回流焊接與波峰焊接缺陷分析畢業(yè)論文

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文作者 汪蓉 學(xué)號 21224P05 系部 機電學(xué)院 專業(yè) 電子組裝技術(shù)與設(shè)備（通信設(shè)備制造） 題目 波峰焊與回流焊缺陷分析 指導(dǎo)教師 李微 嚴(yán)意海 評閱教師 完成時間：2015 年 4 月 2 日 畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要題目：波峰焊與回流焊缺陷分析摘要：表面組裝技術(shù)簡稱 SMT,是現(xiàn)代先進的電子制造和裝聯(lián)技術(shù)。波峰焊接與回流焊接是表面組裝技術(shù)工藝過程中的兩種主要的焊接方法。在波峰焊接或者回流焊接的過程中，都會因為各種原因而產(chǎn)生焊接缺陷。為了提高表面組裝電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，有效避免焊接缺陷，要了解波峰焊接以及回流焊接技術(shù)，研究影響焊接質(zhì)量的各種因素，分析波峰焊接與回流焊接過程中經(jīng)常出現(xiàn)的焊接缺陷，找出各種焊接缺陷產(chǎn)生的根本原因。針對焊接缺陷產(chǎn)生的根本原因，找出相應(yīng)的解決方法。把有效的減少焊接缺陷的方法應(yīng)用在 SMT 工藝中，提高表面組裝電子產(chǎn)品的質(zhì)量。關(guān)鍵詞：波峰焊 回流焊 缺陷 分析 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文摘要Title : Analysis of wave soldering and reflow soldering defectAbstract: Surface Mount Technology is called SMT for short. It is a modern advanced electronic manufacturing and assembly technology. Wave soldering and reflow soldering is the two main method of welding technology in the process of surface mount. In the process of wave soldering and reflow soldering, welding defects will be produced for a variety of reasons. In order to improve the quality of surface welding assembly of electronic products, effectively avoid the welding defects, to understand the wave soldering and reflow soldering technology, study the factors affecting the quality of welding, and reflow soldering welding defects often appear in the process of analysis of wave soldering, find out the root cause of various welding defects. Point at the root cause for welding defects, find the corresponding solution. The effective way to reduce welding defects used in surface mount technology process, improve the quality of surface assembly of electronic products.keywords:Wave soldering Reflow soldering Defects Analysis 目錄1 引言2 回流焊接2.1 回流焊接概述2.2 回流焊接的工藝特點2.3 SMT 回流焊中常見的焊點缺陷分析及解決方法2.3.1 常見的各種缺陷2.3.2 焊點缺陷形成原因分析2.3.3 解決焊點缺陷的措施3 波峰焊接3.1 波峰焊接概述3.2 影響波峰焊接質(zhì)量的因素3.3 波峰焊常見焊點缺陷的原因分析及解決方法3.3.1 焊點缺陷形成原因分析3.3.2 解決焊點缺陷的措施結(jié)論致謝參考文獻1 引言SMT 是新一代的電子裝聯(lián)技術(shù)，廣泛的應(yīng)用在現(xiàn)代電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中。表面組裝技術(shù)主要有兩種焊接方法回流焊接和波峰焊接，這兩種焊接方法都有各自的優(yōu)缺點，都會產(chǎn)生相應(yīng)的焊接缺陷，我們可以根據(jù)具體的電子產(chǎn)品，來選擇使用哪種焊接方法。在 SMT 生產(chǎn)過程中，焊點的質(zhì)量和可靠性是至關(guān)重要的。因而，如何提高電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量就成為 SMT 生產(chǎn)過程中的主要問題。在印刷焊膏時，經(jīng)常會因為焊膏的性能、質(zhì)量和網(wǎng)板的開口尺寸、厚度等原因，造成漏印，拉尖等焊膏印刷缺陷。在貼裝過程中，貼片機也會因為貼片頭受力不均等原因?qū)е潞附雍蟮牧⒈?、錫珠等缺陷。在焊接過程中，設(shè)置的焊接溫度曲線的不合理也會產(chǎn)生焊接缺陷。焊接設(shè)備的質(zhì)量也會影響焊點的質(zhì)量。此外，焊盤設(shè)計與布局不合理、PCB 本身原材料選用不當(dāng)也會導(dǎo)致最后的焊接缺陷。2 回流焊接2.1回流焊接概述回流焊接又稱再流焊接，是伴隨微型化電子產(chǎn)品的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，主要應(yīng)用于各類電子表面組裝原件焊接的焊接技術(shù)?；亓骱附拥暮噶鲜呛稿a膏。焊接前，預(yù)先在電路板的焊盤上涂上適量的且適當(dāng)形式的焊錫膏，再通過貼片機把表面組裝元器件貼放到相應(yīng)的焊盤上。焊錫膏具有一定的粘性，使被貼裝的元器件固定在焊盤上。然后，貼裝好元器件的電路板通過傳送帶傳送到回流爐中。電路板在回流爐中通過預(yù)熱、保溫、回流、冷卻四個溫度區(qū)域，焊錫膏經(jīng)過干燥、預(yù)熱、熔化、潤濕、冷卻，將元器件焊接到印制電路板上?；亓骱傅谋疽馐峭ㄟ^重新熔化預(yù)先放置的焊料而形成焊點，是一種在焊接過程中不在添加任何焊料的一種焊接方法。回流焊接能使用于焊接各種高精度、高要求的元器件，如 0603 電阻、0603 電容以及 BGA、QFP、CSP 等芯片封裝器件。回流焊接的種類很多。根據(jù)對組件加熱區(qū)域的不同，回流焊接通常分為兩大類：整體回流焊接和局部回流焊接。按照加熱方法的不同，回流焊接通常分為三大類：紅外熱風(fēng)回流焊接、氣相回流焊接和激光回流焊接。如今，通孔元器件的回流焊接技術(shù)已經(jīng)成熟，隨著無鉛焊接技術(shù)的全面實施，焊料的價格提高，原有的波峰焊價廉的優(yōu)勢逐漸喪失，這會使越來越多的電子產(chǎn)品使用回流焊工藝。2.2回流焊接的工藝特點1）有“再流動”與自定位效應(yīng)因為焊膏是觸變流體，可以通過印刷施加焊膏、貼片，把元器件臨時固定在焊盤的位置上。回流焊接時，焊膏中的合金熔融后會呈現(xiàn)液態(tài)，焊膏“再流動”一次。由于元器件很輕，漂浮在焊料的液面上，原來的貼裝位置會發(fā)生移動。 2）每個焊點的焊料成分與焊料量是固定的2.3 SMT回流焊中常見的焊點缺陷分析及解決方法2.3.1 常見的各種缺陷1）冷焊：是指焊點的表面呈現(xiàn)焊錫紊亂的痕跡，例如：出現(xiàn)不規(guī)則焊點形狀、粒狀焊點或金屬粉末不完全融合。如圖 1 所示。圖 1 冷焊 圖 2 不潤濕2）潤濕不良:潤濕不良又稱不潤濕或半潤濕。不潤濕是指焊料未潤濕焊盤或元件端頭，造成元件的引腳、焊端或焊盤不沾錫或局部不沾錫；或焊料覆蓋焊端的面積沒有滿足檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求，如圖 2 所示。半潤濕是指當(dāng)熔融焊料覆蓋某一表面后，又縮回留下不規(guī)則的焊料團，焊料離開的區(qū)域又被一層薄薄的焊料所覆蓋，焊盤或元件端頭的金屬和表面涂層并未暴露。3）芯吸：是指熔融的焊料潤濕元器件引腳時，焊料從焊點的位置爬升到元器件引腳上，導(dǎo)致焊接的部位焊料不足的狀態(tài)，此缺陷經(jīng)常發(fā)生在QFP、SOP、PLCC 等翼型形引腳和 J 形引腳的器件中。如圖 3 所示。4）焊錫裂紋：是指焊錫表面或內(nèi)部有裂紋。如圖 4 所示。5）立碑：立碑是指具有兩個焊端的無引腳元器件，經(jīng)過再回流后其中一個焊接端頭離開焊接表面，整個元件如石碑呈斜立或直立，又被稱為吊橋、墓碑現(xiàn)象、曼哈頓效應(yīng)。如圖 5 所示。圖 3 芯吸 圖 4 焊錫裂紋 圖 5 立碑 圖 6 偏移6）偏移：是指元器件在水平面上的移動，造成回流時元器件端頭或引腳離開焊盤的錯位現(xiàn)象。如圖 6 所示。7）焊球：焊球又稱焊料球、焊錫珠，是指回流時焊料離開了主要的焊接場所，凝固后不在焊接場所聚集而形成的尺寸較大的球狀顆粒。如圖 7 所示。圖 7 焊球 圖 8 橋接8）橋接：是指元件端頭之間、元件相鄰焊點之間，焊點與鄰近的過孔、導(dǎo)線等電氣上不該連接的部位被焊錫連接在一起。如圖 8 所示。9）空洞：焊點中所出現(xiàn)的空洞，大的稱為吹孔，小的稱為針孔?？斩磿档碗姎馀c機械連接的可靠性要求。如圖 9 所示。10）爆米花現(xiàn)象：此現(xiàn)象主要發(fā)生在濕度敏感器件中。吸潮的器件在回流焊接過程中由于水蒸氣膨脹，器件內(nèi)部的壓力隨溫度的升高而升高，造成器件的內(nèi)部連接或外部封裝破裂，使 BGA 的焊盤脫落，或引腳的焊點處出現(xiàn)錫球飛濺等現(xiàn)象。如圖 10 所示。圖 9 空洞 圖 10 爆米花現(xiàn)象2.2.2 焊點缺陷形成原因分析1）冷焊形成的原因(1)由于回流溫度過低或回流時間過短，焊料熔融不充分；(2)由于傳送帶振動，冷卻凝固時受到外力影響，使得焊點發(fā)生擾動，在焊點表面上呈現(xiàn)高低不平形狀；(3)在焊盤或引腳上及其周圍的表面污染會抑制助焊劑能力，導(dǎo)致不完全回流。有時可以在焊點表面觀察到未熔化的焊料粉末。同時助焊劑能力不充足也會導(dǎo)致金屬氧化物不能完全被清除，隨后導(dǎo)致不完全凝結(jié)；(4)焊料金屬粉末質(zhì)量不好，大多數(shù)是由高度氧化粉粒包封形成的。2）潤濕不良形成的原因(1)時間、溫度和回流氣體對潤濕性能力有很大影響。時間太短或溫度太低會引起熱量不充足，導(dǎo)致助焊劑反應(yīng)不完全以及不完全的冶金潤濕反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生不良潤濕。另外，焊料融化之前，過量的熱量不但使焊盤和引腳的金屬過渡氧化，而且會消耗更多的助焊劑，最終將導(dǎo)致不良潤濕；(2)焊料合金質(zhì)量不好，內(nèi)含鋁、砷等雜質(zhì)也可產(chǎn)生不良潤濕。焊料粉末質(zhì)量不好，焊膏中金屬粉末含氧量高，焊膏中的助焊劑活性差；(3)元器件焊端、引腳、印制電路板的焊盤被污染或氧化，或印制電路板受潮，造成金屬潤濕性差；3）芯吸形成的原因主要是由引腳和印制電路板之間的溫度差以及熔融焊料的表面張力引起的?；亓鲿r，元器件引腳比 PCB 焊盤先達到焊料熔融溫度，使得焊料沿引腳上升，就形成了芯吸現(xiàn)象。4）焊錫裂紋形成的原因（1）峰值溫度過高，使焊點突然冷卻，由于激冷造成熱應(yīng)力過大而產(chǎn)生焊錫裂紋；（2）焊料本身的質(zhì)量問題；5）立碑形成的原因（1）元件排列方向的設(shè)計有問題。焊膏一旦達到熔點就會立即熔化，片式矩形元件的一個端頭先達到熔點，焊膏先熔化，完全浸潤元件的金屬表面，具有液態(tài)表面張力，而另一端并未達到液相溫度，焊膏未熔化，只有遠遠小于表面張力的粘接力，會使未熔化端的元件端頭向上直立；（2）焊盤設(shè)計質(zhì)量不好。若片式元件的一對焊盤大小不同或不對稱，小焊盤上的焊膏熔化快，產(chǎn)生表面張力使元件豎起。若焊盤的寬度或間隙過大，使元件的一個端頭不能充分接觸焊盤，產(chǎn)生立碑現(xiàn)象；（3）模板漏孔被焊膏堵塞或開口小，會引起漏印的焊膏量不一致，焊盤兩端的表面張力不平衡，元件會豎起；（4）溫度不均勻。不均勻的熱量分布或附近的元器件陰影效應(yīng)會產(chǎn)生較大的溫度梯度；（5）貼裝位置偏移，或元件的厚度設(shè)置錯誤，或貼片頭 Z 軸高度過高，貼片時元件從高處掉下造成；或貼裝壓力過小，元器件的焊端或引腳浮在焊膏表面，焊膏粘不住元器件，在傳遞和回流焊時產(chǎn)生位置移動。（6）元件的焊端被污染或氧化，或元件端頭電極的附著力不好，這樣元件兩端易于產(chǎn)生不平衡力，產(chǎn)生立碑現(xiàn)象；6）偏移形成的原因印刷焊膏的位置不準(zhǔn)確、印刷焊膏的厚度不均、元器件放置不當(dāng)、傳熱不均、焊盤或引腳的可焊性不好、助焊劑活性不足、焊盤比引腳大的太多、風(fēng)量過大、傳送帶振動等都有可能引起元件偏移，情況嚴(yán)重時甚至?xí)a(chǎn)生立碑，尤以質(zhì)輕的元器件為甚。7）焊球形成的原因（1）回流溫度曲線設(shè)置不當(dāng)。如果預(yù)熱區(qū)溫度上升速度過快，引起水分、溶劑劇烈蒸發(fā)，金屬粉末會隨溶劑蒸氣飛濺，形成焊錫球；如果預(yù)熱區(qū)溫度過低，使焊膏內(nèi)部的水分、溶劑未能完全揮發(fā)出來，突然進入回流區(qū)，也較容易產(chǎn)生焊球；（2）焊膏本身質(zhì)量不好。若金屬微粉含量過高或金屬粉末的含氧量過高，回流焊接時金屬粉末會隨溶劑的蒸發(fā)而飛濺，形成焊球；若焊膏粘度過低或焊膏的觸變性不好，印刷后的焊膏會塌陷，嚴(yán)重時會造成粘連，回流焊接時也會形成焊球；（3）焊膏的使用不當(dāng)。若從低溫柜中取出焊膏，未經(jīng)回溫直接使用，由于焊膏的