SMT一般缺陷产生原因简析

SMT (Surface Mount Technology)即表面贴装或表面安装技术,它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件(常称片状元器件)安放在印制电路板(PCB: Printed Circuit Board)的表面或其他基板的表面上,通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术.
SMT 产品贴装过程主要由钢网印刷涂敷焊膏或由点胶机、贴片机贴片、回流焊接或固化、设备清洗、检测设备在线测试等工序组成，SMT产品缺陷的隐患几乎分布于组装工序的各个环节。据统计，SMT产品故障中最为常见的缺陷是焊点桥接（桥连或焊桥）、虚焊、焊接处形成焊珠等焊接缺陷，而这些缺陷并非仅仅与焊接环节有关，它可能涉及到诸多因素。
（1） 贴片胶对涂敷工序的影响
贴片胶作为一种黏结剂，常用于波峰焊接中作为片状元器件预定于基板上的胶剂。涂敷后，片状元器件是利用胶剂的固化作用实施定位的，这个收缩应力的大小与贴片胶涂敷量的多少直接相关。若是涂敷量多，其产生的黏结强度增大，但黏结强度过大时，很可能使片状元器件基体发生轻微裂变。另外，涂敷量的控制、涂敷位置精度的保证、胶剂成分的合理配比等因素会影响片状元器件电极端与基板焊区的结合质量。如涂敷过量，在片状元器件贴装后会使胶剂向外溢出，造成焊接结合处或焊区与布线间的故障；如涂敷量过少，从外表虽然难以观察，但会降低焊接强度。
（2） 焊膏涂敷工序的影响
焊膏的涂敷/印刷工序常在回流焊接时采用，印刷工序质量对产品组装质量的影响主要有以下几方面：
A． 焊膏材料质量。焊膏是由焊膏粉料及溶剂两部分组成。当采用钢网印刷时，焊膏粉料颗粒过大不能充足地透过印网模板，可能引起虚焊等焊接不良现象；颗粒过小则在印刷过程中容易氧化，可能形成焊珠；非球形颗粒容易造成钢网模板堵塞，表面积增大，也影响焊接质量；金属含量过低或溶解剂蒸发速率选择不当的焊膏也易产生焊珠和焊桥。
B． 焊膏印刷厚度。焊膏的印刷厚度应该均匀一致,焊膏印刷厚度超差,会使元器件的基体或电极端产生裂纹,多引线间距的集成电路(如BGA- Ball Grid Array Package球栅阵列封装, 采用BGA技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有TSOP封装的三分之一；另外，与传统TSOP封装方式相比，BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。QFP-中文含义叫方型扁平式封装技术（Plastic Quad Flat Pockage），该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。该技术封装CPU时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；该技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线; LCCC- Leadless Ceramic Chip Carrier陶瓷无引线芯片载体等器件)容易发生桥连.如果印刷量偏小,则易发生电极端与基板焊区结合部的缝隙(空洞),这会降低可焊性,削弱焊接强度,有时还引起QFP类元器件的上浮.
C． 焊膏印刷位置精度.焊膏印刷位置的精度应该在规定的公差范围内.若位置偏移过大,进入焊接时易产生元器件翘立;如印刷位置超出焊区以外,焊接中容易产生焊料球,这是造成电路绝缘不良的主要原因之一.
D． 印刷网板质量.在焊膏印刷过程中,所使用的印刷网板(金属掩膜,也称钢网)材质是否合理,网孔孔径的大小,开口处表面粗糙度等加工精度,以及网板的厚度\缝隙尺寸等结构尺寸和印刷设备的精度等级是否符合要求等因素也将直接影响SMT质量.
E． 焊膏印刷过程的影响,刮板压力过大将使焊膏从钢网开口处挤出或进入焊盘间的间隙处,以使产生焊桥;刮板速度过大易导致焊膏没有占据钢网模板的开口处,引起虚焊现象,另外,焊膏印刷刮板的形状及材料硬度也会对焊膏印刷质量产生影响.
(3) 贴片工序的影响
片状元器件通过贴片机贴装时,对贴装质量最具影响的是贴装压力(即”机械性冲击应力”).因为大多数片状元器件的基材均使用氧化铝陶瓷做成,应力过大将使其产生微裂.如果组装设备对贴装压力不能作出自动判断,造成片状元器件微裂并贴装产品后,会直接影响产品的可靠性能.同时,片状元器件的贴装位置精度应该在规定的范围内,否则将会出现焊接质量问题,这是另一个重要因素.
(4) 焊接工序的影响
SMT产品大多采用整体加热再回流焊接,常用远红外/热风回流焊和汽相回流焊(VPS)等.回流焊对片状元器件的影响因素主要是焊接时的热冲击,操作时必须设定可靠的升温工艺以减少热冲击应力.对汽相焊接方式而言,由于主要使用氟系惰性有机溶剂作为载热媒介,对于无密封结构的片状元器件和结构元件,如果溶剂侵入到元件内部,会导致其性能和功能的损害.另外,若焊接工艺设定和各道前工序控制质量达不到规定的要求,将会导致片状元器件的”曼哈顿”现象(亦称”翘立”或”立碑”),位置偏移和横向摆动等不良的产生.
(5) 其他工序的影响
PCB清洗影响元件贴装质量的主要因素是洗涤溶剂的侵蚀,合理地设定清洗条件和清洗时间相当重要.目前,清洗工艺中比较常用的是超声清洗、浸清洗、蒸气洗或者是两种不同方式的组合清洗。在实施超声清洗时,对于某些产品,需正确设定清洗机的工作频率、输出功率、时间,还要注意到诸如元器件结合部是否留有微裂\断线,对中空型封装的IC是否发生引线断开等问题,某些电路组装形式必须避免使用超声清洗方式.清洗过程中由于清洗槽和传送夹具形状的关系,可能会使产品产生异常的振动或冲击,这也必须在设定清洗条件时加以预防.
另外,印制电路板凳的平整度、可焊性、耐热性、刚度,元器件可焊性等也会对SMT质量产生直接影响.