论文部分内容阅读
摘 要： 在表面贴装技术中经常出现因表面贴装元器件焊接工艺的种种缺陷而导致的电子产品质量不合格，针对这一现象，通过对表面安装技术、SMT生产工艺流程、回流焊接技术特点和焊接质量的分析，提出对球焊、桥接、立碑、润湿不良等故障的排除方法和工艺优化方案。
关键词： 表面贴装技术；SMT元器件；回流焊接；工艺优化
中图分类号：TG155 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810091－01
随着电子工业的快速发展，电子系统微型化、集成化要求越来越高，表面安装技术就是顺应这种发展而出现的一种新型组装技术，焊接工艺是其重要组成部分，焊接工艺的水平决定了电子产品的质量合格与否。
1 表面安装技术SMT
SMT（Surface Mounting Technology）被称为表面安装技术。利用SMT技术安装的表面贴装元器件被称为贴片式元器件或片状元器件，简称SMT（Surface Mounting Technology）元器件，它包括表面安装元件SMC和表面安装器件SMD两种。表面安装技术是把无引线或短引线的SMC或SMD直接贴装在印制电路板PCB的表面上的装配焊接技术，是将PCB基板、电子元器件、线路设计、装配设备、装联工艺、焊接方法等多方面内容相综合的系统性综合技术。它具有微型化程度高、高频特性好、成本低、自动化程度高、生产效率高、电子产品可靠性高等特点[1]。
2 SMT生产工艺流程
SMT的工艺流程包括安装、点胶、贴装SMT元器件、固化、焊接、清洗、检测和返修八道工序[2]。安装印制电路板是将按照电路要求制作好的印制电路板，固定在带有真空吸盘、板面有XY坐标的台面上。点胶是将需要进行安装贴片元器件的位置上点胶，即将焊膏或贴片胶漏印到印制电路板的焊盘上，为元器件的焊接做准备。贴装SMT元器件是将SMT元器件准确安装到PCB印制板的固定位置上。固化是将贴片胶融化，从而使SMT元器件与PCB印制板牢固粘接在一起。焊接是指将SMT元器件与PCB印制板牢固粘接在一起，对于SMT元器件采用回流焊接技术将焊膏融化。清洗是指对经过焊接的PCB印制板进行清洗，去除残留在板面的焊剂、废渣和污物。检测是对组装好的PCB板进行装配质量和焊接质量的检测。返修是对检测出现故障的PCB板进行返工维修[3]。
3 回流焊接技术及其技术特点
3.1 回流焊接技术。回流焊接技术主要用于完成贴片元器件的自动焊接工作，它是将焊料加工成一定大小的颗粒，并拌以适当的粘合剂，使之成为具有一定流动性的糊状焊膏，通过焊膏把SMT元器件粘在PCB板上，然后通过加热使焊膏中的焊料熔化而再次流动，将SMT元器件焊接到PCB印制板上。
3.2 回流焊接技术特点。1）回流焊接采用局部加热的方式，而不需要将PCB印制板浸入熔融的焊料中，因此避免了元器件因过热造成的损坏。2）回流焊接只需要在焊接部位施放焊料，并通过局部加热完成焊接，避免了桥接等焊接缺陷。3）回流焊接中焊料一次性使用，因此焊料纯净没有杂质，保证了焊点的质量。
4 SMT元器件回流焊接质量分析
SMT元器件回流焊接质量要求焊点表面有光泽并且光滑，焊料与焊件交接处平滑，无裂纹、针孔、夹渣现象。常见的SMT元器件回流焊接缺陷有球焊、桥接、立碑、开路、润湿不良等[4]。
5 SMT元器件回流焊接工艺优化方法
5.1 球焊。球焊常常出现于SMT元器件引脚周围以及引脚和焊盘的间隙之间，其主要原因是在升温和预热阶段，不充分的预热或加热太快导致熔融的焊料飞溅而形成。优化方法：1）设置适当的焊接温度曲线，避免由于不充分的预热、温度过高或加热时间过长导致助焊反应不充分而引起球焊。2）降低焊剂载体中溶剂比例即提高焊膏黏度，以避免因为外表液滴和主体亲和力小，在助焊剂的影响下而形成细小球状颗粒溅出。3）提高锡膏纯度，避免因锡膏中含有其他低沸点物质或杂质而引发大量气泡导致焊球形成[5]。
5.2 桥接。桥接是指SMT元器件之间出现焊锡，导致不应连接的引脚之间出现锡桥，其主要原因是由于锡膏太稀或者预热及加热太快导致焊料塌边而形成。所谓焊料塌边，即预热时作为焊料中成分之一的溶剂降低粘度而流出并将焊料颗粒挤出焊区外形成滞留的焊料，即桥接。优化方法：1）设置适当的焊接温度曲线，避免由于预热或加热时间过长导致焊料塌边现象。2）降低焊剂载体中溶剂比例即提高焊膏黏度。3）避免锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小而引起桥接。
5.3 立碑。立碑是指SMT元器件在受到急速加热时发生翘立的现象，其主要原因是由于急热使元器件两端存在温差，靠近电极一端的焊料已完全熔融获得良好的湿润，而另一端的焊料未完全熔融而引起湿润不良导致元件的翘立。优化方法：1）加热要均匀，避免急热的产生，使水平方向的加热形成均衡的温度分布。2）提高元件外部电极的湿润性和湿润稳定性，建议：温度40℃以上，湿度70%RH以下。3）焊区宽度尺寸尽量减小，以减少焊料熔融时对元件端部产生的表面张力。4）适当减小焊料的印刷厚度，建议选用100um。
5.4 润湿不良。润湿不良是指焊接过程中焊料和电路基板的焊区经浸润后不生成相互间的反应层而造成漏焊或少焊故障。其主要原因是由于焊区表面受到污染，另外焊料中残留的铝、锌、镉等材料比例超过0.005%以上时，由于焊剂的吸湿作用而使焊料活化程度降低，也会导致润湿不良。优化方法：1）对焊接基板表面和SMT元件表面要做好防污措施，避免焊区表面受到污染或沾上阻焊剂，避免被接合物表面生成金属化合物层。2）选择合适的焊料，设定合理的焊接温度曲线。
综上所述，要想生产出高质量的电子产品，仅仅具有高级的SMT硬件设备是不够的，设备能否合理、正确地使用和调节是其中关键因素。回流焊接是SMT工艺印制板组装过程中复杂而关键的环节，影响回流焊接工艺的因素很多，要获得优良的焊接质量，必须针对出现的各种问题，深入研究，综合各方面因素提出解决方案，全面提高SMT元件的焊接工艺水平。
基金项目 辽宁省教育科学“十一五”规划项目（项目号：JG08DB225），课题主持人：李永清。
参考文献：
[1]鲜飞，贴片工艺技术概述[J].印制电路信息，2009（10）：65.
[2]鲜飞，SMT优化系统的设计与实现[J].电子工艺技术，2010（2）：84..
[3]鲜飞，如何提高SMT生产线的效率[J].半导体行业，2009（8）：54.
[4]廖芳，电子产品制作工艺与实训[M].北京：电子工业出版社，2010：135-141.
[5]谢青松、赵立博，SMT表面贴装技术工艺应用与探讨[J].船电技术，2009（10）：36-37.
作者简介：
李永清（1966-），女，辽宁铁岭人，副教授，主要从事应用电子技术、电气自动化方向的教学与研究。
关键词： 表面贴装技术；SMT元器件；回流焊接；工艺优化
中图分类号：TG155 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810091－01
随着电子工业的快速发展，电子系统微型化、集成化要求越来越高，表面安装技术就是顺应这种发展而出现的一种新型组装技术，焊接工艺是其重要组成部分，焊接工艺的水平决定了电子产品的质量合格与否。
1 表面安装技术SMT
SMT（Surface Mounting Technology）被称为表面安装技术。利用SMT技术安装的表面贴装元器件被称为贴片式元器件或片状元器件，简称SMT（Surface Mounting Technology）元器件，它包括表面安装元件SMC和表面安装器件SMD两种。表面安装技术是把无引线或短引线的SMC或SMD直接贴装在印制电路板PCB的表面上的装配焊接技术，是将PCB基板、电子元器件、线路设计、装配设备、装联工艺、焊接方法等多方面内容相综合的系统性综合技术。它具有微型化程度高、高频特性好、成本低、自动化程度高、生产效率高、电子产品可靠性高等特点[1]。
2 SMT生产工艺流程
SMT的工艺流程包括安装、点胶、贴装SMT元器件、固化、焊接、清洗、检测和返修八道工序[2]。安装印制电路板是将按照电路要求制作好的印制电路板，固定在带有真空吸盘、板面有XY坐标的台面上。点胶是将需要进行安装贴片元器件的位置上点胶，即将焊膏或贴片胶漏印到印制电路板的焊盘上，为元器件的焊接做准备。贴装SMT元器件是将SMT元器件准确安装到PCB印制板的固定位置上。固化是将贴片胶融化，从而使SMT元器件与PCB印制板牢固粘接在一起。焊接是指将SMT元器件与PCB印制板牢固粘接在一起，对于SMT元器件采用回流焊接技术将焊膏融化。清洗是指对经过焊接的PCB印制板进行清洗，去除残留在板面的焊剂、废渣和污物。检测是对组装好的PCB板进行装配质量和焊接质量的检测。返修是对检测出现故障的PCB板进行返工维修[3]。
3 回流焊接技术及其技术特点
3.1 回流焊接技术。回流焊接技术主要用于完成贴片元器件的自动焊接工作，它是将焊料加工成一定大小的颗粒，并拌以适当的粘合剂，使之成为具有一定流动性的糊状焊膏，通过焊膏把SMT元器件粘在PCB板上，然后通过加热使焊膏中的焊料熔化而再次流动，将SMT元器件焊接到PCB印制板上。
3.2 回流焊接技术特点。1）回流焊接采用局部加热的方式，而不需要将PCB印制板浸入熔融的焊料中，因此避免了元器件因过热造成的损坏。2）回流焊接只需要在焊接部位施放焊料，并通过局部加热完成焊接，避免了桥接等焊接缺陷。3）回流焊接中焊料一次性使用，因此焊料纯净没有杂质，保证了焊点的质量。
4 SMT元器件回流焊接质量分析
SMT元器件回流焊接质量要求焊点表面有光泽并且光滑，焊料与焊件交接处平滑，无裂纹、针孔、夹渣现象。常见的SMT元器件回流焊接缺陷有球焊、桥接、立碑、开路、润湿不良等[4]。
5 SMT元器件回流焊接工艺优化方法
5.1 球焊。球焊常常出现于SMT元器件引脚周围以及引脚和焊盘的间隙之间，其主要原因是在升温和预热阶段，不充分的预热或加热太快导致熔融的焊料飞溅而形成。优化方法：1）设置适当的焊接温度曲线，避免由于不充分的预热、温度过高或加热时间过长导致助焊反应不充分而引起球焊。2）降低焊剂载体中溶剂比例即提高焊膏黏度，以避免因为外表液滴和主体亲和力小，在助焊剂的影响下而形成细小球状颗粒溅出。3）提高锡膏纯度，避免因锡膏中含有其他低沸点物质或杂质而引发大量气泡导致焊球形成[5]。
5.2 桥接。桥接是指SMT元器件之间出现焊锡，导致不应连接的引脚之间出现锡桥，其主要原因是由于锡膏太稀或者预热及加热太快导致焊料塌边而形成。所谓焊料塌边，即预热时作为焊料中成分之一的溶剂降低粘度而流出并将焊料颗粒挤出焊区外形成滞留的焊料，即桥接。优化方法：1）设置适当的焊接温度曲线，避免由于预热或加热时间过长导致焊料塌边现象。2）降低焊剂载体中溶剂比例即提高焊膏黏度。3）避免锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小而引起桥接。
5.3 立碑。立碑是指SMT元器件在受到急速加热时发生翘立的现象，其主要原因是由于急热使元器件两端存在温差，靠近电极一端的焊料已完全熔融获得良好的湿润，而另一端的焊料未完全熔融而引起湿润不良导致元件的翘立。优化方法：1）加热要均匀，避免急热的产生，使水平方向的加热形成均衡的温度分布。2）提高元件外部电极的湿润性和湿润稳定性，建议：温度40℃以上，湿度70%RH以下。3）焊区宽度尺寸尽量减小，以减少焊料熔融时对元件端部产生的表面张力。4）适当减小焊料的印刷厚度，建议选用100um。
5.4 润湿不良。润湿不良是指焊接过程中焊料和电路基板的焊区经浸润后不生成相互间的反应层而造成漏焊或少焊故障。其主要原因是由于焊区表面受到污染，另外焊料中残留的铝、锌、镉等材料比例超过0.005%以上时，由于焊剂的吸湿作用而使焊料活化程度降低，也会导致润湿不良。优化方法：1）对焊接基板表面和SMT元件表面要做好防污措施，避免焊区表面受到污染或沾上阻焊剂，避免被接合物表面生成金属化合物层。2）选择合适的焊料，设定合理的焊接温度曲线。
综上所述，要想生产出高质量的电子产品，仅仅具有高级的SMT硬件设备是不够的，设备能否合理、正确地使用和调节是其中关键因素。回流焊接是SMT工艺印制板组装过程中复杂而关键的环节，影响回流焊接工艺的因素很多，要获得优良的焊接质量，必须针对出现的各种问题，深入研究，综合各方面因素提出解决方案，全面提高SMT元件的焊接工艺水平。
基金项目 辽宁省教育科学“十一五”规划项目（项目号：JG08DB225），课题主持人：李永清。
参考文献：
[1]鲜飞，贴片工艺技术概述[J].印制电路信息，2009（10）：65.
[2]鲜飞，SMT优化系统的设计与实现[J].电子工艺技术，2010（2）：84..
[3]鲜飞，如何提高SMT生产线的效率[J].半导体行业，2009（8）：54.
[4]廖芳，电子产品制作工艺与实训[M].北京：电子工业出版社，2010：135-141.
[5]谢青松、赵立博，SMT表面贴装技术工艺应用与探讨[J].船电技术，2009（10）：36-37.
作者简介：
李永清（1966-），女，辽宁铁岭人，副教授，主要从事应用电子技术、电气自动化方向的教学与研究。