第12章-封装缺陷分析1

产生原因可能是输送轨道皮带的振动、机 械轴承或马达电机转动不平衡、抽风设备风力 太强而引起。
12.2.7润湿不良
钎料无法全面地包覆被焊材料表面，而让钎 焊材料表面的金属裸露。润湿不良在钎焊作业中 是不能被接受的，它严重地降低了焊点的“耐久 性”和“延伸性”，同时也降低了焊点的“导电
性”及“导热性”。
线难以弹性的回复原状。同样，对于添加催化 剂反应较快的树脂，保压较久会使温度升高， 使其粘度过大，偏移的金线也难以弹性回复。
金线偏移的原因(3)：
5.填充物的碰撞 封装材料会添加一些填充物，较大颗粒的
填充物（如：2.5-250µm）碰撞纤细的金线 （如：25µm），也会引起金线的偏移。
降低金线偏移产生的措施：
以有效的减少或者避免锡膏量过多而被挤压出 来的情况。
图 模板开口修改形状示意图
原因二：对位不准。模版与印制板对位应准 确且印制板及模版固定完好，使印锡膏过程模 版与印制板保持一致，因为对位不准也会造成 锡膏蔓延。
解决方法：必须调整好机器、模版、印制板、 刮刀四者的关系，确保印刷质量。
原因三：锡膏使用不当。冷藏的锡膏升温时间不足，搅 拌不当，会使锡膏吸湿，导致高温再流焊时水汽挥发致 使锡珠生成。
12.2.2 翘曲
翘曲机理：因为材料间彼此热膨胀系数差异 及流动应力的影响所产生的应力变形。
翘曲往往是由于PCB的上下部分温度不平衡 造成的。
在预热阶段，部件的一端从焊膏分离有多种因素，如
不同的膨胀系数、不当涂膏或部件放置不当等。于是，直 接的热传导被缝隙阻断了。如果热量通过部件传导，则一 端的焊料溶化，另一端凝固。熔化的一端焊料形成新月型， 其表面拉力的曲转力矩比部件的重量大而引起部件的翘曲。
12.2.5桥连缺陷
桥连即将相邻的两个焊点或引脚桥连在一 块。
桥连
产生原因
焊膏印刷时过量，在过大贴装压力挤压下产 生桥连。
元件引脚弯曲相接，再流焊后形成桥连。 焊盘或网孔设计不精确，产生偏移而导致印
刷间距缩小。 焊膏选择不适当，助焊剂性能不好，容易造
成焊膏塌陷。
预防措施
使用球形焊膏，适当增加焊膏粒度，调整焊 膏印刷量。
4）贴装元器件
贴装质量的三要素：元件正确、位置准确、压力 （贴片高度）合适。
a、元件正确
这要求各装配号元器件的类型、型号、标称值和极性 等特征标记要符合产品的装配图，不能贴错位置。
b、位置准确
即元器件的端头或引脚均和焊盘图形要求尽量对齐、 居中。
C、压片
贴片压力要恰当合适，元器件焊端或引脚不小于1/2 厚度要浸入焊膏。
(4)影响再流焊原因分析
1）焊盘设计不当 如果PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置
十分准确，再流焊后反而会出现元件位置偏移、 吊桥等焊接缺陷。
焊盘要求
PCB焊盘设计应掌握以下关键要素: a. 对称性：两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊 锡表面的张力平衡。 b. 焊盘间距：确保元件端头或引脚与焊盘恰当的 搭接尺寸。焊盘间距过大或过小都会引起焊接缺 陷。 c. 焊盘剩余尺寸：元件端头或引脚与焊盘搭接后 的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。 d. 焊盘宽度：应与元件端头或引脚的基本宽度一 致。
到保温段结束，焊盘、焊料球及元件引脚上的 氧化物被除去，整个电路板的温度达到平衡。
应注意的是SMA上所有元件在这一段结束时应具 有相同的温度，否则进入到焊接段将会因为各 部分温度不均产生各种不良焊接现象。
焊接（回流）段
在这一区域里，温度先升高使焊膏熔化并发 生润湿反应，开始生成金属间化合物层。到达 最高温度后，开始降温，焊膏凝固。
解决方法：保温的过程为150℃-160℃，70s90s。
原因五：残余焊膏。有一些情况需要重新印 锡膏，原来的锡膏必须清除干净，否则残余 的焊膏最终会影响锡珠，甚至更严重的质量 问题。
解决方法：仔细刮去锡膏，特别要注意的是 不让锡膏流进插件孔内导致塞孔，然后清洗 干净。
12.2.4 空洞
回流区域时间应该在保证元件良好焊接的前 提下越短越好，一般为30-60s.过长时间或过 高温度，会造成金属间化合物层增厚，影响焊 点可靠性。
冷却段
这段中焊膏内的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连 接表面，应该用尽可能快的速度来进行冷却，这样 将有助于得到明亮，光滑的焊点并有好的外形和低 的接触角度。
影响翘曲的参数及改进措施
焊膏印刷和放置精度 印刷的清晰度和精确度 元件放置精度 改进措施
通过优化PCB设计 采用优良的焊料 改进电路板孔可焊性及预防翘曲防止缺陷的产
生，可以使整个电路板焊接质量得到提高。
12.2.3 锡珠
锡珠是再流焊中经常出现的缺陷。锡珠多 数分布在无引脚的片式元件两侧，大小不一且 独立存在，没有与其他焊点连接的锡珠，不仅 影响产品的外观，更重要的是会影响产品的电 性能，或者给电子设备造成隐患。
解决方法：由于锡膏的有效期较短，一般使用前都是低 温存放的，使用时，必须将锡膏恢复至室温后，再进行 均匀搅拌方可使用，急于求成必将适得其反。
原因之四：再流焊工艺的温度曲线设置问题。预 热及保温过程，可以减少元件及印制板遭受热冲 击，并确保锡膏中的溶剂能部分挥发，若温度不 足或保温时间太短，都会影响最终的焊接质量。
缓慢冷却会导致电路板的更多物质分解而进入锡中， 从而产生灰暗毛糙的焊点。在极端的情形下，它能 引起沾锡不良和减弱焊点结合力。
冷却段降温速率一般为3-10℃／s，冷却至75℃即 可。
再流焊炉
（3）再流焊特点
当焊膏达到熔融温度时，焊料还要“再流动” 一次。
自校正效应（self alignment）——当元器 件贴放位置有少量偏离时，在表面张力的作 用下，能自动被拉回到近似目标位置。
进入空气。 5.焊膏中的焊剂挥发，气体溶入焊膏中溢出时形成空
洞。 6.不适当的再流焊温度曲线很容易产生空洞。 7.PCB差的可焊性也能增加空洞，差的可焊性对气体
排出往往有阻碍作用。
预防措施
增加预热时间，减小预热爬升率可以减少空 洞。
干燥氮气的使用也可以减少空洞
空洞接受标准
焊盘层的空洞不能大于焊球面积的10％， 即空洞的直径不能超过焊球直径的30％。当焊 盘层空洞的面积超过焊球面积的25％时，就视 为一种缺陷，这时空洞的存在会对焊点的机械 或电的可靠性造成隐患。在焊盘层空洞的面积 占焊球面积10％-25％时，应着力改进工艺， 消除或减少空洞。
产生原因
焊盘和元件被油、漆、脂等外界污染物污染 焊盘与SMD引脚被氧化或污染，可焊性和
润湿性变差 焊膏过期变质
预防措施
确保印刷程序有较长停滞时间，定期清洗模 板下面
选择合适的焊膏，不塌陷，易印刷
12.2.8元件破裂
产生原因： 在组装过程中由机械力、温度、振动和扭曲
产生应力导致元件损坏。 贴片头和贴片力设置不当造成元件破裂 过热造成，实际钎焊温度超过元件供应商说
图 焊盘间距G过大或过小
b. 导通孔设计在焊盘上，焊料会从导通口中流 出，会造成焊膏量不足。
图 导通孔示意图
2）焊膏质量及焊膏的正确使用
如果焊膏金属微粉含量高，再流焊升温时金属微粉随 着溶剂、气体蒸发而飞溅，如金属粉末的含氧量高，还会 加剧飞溅，形成焊锡球。另外，如果焊膏黏度过低焊膏的 保形性（触变性）不好，印刷后焊膏图形会塌陷、甚至造 成粘连、再流焊时也会形成焊锡球、桥接等焊接缺陷。
第12章
封装过程中的缺陷分析
12.1 金线偏移
金线偏移是封装过程最常发生的问题 之一。会造成相邻的金线相互接触形 成短路，冲断金线形成断路。
金线偏移的原因(1)：
1.树脂流动而产生的拖曳力 这是引起金线偏移最主要也是最常见的原
因。在填充阶段，融胶粘性（Viscosity）过大、 流速过快，金线偏移量也会随之增大。 2.导线架变形
细间距元件焊盘、引线设计满足一定的要求， 8-16%的模板孔减少将会增加印刷工艺窗 口，避免桥连。
在焊膏印刷前用麻布或等丙烷清洗PCB表面 的污渍和油渍，减小桥连产生的风险。
12.2.6冷焊
冷焊是指焊点表面不平滑，如“破碎玻璃” 的表面一般。当冷焊严重时，焊点表面甚至会 有微裂或断裂的情况发生。
过慢，则溶剂挥发不充分，影响焊接质量。 为防止热冲击对元件的损伤，一般规定最大
速度为4℃/s。通常上升速率设定为1-3℃／s。 典型的升温速率为2℃／s。
保温段
保温段的主要目的是使SMA内各元件的温度趋于 稳定，尽量减少温差。在这个区域里给予足够 的时间使较大元件的温度赶上较小元件，并保 证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。
再流焊温度曲线
一个典型的温度曲线上图所示。分为升温、 保温、再流和冷却四个阶段。
升温段
该区域的目的是把焊膏中的溶剂、气体蒸发 掉；助焊剂润湿焊盘，引脚等；焊膏软化、 塌落，覆盖焊盘，使焊盘，元器件引脚与氧 气隔离。
升温速率要控制在适当范围以内，过快，会 产生热冲击，电路板和元件因一：模版开口不合适。钢网开口太大， 或由于模版开口形状不合适，导致贴放片式元 件时焊膏蔓延至焊盘之外，都会使得再流焊中 锡珠生成。 解决方案： 1）缩小开口尺寸
片式阻容元件的模版开口尺寸应略小于相 应的印制板焊盘 。
2）控制开口形状 灵活地选择阻容元件的模版开口形状，可
引起导线架变形的原因是上下模穴内树脂 流动速度不一致，如此导线会因为上下模穴模 流的压力差而承受弯矩（Bending Moment） 造成变形。
金线偏移的原因(2)：
3.气泡的移动 在填充阶段可能会有空气进入模穴内形成
气泡，气泡碰撞金线也会造成一定程度的金线 偏移。
4. 模压过大/保压较久 模压过大会让模穴内部压力过大，偏移的金
表面贴装中由于挥发性气体不能及时逃逸或在 焊膏凝固之前非金属材料没有移走，就会出现空洞。 一般空洞对强度和可靠性影响不大，但是过量的空 洞将会影响焊点可靠性，降低焊点抗拉强度。空洞 经常在元件引脚下面、鸥型引脚的根部和球栅阵列 的底端被发现。