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SMT工藝技術改進:通孔元件再流焊工藝及部分問題解決方案實例•工藝改進不僅給企業帶來生產效率和品質，同時帶來工藝技術水準的不斷提高和進步。是工藝優化和技術改進的實例部分問題解決方案實例通孔元件再流焊工藝內容1.通孔元件再流焊工藝2.部分問題解決方案實例一.通孔元件再流焊工藝•把引腳插入填滿焊膏的插裝孔中，並用回流法焊接。可以替代波峰焊、選擇性波峰焊、自動焊接機器人、手工焊。通孔元件再流焊工藝•目前絕大多數PCB上通孔元件的比例只占元件總數的10~5%以下，採用波峰焊、選擇性波峰焊、自動焊接機器人、手工焊以及壓接等方法的組裝費用遠遠超過該比例，而且組裝品質也不如再流焊。因此通孔元件再流焊技術日漸流行。1.通孔元件採用再流焊工藝的優點（與波峰焊相比）a可靠性高，焊接品質好，不良比率DPPM可低於20。b虛焊、橋接等焊接缺陷少，修板的工作量減少。C無錫渣的問題，PCB板面乾淨，外觀明顯比波峰焊好。機器為全封閉式，乾淨，生產車間裡無異味。d簡化工序，節省流程時間，節省材料，設備管理及保養簡單，使操作和管理都簡單化了。e降低成本，增加效益（廠房、設備、人員）。與波峰焊相比的缺點(1)焊膏的價格成本相對波峰焊的錫條較高。(2)有些工藝需要專用範本、專用印刷設備和回流爐，價格較貴。而且不適合多個不同的PCBA產品同時生產。(3)傳統回流爐可能會損壞不耐高溫的元件。在選擇元件時，特別注意塑膠元件，如電位器、鋁電解電容等可能由於高溫而損壞。（如果採用專用回流爐，元件表面最高溫度可以控制在120~150℃。因此一般的電解電容，連接器等都無問題）2.通孔元件採用再流焊工藝的適用範圍•a大部分SMC/SMD，少量(10~5%以下)THC的產品。•b要求THC能經受再流焊爐的熱衝擊，例如線圈、連接器、遮罩等。有鉛焊接時要求元件體耐溫240℃，無鉛要求260℃以上。•c電位器、鋁電解電容、國產的連接器、國產塑封器件等不適合再流焊工藝。（除非採用專用回流爐）•c個別不能經受再流焊爐熱衝擊的元器件，可以採用後附手工焊接的方法解決。通孔元件再流焊工藝的應用實例•彩電調諧器•CD，DVD鐳射機芯伺服板以及DVD-ROM伺服板•筆記型電腦主機板......等等3.對設備的特殊要求•3.1印刷設備雙面混裝時，需要用特殊的立體式管狀印刷機或焊膏滴塗機。有時也可以採用普通印刷機。3.2再流焊設備a由於SMC/SMD焊接面在頂面，而THC的焊接面在底面，要求各溫區上、下獨立控制溫度,底部溫度需要調高。設備的頂部可採用一些白色、光亮（反光）材料；或採用白色、光亮（如錫箔、鋁箔）材料加工專門的焊接工裝。b由於通孔元件焊錫量多，熱容量大，要求爐溫高一些。c專用再流焊設備.d有時也可以採用原來的再流焊設備。4.工藝方面的特殊要求•4.1施加焊膏有四種方法•管狀印刷機印刷•點膠機滴塗•範本印刷•印刷或滴塗後+焊料預製片各種施加焊膏方法的應用•a單面混裝時可採用範本印刷、管狀印刷機印刷或點焊膏機滴塗。•b雙面混裝時,因為在THC元件面已經有焊接好的SMC/SMD，因此不能用平面範本印刷焊膏，需要用特殊的立體式管狀印刷機或點焊膏機施加焊膏。•c當焊膏量不能滿足要求時可採用印刷或滴塗後+焊料預製片。方法1管狀印刷機印刷刮刀印刷方向支撐台間隙0.1~0.3mm印刷範本已焊接SMD焊膏漏嘴焊膏PCB方法2點膠機滴塗焊膏方法3範本印刷方法4：印刷或滴塗後+焊料預製片•採用焊料預製片的優點：•THC的焊膏量比SMC/SMD的焊膏量多許多。•當THC引出端子較少時可使用增加範本厚度和開口尺寸的措施，點焊膏工藝時增加焊膏量的方法。•當THC引出端子較多時，例如PGA矩陣連接器的端子（針）很多，如果增加範本厚度會影響印刷品質，如果增大開口尺寸受到引腳間距的限制會引起焊膏粘連，導致大量的錫珠。•當焊膏量不能滿足要求時，採用焊料預製片能實現在增加焊膏量的同時避免焊膏粘連和錫珠的產生。預製片是100%合金衝壓出來的可用於再流焊的連接器插裝孔焊料填充要求＞75%墊圈形焊料預製片的放置方法:（1）：用適當的吸嘴將墊圈形焊料預製片貼裝在焊膏上。墊圈形焊料預製片根據墊圈形焊料預製片的外徑和內徑加工一個與連接器引腳（針）相匹配的模具→將預製片撒在模具上振動，篩入模具的每個鑽孔中→將連接器壓入模具→收回連接器時預製片就套在引腳上了。（2）：通過模局具將墊圈形焊料預製片預先套在引腳上（3）：用貼裝機將矩形焊料預製片放置在通孔附近•焊料預製片被包裝在卷帶上、或通過散料餵料系統，類似無源元件那樣被依次貼放在通孔附近的焊膏上。矩形焊料預製片卷帶貼放在通孔附近的焊膏上4.2通孔元件的焊膏施加量•THC的焊膏量由通孔的體積、焊盤面積決定，可計算。•除了有PCB上、下焊盤外，還有PCB厚度方向的通孔需要填滿焊料，而且在元件引腳（針）與PCB兩面焊盤的交接處還要形成半月形的焊點，因此需要的焊膏量約比SMC/SMD的焊膏量多3~4倍。焊膏量與PCB插孔直徑及焊盤大小成正比關係。•可使用增加範本厚度、開口形狀和尺寸等措施，採用點焊膏工藝時，也要掌握好適當多的焊膏量。4.3必須採用短插工藝•元件的引腳不能過長，長引腳也會吸收焊膏量，針長要與PCB厚度和應用類型相匹配，插裝後在PCB焊接面的針長控制在1~1.5mm。•控制元件插裝高度，元件體、特別是連接器的外殼不能和焊膏接觸。•緊固件不要太大咬接力，因為貼裝設備通常只支援10~20牛頓的壓接力。4.4THC的焊盤設計的特殊要求•a.需要根據引出腳的直徑設計插孔直徑，孔徑不能太大，大孔徑會增加焊膏的需求量，建議手工插裝孔直徑比針直徑大20%（0.125mm），機器自動插裝孔比針直徑大20~50%，較少端子時插裝孔直徑可小一些。•b.插裝孔兩面的焊盤也不能太大，大焊盤也會增加焊膏的需求量。4.5通孔回流焊接技術•要保證焊點處的最佳熱流。•當達到焊料的熔點溫度時，通常在引腳底部（針尖）處的焊料熔化並浸潤引腳（針）時，由於毛細作用，使液體焊料填滿通孔。再流焊溫度曲線•溫度曲線要根據PCB上元件的佈局、THC和回流爐的具體情況進行調整。爐子導軌上面的溫度要儘量調低，爐子導軌下面的溫度應適當提高。找出既能保證PCB下面焊點品質，又能保證PCB上面的分立元器件不被損壞的最佳溫度和速度。4.6焊點檢測•通孔回流焊點要求與IPC-A-610波峰焊點的標準相同。•理想的填充率達到100%或至少75%以上。焊盤環的浸潤角接近360°或270°以上。IPC-A-610D標準：Acceptable-Class2•Minimum180°wettingpresentonleadandbarrel,Figure7-113.Acceptable-Class3•Minimum270°wettingpresentonleadandbarrel,Figure7-114.4.7不耐高溫的元件採用手工焊接•如鋁電解電容、國產塑封器件應採用後附手工焊接的方法來解決。二.部分問題解決方案實例•案例1“爆米花”現象解決措施•案例2元件裂紋缺損分析•案例3連接器斷裂問題•案例4金手指沾錫問題•案例5拋料的預防和控制•案例60201的印刷和貼裝•案例7QFN的印刷、貼裝和返修案例1“爆米花”現象解決措施•高溫－損傷元器件受潮器件再流焊時，在器件內部的氣體膨脹使邦定點的根部“破裂”平焊點“爆米花”現象PBGA器件的塑膠基板起泡“爆米花”現象機理:溫度(°C)水的蒸氣壓力(毫米)1909413.3620011659.1621014305.4822017395.6423020978.2824025100.5225029817.8426035188.0水蒸氣壓力隨溫度上升而增加•典型共晶SnPb回流峰值溫度為2200C，水蒸氣壓力約17396毫米。無鉛焊SnAgCu的熔點2170C，即便一塊相對小的記憶卡或手機板也需要230~2350C的峰值溫度，而大而複雜的產品可能需要250~2600C。此點水蒸氣壓力為35188毫米，是2200C時的兩倍，因此任何焊接前吸潮的器件在回流焊過程中都會造成損壞的威脅。•根據經驗，如果SnPb器件定級為MSL3，無鉛制程時將至少減到MSL4。SMD潮濕敏感等級•敏感性晶片拆封後置放環境條件拆封後必須使用的期限（標籤上最低耐受時間）•1級≤30℃，90%RH無限期•2級≤30℃，60%RH1年•2a級≤30℃，60%RH4周•3級≤30℃，60%RH168小時•4級≤30℃，60%RH72小時•5級≤30℃，60%RH48小時•5a級≤30℃，60%RH24小時•（1）設計在明細表中應注明元件潮濕敏感度•（2）工藝要對潮濕敏感元件做時間控制標籤•（3）對已受潮元件進行去潮處理“爆米花”現象解決措施（a）器件供應商正在努力爭取2600C的MSL3目標，但達到此目標需要時間，目前我們只能繼續使用2200CMSL3的器件。因此必須採取仔細儲存、降級使用，將由於吸潮器件失效的風險減到最少。（b）嚴格的物料管理制度•建立潮濕敏感元件儲存，使用，烘烤規則的B0M表。•領料時進行核對器件的潮濕敏感度等級。•對於有防潮要求的器件，檢查是否受潮，對受潮器件進行去潮處理。•開封後檢查包裝內附的濕度顯示卡，當指示濕度＞20％（在23℃±5℃時讀取）,說明器件已經受潮，在貼裝前需對器件進行去潮處理。去潮的方法可採用電熱鼓風乾燥箱，根據潮濕敏感度等級在125±1℃下烘烤12~48h。（c）另一解決措施。選擇具有優良活性焊劑的SnAgCu焊膏，通過優化再流焊工藝，將峰值溫度降到最低（230~2400C），在接近Sn63/Pb37，在回流峰值僅高於Sn63/Pb37溫度100C的情況下，將由於吸潮器件失效的風險減到最少。(d)再流焊時緩慢升溫（輕度受潮時有一定效果）。去潮處理注意事項：•a應把器件碼放在耐高溫(大於150℃)防靜電塑膠託盤中進行烘烤；•b烘箱要確保接地良好，操作人員手腕帶接地良好的防靜電手鐲；•c操作過程中要輕拿輕放，注意保護器件的引腳，引腳不能有任何變形和損壞。對於有防潮要求器件的存放和使用：•開封後的器件和經過烘烤處理的器件必須存放在相對濕度≤20％的環境下（乾燥箱或乾燥塔），貼裝時隨取隨用；開封後，在環境溫度≤30℃，相對濕度≤60％的環境下，在規定時間內完成貼裝；當天沒有貼完的器件，應存放在23±3℃、相對濕度≤20％的環境下。案例2元件裂紋缺損分析•元件裂紋缺損分析•設計•錫量•PCB翹曲•貼片產生的應力•熱沖擊•彎折產生的機械應力•印制板分割引力•運輸及裝配過程所形成電容器微裂會造成短路全裂會造成斷路MLC結構•是由多層陶瓷電容器並聯層疊起來組成的。陶瓷電容器微裂會造成短路全裂會造成斷路錫量焊料量過大時，或兩端焊接料量差異較大時，由焊料冷卻固化時收縮，產生橫向拉應力，會引起縱向裂紋的產生。貼片壓力過大產生裂痕或應力焊後產生裂紋吸嘴壓痕吸嘴壓力過大熱衝擊所造成的裂痕裂痕元件、PCB、焊點之間熱膨脹係數不匹配；PCB翹曲，或焊接過程中變形；再流焊升溫、降溫速度過快；PCB熱應力會損壞元件陶瓷CTE：3~5ppm/℃PCBCTE：＜20ppm/℃焊點CTE：~18ppm/℃拼板設計元件排列不恰當，分割時產生裂損•B=D最好•其次C•A最差案例3連接器斷裂問題•再流焊後助焊劑將插銷粘在連接器的導槽內,使插銷拉出時,稍微用力過猛就會將插銷拉斷。解決方案：①可在再流焊前，預先將插銷拉出；②另一方法焊後用溶劑溶解清洗助焊劑。連接器斷裂問題案例4金手指沾錫問題金手指沾錫問題原因：①PCB化學鍍金後清洗不良②印刷機支撐頂針上的殘留焊膏③鋼板底部污染④環境污染⑤再流焊升溫速度過快⑥PCB受潮PCB金手指化學鍍金工藝（其它部分為噴錫)金手指化金貼防焊膠布浸錫及噴錫清洗去防焊膠布清洗刷板面沾汙及錫珠粉垢疊板檢驗疊板包裝因溝槽清洗不淨，殘留錫珠附著於阻焊膜與金手指交接處。解決方案•①回饋給PCB加工廠•②清洗鋼板底面、支撐、注意環境衛生。•③設置合理的溫度曲線•④對PCB鍍金部分貼防焊膠帶隔離•缺點：