關(guān)于影響SMT焊接質(zhì)量的因素及其控制方法

1、關(guān)于影響SMT焊接質(zhì)量的因素及其控制方法隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展,電子應(yīng)用技術(shù)趨于智能化、多媒體化和網(wǎng)絡(luò)化,這使得人們對電子電路組裝技術(shù)提出了更高的要求,即要能滿足高密度化、高速化及標準化,于是電子裝聯(lián)裝配技術(shù)全面轉(zhuǎn)向SMT。特別是近年來,中國電子信息產(chǎn)品制造業(yè)加快了發(fā)展步伐,每年都以20%以上的速度高速增長,成為國民經(jīng)濟的新興的支柱產(chǎn)業(yè),整體規(guī)模連續(xù)三年居全球第2位。與此同時,中國的SMT 技術(shù)及產(chǎn)業(yè)也同步迅猛發(fā)展,取得了不少成就,但是坦率來說還是存在很多問題,主要體現(xiàn)在規(guī)模小、技術(shù)含量水平不高、高水平技術(shù)人才和管理人才缺乏、制造服務(wù)能力不全面等方面。雖然在一些方面存在不足,但是市場的競爭卻越來

2、越激烈,出現(xiàn)了相互壓價,相互貶低,甚至低于合理成本接單等不正當競爭行為。提供SMT服務(wù)的組裝廠要在如此激烈的競爭環(huán)境中立于不敗之地,就必須從降低生產(chǎn)成本和提高焊接質(zhì)量兩方面來入手。一方面,降低成本的最有效方式就是優(yōu)化生產(chǎn)流程以提高生產(chǎn)效率,各焊接廠也都在不斷的摸索和改進,逐步形成了比較成熟的生產(chǎn)模式和流程。另一方面,對從事SMT加工服務(wù)的企業(yè)來說,優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量才是立足之本,才是與別人競爭的資本和籌碼,因此焊接質(zhì)量的保證顯得尤為重要。下面將從SMT過程的各相關(guān)方面來分析影響焊接質(zhì)量的主要因素和控制方法:提到SMT的焊接質(zhì)量,我們首先可能都會想到回流焊的工藝和控制,這是沒錯的,回流焊確實是SMT

3、關(guān)鍵工序之一,表面組裝的質(zhì)量直接體現(xiàn)在回流焊的結(jié)果之中,但SMT焊接質(zhì)量問題卻不完全是回流焊工藝造成的。SMT焊接質(zhì)量除了與回流工藝(溫度曲線有直接關(guān)系外,還與PCB設(shè)計、網(wǎng)板設(shè)計、元件可焊性、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)、焊膏質(zhì)量、加工工序工藝控制以及操作人員素質(zhì)和車間管理水平都有密切關(guān)系一、PCB設(shè)計和網(wǎng)板設(shè)計SMT的焊接質(zhì)量與PCB的可制造性設(shè)計有直接的、十分重要的關(guān)系。首先是PCB外形的設(shè)計,如添加工藝邊(寬度5mm和定位點(距板邊至少3mm,不同品牌貼片機對此參數(shù)要求不一樣,PCB單板尺寸小于50mmx50mm要設(shè)計為拼板,這樣才能保證可以上機生產(chǎn)。其次是PCB焊盤的設(shè)計,如果PCB 焊盤設(shè)計正確,

4、貼裝時即使有少量的偏移,回流焊時也可以由焊錫的表面張力作用而拉正(即自定位效應(yīng),如果PCB焊盤設(shè)計不合理,就算貼裝位置十分準確,回流之后也會產(chǎn)生偏移、橋接、立碑等焊接缺陷。首先,CHIP元件兩端焊盤大小應(yīng)一致。兩端焊盤大小不對稱,在回流時由于兩端表面張力不一致可能會導致偏移、吊橋和立碑缺陷。其次,焊盤間距一定要合適,使物料和焊盤兩端都能恰當接觸。焊盤間距過大或者過小都將導致虛焊和移位。第三,焊盤寬度要與物料焊端基本保持一致,焊盤剩余尺寸(即物料正常貼裝到焊盤上后,沒有與物料焊端接觸的焊盤尺寸要能保證焊點能夠形成彎月面。最后,焊盤上不能放置導通孔,此要求適用于所有類型的元件焊盤設(shè)計。焊盤上有過孔

5、將導致焊接錫量不足,產(chǎn)生虛焊。若確實需要導通孔,則需要把孔放置在焊盤之外,然后再將孔和焊盤連接起來。除了PCB設(shè)計之外,網(wǎng)板設(shè)計也與焊接質(zhì)量息息相關(guān)。因為網(wǎng)板是“絲印3S(網(wǎng)板、錫膏。刮刀”中最關(guān)鍵的一項,網(wǎng)板設(shè)計不好,無論怎么印刷也不可能完全彌補其帶來的缺陷。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示有60%-70%的焊接缺陷都與印刷質(zhì)量有關(guān),可見網(wǎng)板設(shè)計對于提高焊接直通率起著舉足輕重的作用。網(wǎng)板設(shè)計的主要控制點有以下幾個方面:1、鋼片厚度:為保證焊膏印刷量和焊接質(zhì)量,網(wǎng)板表面必須平滑均勻、厚度均勻,網(wǎng)板厚度應(yīng)以滿足最細間距QFP、BGA為前提。如PCB上有0.5mm間距芯片和CHIP 0402元件,網(wǎng)板厚度0.12m

6、m合適,如PCB上有0.5mm間距以上芯片和CHIP 0603以上元件,網(wǎng)板厚度0.15mm合適,如PCB上有CHIP 0201元件,網(wǎng)板厚度0.1-0.12mm合適。另外,特殊部位還可以進行局部增厚或減薄。2、防錫球處理:0603以上的CHIP元件,為有效地防止回流后錫球的產(chǎn)生,其網(wǎng)板開孔應(yīng)做防錫球處理。對于焊盤過大的器件,要采用網(wǎng)格分割,防止錫量過多。3、網(wǎng)框尺寸和MARK點:網(wǎng)框尺寸是根據(jù)絲印機的類型來確定,目前一般都采用29x29英寸大小。MARK點一般需要兩個,近年也出現(xiàn)了采用焊盤開孔定位的絲印機,不再需要刻半透基準點。4、印刷方向:印刷方向也是一個十分關(guān)鍵的控制點,確定印刷方向時要

7、注意避免密間距器件太靠近軌道,否則會造成錫量過多而橋接。另外印刷方向還要與后續(xù)貼片的方向保持一致,否則會影響生產(chǎn)效率。二、物料的質(zhì)量和性能物料作為SMT貼裝的重要組成元素,其質(zhì)量和性能直接影響回流焊接直通率。首先,作為回流焊接的對象之一,必須具備最基本的一點就是耐高溫,有鉛元器件焊端或引腳可焊性要求235±5,2±0.2s,無鉛器件要求250255,23s。雖然這一點看似不會出問題,畢竟表面貼裝物料已經(jīng)發(fā)展了這么多年了,但是我們在實際生產(chǎn)過程中偶爾還會遇到某些客戶采購的物料過爐后熔化,只能停產(chǎn)等待換料或者采用手工補裝的方式解決,對生產(chǎn)進度、秩序和焊接質(zhì)量都會造成影響。其次,

8、元器件的外形要適合自動化表面貼裝,且其形狀要標準化并具有良好的尺寸精度,否則會帶來較多的拋料和物料損耗,同時也會增加停機時間。最后,元器件的包裝形式要適合貼片機自動貼裝的要求。這一點對大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)來說一般不會有問題,但是對于小批量研發(fā)中試的產(chǎn)品來說就不是都能保證了。有的客戶一種產(chǎn)品可能只生產(chǎn)一到兩塊,為了節(jié)省成本每種物料都不會采購很多,用量少物料的料帶甚至只有幾厘米長,根本無法滿足上機貼裝的要求。我們建議此類客戶應(yīng)從長遠考慮,可將常用的阻容件成盤采購建立一個物料庫,每次生產(chǎn)時只用從中調(diào)用就可以了。這樣既提高了生產(chǎn)的效率,實際上也降低了每次采購的成本。三、焊膏質(zhì)量焊膏是回流焊工藝必需材料,它

9、是由合金粉末(顆粒與糊狀助焊劑載體均勻混合而成的膏狀焊料。其中合金顆粒是形成焊點的主要成分,焊劑則是去除焊接表面氧化層,提高潤濕性,確保焊膏質(zhì)量的關(guān)鍵材料。保證錫膏的質(zhì)量主要從存儲和使用兩個方面來體現(xiàn)。錫膏必須放置在冷藏柜中,溫度要控制在0-10之間(或按廠家要求,每天都要檢查冷柜的溫度是否正常并做好記錄,發(fā)現(xiàn)溫度異常立即通知工程技術(shù)人員進行處理。使用方面,要堅持“先進先出”的原則,做好取用記錄,保證回溫時間大于四小時,最好是前一天取出第二天要用的錫膏。印刷前充分攪拌錫膏,使其粘度具有優(yōu)良的印刷性和脫模性。添加完錫膏后應(yīng)立即蓋好錫膏罐的蓋子,印刷后確保在四小時以內(nèi)完成回流焊接。若回溫時間不夠會

10、造成回流后錫球多,直接影響焊接質(zhì)量。若存儲沒有做好可能會導致助焊劑減少,回流后焊點光澤度差。四、焊接前元件焊端和PCB焊盤的氧化程度上線生產(chǎn)前如果元器件的焊端或者PCB焊盤有氧化,回流焊時會產(chǎn)生大量的焊接缺陷,主要表現(xiàn)為潤濕不良和虛焊,對產(chǎn)品長期可靠性帶來極大隱患。要避免這方面出問題,就要建立完善的物流管理制度:1、從物料和PCB采購的源頭加以控制,選擇資質(zhì)較深的供應(yīng)商,并且做好入庫前的檢驗工作。2、加強對庫存物料、PCB及其他生產(chǎn)輔料的存儲環(huán)境的監(jiān)控,保證合適的溫度和濕度。3、建立從庫房到產(chǎn)線之間的物料交接和檢驗制度,確保氧化的物料和PCB不上線焊接。4、發(fā)現(xiàn)已氧化物料和PCB要交由專人處理

11、,嚴重氧化的必須更換,輕微氧化的做去氧化處理,處理完成由質(zhì)檢人員檢驗合格才能上線。五、焊接過程工藝控制焊接過程主要包括絲印、貼片和回流,每一個環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。首先是絲印,前面提到了在PCB設(shè)計和網(wǎng)板設(shè)計正確、元器件和電路板質(zhì)量都良好的前提下,表貼焊接的缺陷有60%70%是因為印刷缺陷造成的。由于定位不準、刮刀速度和刮刀壓力不合適、脫模速度不恰當會造成印刷錯位、踏邊、連點、缺錫、拉尖等問題,絲印環(huán)節(jié)一定要加強對印刷質(zhì)量的檢查,有問題及時調(diào)試,杜絕有印刷缺陷的PCB流到下一環(huán)節(jié)。接下來是貼片環(huán)節(jié),眾所周知,保證貼裝質(zhì)量的三要素是“元件正確”、“位置準確”和“貼裝壓力合適”?！霸_”即要保證物料

12、名稱或料值合乎焊接BOM要求,供料器位置按優(yōu)化順序擺放。上料完成后及班組交接時也一定要復查物料名稱和位置是否正確。“位置準確”就是貼裝坐標一定要正確,保證物料能準確貼裝到焊盤上,而且還要特別注意貼裝角度,保證極性器件方向正確。編程時就要把所有器件角度和坐標調(diào)整好,并在生產(chǎn)前上機檢視,確保實際生產(chǎn)時不用再調(diào)整,保障生產(chǎn)的流暢性。“貼裝壓力合適”是指貼裝后將物料壓入錫膏的厚度,不能太小也不能太大。其影響因素有程序項里PCB 厚度的設(shè)定、封裝項里物料厚度的設(shè)定以及貼片機吸嘴壓力的設(shè)定?，F(xiàn)在新型的貼片機都裝配有貼裝壓力回饋系統(tǒng),會根據(jù)貼裝情況自動進行調(diào)節(jié)。最后是回流的控制,貼裝的質(zhì)量直接體現(xiàn)在回流效果

13、之中,而保證回流焊接質(zhì)量的核心就是正確的溫度曲線設(shè)定。溫度曲線的控制點主要是升溫斜率、峰值溫度和回流時間三個方面。有鉛無鉛溫度曲線的分析大家都很熟悉了,在此就不再介紹了,下面主要向大家介紹溫度曲線的設(shè)定依據(jù):1、依據(jù)所使用的錫膏推薦的溫度曲線進行設(shè)置。因為錫膏的成分決定了其活化溫度及熔點,這在根本上決定了設(shè)置的方向。2、根據(jù)PCB板材、尺寸大小、厚度和重量來設(shè)定。3、根據(jù)元件類型、大小和密度來設(shè)定,還要注意特殊器件的最高焊接溫度限制。4、根據(jù)回流爐結(jié)構(gòu)和溫區(qū)長度來設(shè)定,不同的回流爐要設(shè)定不同的溫度曲線。5、要根據(jù)環(huán)境溫度和氣流情況來設(shè)定,特別是溫區(qū)短,進出口氣流密封不太好的爐子。有這樣一個實例

14、:一年夏天,一工廠有一種生產(chǎn)過很多批次的產(chǎn)品在回流之后出現(xiàn)BGA分層(雙球,但是錫膏、回流爐、溫度設(shè)定都和以前一樣,按常規(guī)不應(yīng)該出這種問題。最后發(fā)現(xiàn)是空調(diào)的冷氣直吹回流爐進板口,調(diào)整空調(diào)吹風方向后問題就解決了。六、設(shè)備的操作和維護保養(yǎng)生產(chǎn)人員對設(shè)備操作的熟悉程度直接關(guān)系到生產(chǎn)過程能否順利流暢的進行,也會間接影響到最終的焊接質(zhì)量。同時,設(shè)備的運行狀態(tài)也會影響焊接質(zhì)量。比如:吸嘴如果不定期檢查和清洗,就有可能造成氣路不通,吸不起料或者物料掉落,最終引起缺件或者BGA墊料等問題。為防止出現(xiàn)這類問題,一是要建立完善的崗位培訓制度,定期對生產(chǎn)人員進行操作培訓。二是要建立設(shè)備定期維護保養(yǎng)制度,確保生產(chǎn)設(shè)備

15、處于良好的運行狀態(tài)。七、質(zhì)量管理措施現(xiàn)在所有的SMT工廠都十分關(guān)注“質(zhì)量”,無論在哪一家企業(yè),在其辦公區(qū)和辦公室我們都能看到一些醒目的標語,比如“質(zhì)量第一”、“質(zhì)量是我們生存之本”等等,還把ISO9000質(zhì)量管理體系認證合格的證書展示出來,這都說明了大家對“質(zhì)量管理”的高度重視。然而,“質(zhì)量管理”并不僅僅是對產(chǎn)品質(zhì)量的管理,事實上,產(chǎn)品的質(zhì)量問題更多的時候是屬于流程優(yōu)化、員工素質(zhì)、心態(tài)和溝通的問題,而這些問題不是僅靠提高技術(shù)水平就能解決的?！百|(zhì)量”的范圍,不僅僅是產(chǎn)品和技術(shù),而是包括了企業(yè)的全面管理和運作。要做好質(zhì)量管理,可以從以下兩個方面來進行:第一,全員質(zhì)量意識的培養(yǎng)和樹立。新加坡CCF公

16、司SMT管理顧問薛競成先生是這樣來定義“質(zhì)量”的,他說一個企業(yè)能夠生存和發(fā)展是因為它有價值,這個價值就體現(xiàn)在客戶為了得到產(chǎn)品和服務(wù)所支付給企業(yè)的回報,這個回報可以是物質(zhì)上的也可以是非物質(zhì)上的?？蛻羲脕砗饬克鶓?yīng)支付多少回報的標準,就是所謂的“質(zhì)量”。也就是說質(zhì)量就是客戶對于所獲得產(chǎn)品和服務(wù)的滿意程度。因此,我們的目標就能局限于是產(chǎn)品質(zhì)量達到我們企業(yè)自己制定的或者是行業(yè)內(nèi)的“質(zhì)量標準”,我們的目標應(yīng)該是努力為客戶提供令其滿意的產(chǎn)品和服務(wù),這樣才能體現(xiàn)我們企業(yè)的價值。質(zhì)量意識的樹立和培養(yǎng),就是要讓全體員工都有“客戶意識”。這里提到的“客戶”不僅僅是產(chǎn)品和服務(wù)的最終對象,還包括產(chǎn)品在生產(chǎn)流程中你的下一工序和部門,他們也是你的“客戶”。只有這樣,我們才能把好的質(zhì)量和服務(wù)傳遞下去,才不會出現(xiàn)相互推諉和抱怨,進而才能促進大家的相互理解和溝通,逐漸營造一種和諧穩(wěn)定的工作氛圍。第二,管理方案和措施的制定執(zhí)行。SMT技術(shù)近年來迅速發(fā)展,也帶動了管理科學的不斷發(fā)展,誕生了很多與質(zhì)量管理有關(guān)的理論,例如“統(tǒng)計過程控制SPC”、“標桿管理”、“5S管理”、“目視管理”、“精益生產(chǎn)管理”、“6西格瑪管理”、“全面質(zhì)量管理TPM”等等。無論我們選擇哪一種管理理念,要真正地運用好它都不是一件容易的事情。要使一項管理方案很好地運作起來,需要企業(yè)能提供