69Sunken Joint原因：元器件面的焊点下沉一般是由于焊盘内径过大。70各种表面残余物-白色残余物在焊接或溶剂清洗过后发现有白色残留，通常是松香残留，一般不会影响表面绝缘电阻，但是客户不接受。1）助焊剂问题；2）电路板制作过程中残留杂质或者采用不正确的固化工艺，在长期储存下也会产生白斑，可用溶剂清洗；3）助焊剂与电路板的防氧化保护层材料不兼容；4）电路板制作过程中所使用的溶剂使基板材质发生变化。尤其是在镀镍工艺中的溶液经常会造成此问题，建议存储时间越短越好；5）助焊剂未能及时更换，一般发泡型助焊剂每周更新，浸泡型助焊剂每半个月更新，喷雾型助焊剂每月更新；6）清洗基板的溶剂水分含量过高，降低清洗能力并产生白斑，应更换清洗剂。71各种表面残余物-深色残余物或腐蚀通常黑色残余物发生于焊点的底部或顶端，此问题通常是不正确使用助焊剂或清洗剂造成的。1）非免洗型助焊剂焊接后未立即清洗，留下黑褐色残留物；2）助焊剂活性太强3）助焊剂中的有机化合物在高温下烧焦而产生黑斑，确认锡炉温度72各种表面残余物-绿色残余物绿色残留物一般是腐蚀造成。1）通常发生在裸铜面或含铜合金上，助焊剂活性太强；2）助焊剂中松香含量太高，松香酸与氧化铜之间形成一绿色化合物，该物质不具有腐蚀性且具有高绝缘性，但客户一般不接受；3）电路板制作工艺中导致的残余物，应要求电路板供应商确保基板清洁度的品质。73