【干货】SMT选择性波峰焊常见焊接缺陷原因分析及改善对策

引言

进入21世纪以来，SMT技术迅猛发展，其中高组装密度、高可靠性、高频特性成为SMT发展趋势。表面贴装元件小型化和精细化，促使插装元件不断减少。传统的波峰焊因其焊接参数可控性差、焊接质量不稳定等因素，逐渐被可对焊点参数实现“量身定制”的选择性波峰焊（下文简称选择焊）所替代。选择焊不仅可以对每个焊点的助焊剂的喷涂量、焊接时间、焊接波峰高度等参数调至最佳，而且其热冲击小、可对不同元件区别对待、轨道倾角为0°、成本低，基于这些优良性能，选择焊逐步受到各大电子企业的青睐。与此同时，选择焊的各种焊接缺陷也成为行业关注的问题。本文对选择焊的各种缺陷类型进行原因分析，并找出改善措施。

选择焊缺陷原因分析及改善对策

选择性波峰焊常见的缺陷有以下几种：

1.桥连

2.元件不贴浮起

3.假焊

4.焊点不足

5.焊点多锡

6.锡珠

7.掉件

8.冷焊

下面将对这几种缺陷产生原因进行分析，并提出预防措施。

连锡

定义

元件端头、元器件相邻的焊点之间以及焊点与邻近的导线、孔等电气上不该连接的部位被焊锡连接在一起。

原因分析

1.PCB预热温度过低，造成助焊剂活化不良或PCB板温度不足，从而导致锡温不足，使液态焊料润湿性和流动性变差，相邻线路间焊点发生连锡，如图1。

图一，连锡。

改善措施

1. 调整板面合适预热温度/焊接峰值温度。

2.针对元件引脚或PCB焊盘氧化需涂敷助焊剂过炉。

3.针对脚长超过标准的元件可采取预加工进行剪脚。

4.焊盘需按照PCB设计规范来进行设计。将多引脚插装元件最后一个引脚的焊盘设计成一个导锡焊盘；设计必须符合DFM。

5. 元件插装后必须目视检查。

6.使用助焊剂之前点检助焊剂的比重，使用有效期内的助焊剂。

7.针对板变形翘曲有两种措施：a.加挡锡条；b.做载板。

元件不贴浮起

定义

插装元件过选择焊后元件本体有部分或全部不贴焊盘，与焊盘间有大于0.7mm的缝隙。

原因分析

• 元件插装时不到位，没有贴板，如图2.1。
  
  
  

图2.1元件插装不到位导致不贴板。

2.插装元件较松，若遇链条抖动幅度较大，已插装好的元件就可能由于抖动而不贴板，如图2.2。

3. PCB翘曲变形，可能会导致喷嘴顶起元件。

4.孔径与脚径设计不合理，插装元件较松，且元件较轻，稍遇外力元件就会浮起，如链条抖动、喷嘴喷涂/焊接压力等。

改善对策

1.提高插装质量，插装完后需目视检查。

2. 调整链条运输状态，使其处于最佳。

3.针对PCB翘曲变形可采取的措施有：a.控制PCB来料变形不良；b.调整波峰高度；c.采用挡锡条控制变形；d.做载板过选择焊。

4.针对元件插装较松问题可采取的措施有：a.采用压块或压盖过炉；b.采用点胶工艺；c.修改孔径与脚径比。

焊点不足

定义

焊点干瘪、焊点不完整有空洞、插装孔以及导通孔中焊料不饱满或焊料没有爬到元件面的焊盘上。

原因分析

1.元件焊端、引脚、PCB焊盘氧化或污染，或PCB受潮，这几种情况会导致助焊剂无法完全清除氧化层或异物，氧化层或异物将熔融焊料与镀层隔开，焊料无法润湿铺展，如图3.1。

图3.1焊盘氧化

2. 元件脚部分镀层有问题或者镀层不合格，元件脚可焊性比较差，如图3.2。

图3.2 助焊剂活性差或喷涂不均匀

3. 助焊剂活性差，不能洁净PCB焊盘，使焊料在铜箔表面的润湿力降低，导致浸润不良。

4. 助焊剂喷涂量不足或喷涂不均匀，此种情况会导致助焊剂不能完全达到应有的效果。

5. PCB预热温度不恰当，PCB预热温度过高，使助焊剂碳化，失去活性，造成润湿不良；PCB预热温度过低，助焊剂活化不良或PCB板温度不足，从而导致锡温不足，使液态焊料润湿性变差。

6. PCB焊接温度不恰当，PCB焊接温度过高，会使焊料黏度过低；PCB焊接温度过低，液态焊料润湿性变差。

7. PCB焊盘镀层太薄或加工不良，这种情况很容易使镀层在生产过程中脱落，导致焊盘可焊性变差，如图3.3。

图3.3焊盘镀层太薄或加工不良，生产过程中易脱落。

8. 金属化孔质量差或阻焊膜流入孔中，这两种情况会导致焊料无法在金属孔内扩散润湿，如图3.4。

图3.4金属化孔质量差或阻焊膜流入孔。

9. 插装孔的孔径过大，焊料从孔中流出，如图3.5。

图3.5插装孔的孔径过大。

10. PCB翘曲位置与焊锡喷嘴接触不良，如图3.6。

图3.6金属化孔质量差或阻焊膜流入孔。

11. 物料设计不良，如无Standoff设计，过炉时物料内的气体无法逸出，只能从通孔处逸出，导致吹孔假焊问题。

12. 轨道两侧不平行，会使得PCB与波峰移动位置不平行。

13. 程序中坐标位置或方向设置有误，偏离焊点中心，导致焊点不足产生。

14. 焊锡喷嘴氧化，一侧锡不流动或流动性差。

改善对策

1. 元器件先进先出，尽量避免存放在潮湿的环境中，不要超过规定的使用日期。对PCB进行清洗和去潮处理。

2.针对元件脚镀层不合格需推动供应商进行改善。

3. 使用助焊剂之前点检助焊剂的比重，使用有效期内的助焊剂。

4.助焊剂的喷涂量需调节到最佳值，一个焊点尽量实现三次喷涂。

5. 调整适当预热温度/焊接峰值温度。

6. 针对PCB来料不良推动供应商改善加工质量。

7. 插装孔的孔径比引脚直径大0.2-0.4mm，细引线可取下限，粗引线可取上限。

8. 针对PCB翘曲变形可采取的措施有：a.控制PCB来料变形不良；b.调整波峰高度；c.采用挡锡条控制变形；d.做载板过选择焊。

9.针对物料设计不良，可推动供应商修改物料或更换物料；设计必须符合DFM设计。

10.定时点检选择焊轨道水平。

11.培训员工制程能力，提高其制程水平，制程时严格按照制程标准设置程序，程序制作后须作小批量（10块PCB）测试。

12.焊锡喷嘴每两小时冲刷一次，每天上班前需点检，并定期更换。

焊点多锡

定义

元件焊端和引脚周围被过多的焊料包围,或焊点中间裹有气泡,不能形成标准的弯月牙面焊点。润湿角θ＞90°，如图4.1。

4.1焊点多锡

原因分析

锡珠

定义

散布在焊点附近的微小珠状焊料。

原因分析

1. PCB和元器件拆封后在产线上滞留时间比较长，导致PCB和元器件吸潮，水分含量多，过炉易发生炸锡，产生锡珠，如图5.1。

图5.1溅锡。

2. 镀层和助焊剂不相容，助焊剂选用不当，不仅不起作用，而且会破坏镀层，导致焊料润湿性变差，易产生锡珠。

3.喷涂助焊剂量不合适、助焊剂吸潮、比重不合理，可能导致溅锡，助焊剂里的水分没有在过炉前烘干可导致溅锡。

4. PCB焊盘加工不良，孔壁粗糙，此种情况会导致锡液积聚而无法铺展开来，形成锡珠，如图5.2。

图5.2PCB加工不良或焊盘氧化。

5. 预热温度选择不当，PCB预热温度过小，导致水分未充分挥发，易发生溅锡。

6. 喷嘴波峰高度过高，锡液在流回锡缸时，由于波峰高度过高，溅出的锡珠变多，如图5.3。

图5.3喷嘴波峰高度过高。

7. PCB阻焊层选择不当，阻焊层在选择焊焊接过程中会变软，就像焊料合金粘在胶黏剂上一样，使用高Tg点的阻焊材料将减少甚至消除锡珠。

8. 焊锡喷嘴离开焊盘时溅锡，焊锡喷嘴离开焊盘时顺着元件引脚延伸的方向拉出锡柱，在助焊剂的润湿作用/自身流动性/表面张力的作用下，锡液会流回锡缸时溅出锡珠，如图5.4。

图5.4焊锡喷嘴离开焊盘时顺着元件引脚延伸的方向拉出锡柱，锡液会流回锡缸时溅出锡珠。

9.焊接工艺差异，有预上锡工序比无预上锡工序产生锡珠多。

改善措施

1. OSP板滞留时间不超过72h，否则焊盘氧化，导致可焊性变差。

2. 选择正确助焊剂。

3. 按照标准控制助焊剂涂覆量。

4. 针对PCB来料不良反映供应商改进PCB制造工艺，提高孔壁光洁度。

5. 合理选择预热温度。

6. 针对选择焊波峰较高问题：a.调节选择合适波峰高度；b.加防锡珠罩。

7. 选择高Tg点的阻焊材料。

8. 调整焊接时间及链速等工艺参数。

9. 谨慎评估使用预上锡工序。

掉件

定义

应有元器件的焊盘上无器件。

原因分析

1. 插装元件焊盘与SMD元件间距应小于5mm，若距离SMD元件过近，过选择焊时，将导致已焊接的SMD元件焊料受热熔化，发生脱落，如图6.1。

图6.1距离SMD元件较近。

2. SMT贴装不良（偏移、空焊、墓碑），易发生SMD元件掉落，如图6.1。

3. 喷嘴口径过大，焊接时易碰SMD元件，易发生元件掉落，如图6.1。

4. 程序坐标设置有误，可能会焊掉旁边SMD元件，如图6.1。

5. 元件松动，链条抖动，插装元件易掉落，如图6.2。

图6.2元件漏贴或运输途中掉落。

改善措施

1. 优化焊盘设计。

2. SMT提高标准要求，加强AOI及目检要求。

3. 选择合适喷嘴。

4. 严格按照制程标准设置程序。

5.针对元件较松的情况可采取： a.调整链条；b.增加压块过炉；c.调整孔径与脚径比。

焊点拉尖

定义

焊点顶部拉尖呈冰柱状，小旗状。焊点拉尖经修整后需要符合与元件脚整体超过PCB的部分不大于2mm，如图7.1。

图7.1焊点拉尖

原因分析

1. PCB预热过低，使PCB与元器件温度偏低，焊接时元件与PCB吸热，焊料粘度较大，不易拖锡，形成焊锡拉尖。

2. 焊接温度过低，熔融焊料粘度过大，不易拖锡。

3. 助焊剂活性差，导致焊锡润湿性变差。

4. 焊料不纯，如焊料中Cu合金超标，导致焊料流动性变差，易形成锡尖。

5. 波峰高度高，元件底部与焊喷嘴接触。

6. 焊接元件引线直径与焊盘孔径比例不合理，若插装孔径过大，大焊盘吸热量大，会导致焊点拉尖现象。

7. 元件引脚过长或焊接时间过短，锡未脱离干净已冷凝。

8. 焊喷嘴中心偏离焊盘中心，导致元件脚浸锡不良。

改善措施

1. 根据PCB、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度。

2. 调整选择焊焊接峰值温度及焊接时间。

3. 选择合适助焊剂。

4. 定时监控锡缸中焊料合金成分，对于不合格锡缸采取换缸或采取补充、稀释焊料调节焊料比例。

5. 调节适当波峰高度。

6. 插装孔的孔径比引脚直径大0.2-0.4mm，细引线可取下限，粗引线可取上限。

7. 针对元件脚长可采用预加工剪脚措施。

8. 定期检测选择焊设备精度。

冷焊

定义

又称焊锡紊乱。焊点表面呈现紊乱痕迹，如图8.1。

图8.1冷焊

原因分析

1. 链条震动，冷却时受到外力影响，使焊锡紊乱。

2. 焊接温度过低或链条速度过快，使熔融焊料的黏度过大，焊点表面发皱。

改善措施

1.检查电压是否稳定，人工取、放PCB时要轻拿轻放。

2. 调整锡波温度及焊接时间。