【PCB工艺】表面贴装技术中常见错误

系列文章目录

1.元件基础
2.电路设计
3.PCB设计
4.元件焊接
5.板子调试
6.程序设计
7.算法学习
8.编写exe
9.检测标准
10.项目举例
11.职业规划

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表面贴装技术不是一个零缺陷的焊接工艺。在这篇文章中，我们将研究表面贴装技术（SMT）中导致PCB失败的原因，并试图找出避免这些错误的方法。减少此类缺陷是提供高效PCB组装服务的关键。

在我们了解SMT组装中的错误之前，让我们先了解一下SMT的基本情况。

1、什么是SMT和SMD

SMT贴片指的是在PCB基础上进行加工的系列工艺流程的简称，PCB（Printed Circuit Board)为印刷电路板。SMT是表面组装技术（表面贴装技术）（Surface Mounted Technology的缩写），是电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。

SMD：它是Surface Mounted Devices的缩写，意为：表面贴装器件，它是SMT(Surface Mount Technology）元器件中的一种。在电子线路板生产的初级阶段，过孔装配完全由人工来完成。首批自动化机器推出后，它们可放置一些简单的引脚元件，但是复杂的元件仍需要手工放置方可进行回流焊。表面组装元件（Surface Mounted components）主要有矩形片式元件、圆柱形片式元件、复合片式元件、异形片式元件。

2、表面贴装技术的优势是什么？

与通孔安装相比，SMT有几个优点。表面贴装技术使自动化变得容易，并使电路板上的元件密度更高。它还可以实现更高的电路速度，同时提供更好的高频性能。

3、通孔和表面贴装技术之间的区别是什么？

表面贴装技术和通孔技术之间有几个区别。主要的区别是围绕成本、自动化、电路板空间和元件密度。通孔元件的制造成本比表面贴装元件高，不适合自动化。与SMT相比，通孔技术在电路板空间和元件密度方面也有更高的限制。

表面贴装技术的故障排除

4、焊料桥接或电气桥接

焊料桥接是指焊料横跨两个不应电气连接的导体，并导致电气短路。这些短路导致了电路的故障。

①、原因：

各种各样的原因可以说明桥接的原因；然而，最广泛认可的原因是锡膏印刷过程中的一个问题。印刷过程中钢网与PCB焊盘匹配出现在偏差。

锡膏体积太大同样也会造成桥接。当钢网孔径与焊盘的比例过高时，可能会发生这种情况。

锡膏的突然坍落(Slump)也同样会促使桥接的发生。

②、什么是坍落度(slumps)

坍落度(slumps)通常是做坍落度试验测定拌合物的流动性，并辅以直观经验评定粘聚性和保水性。坍落度是用一个量化指标来衡量其程度的高低，用于判断锡膏能否正常进行。

不正确的锡膏金属与助焊剂重量比例会导致坍落(Slump)。高温和湿润度同样可以促使锡膏坍落(Slump)。

回流焊曲线也同样会增加桥接。我们知道，回流过程的目的是融化焊膏中的粉末颗粒。与此同时，它还会润湿被连接的表面，最后，使焊料凝固，形成牢固的冶金结合。剖面图可以分解成四个区域 - 预热、浸泡、回流和冷却区。

如果预热区的斜率过慢，就会造成桥接。零件与焊膏的接触可能会使沉积物发生偏移，使焊膏发生桥接。延长浸泡时间会给锡膏输入更多的热量，导致锡膏热坍落(Slump)现象。

放置不准确会进一步缩小焊盘之间的间隙，从而增加了桥接的机会。太多的元件放置压力会把锡膏从焊盘中挤出来。

③、解决方案：

适当的应用需要一个适当的焊膏金属和助焊剂重量比。换句话说，焊膏不能有坍落(Slump)现象。例如，通常可分配的焊锡膏的金属含量为85-87%。如果我们将其用于细间距的表面贴装印刷，这一比例会出现坍坍落(Slump)。通常情况下，90%的金属是，或者至少应该用于网板印刷焊膏的应用。

适当的回流焊曲线也是非常重要的。

应适当注意网板孔径与焊盘的对准，除非你使用自动印刷机对准。

确保点上的压力和元件放置的准确性。

将钢网孔径的尺寸减少10%。否则，网板的厚度也可以减少，这将减少锡膏的沉积量。

5、焊点不足或电气开路

当两个电气连接点分离时，或PCB上的某个区域中断了电路上的预期设计，则被称为电气开路。

①、原因：

表面贴装工艺的焊膏印刷阶段对这种缺陷的影响最大。

焊点上的焊料不足将导致电路开路。如果锡膏堵塞在网板的孔隙中，就会发生这种情况。

即使焊料量足够，如果在回流过程中没有接触到引线和焊盘，也会发生开路。这被称为元件引线共面性。

开孔也可能是PCB制造过程本身造成的结果。

②、解决方案：

首先，最重要的解决方案是纠正纵横比。纵横比被定义为开孔宽度与网板厚度的比率。锡膏堵塞孔径的原因可能是长宽比太小。

在制造过程中，极端的环境条件是一个严格的禁区。通过控制环境来避免焊膏污染。

关于共面性的调查在解决电气开孔问题时也非常重要。

必须与PCB供应商检查制造情况。

6、焊锡球化

从形成接头的主体中分离出来的非常微小的球形焊料颗粒的发展。这是免清洗工艺的一个基本问题，因为大量的焊球会在两个相邻的引线之间形成假桥，从而给电路带来功能问题。在水溶性工艺中，焊球并不是一个很大的问题，因为它们在清洁过程中会定期被清除。

①、原因：

焊膏的湿气污染是产生焊锡球的主要原因之一。湿气在回流过程中饱和，留下焊锡球。

缺乏适当的回流曲线也会导致焊锡球。快速的预热率不能提供足够的时间让溶剂逐渐蒸发。

焊膏中的焊粉上有过多的氧化物也会形成焊球。

焊球也可能是由于焊膏印刷对位不良造成的，在这种情况下，焊膏被印刷在焊接掩膜上而不是焊盘上。

在印刷过程中，网板底面的锡膏被涂抹也是一个原因。

②、解决方案：

建议使用较粗的粉末尺寸，因为细小的粉末尺寸有更多的氧化物，并且更容易坍塌。

应根据焊膏选择回流焊工艺。

应避免焊膏与水分和湿度的相互作用。

检查使用的最小印刷压力。

在进行回流焊之前，应持续验证印刷对准。

确保正确和经常清洗网板底部。

7、立碑效应

立碑，有时也被称为曼哈顿效应，是指部分或全部从焊盘上拉下来的芯片元件，在只有一端被焊接的情况下变成了垂直位置。这是在回流焊接过程中力的不平衡造成的。元件站在一端，就像从死里复活一样。因此，它看起来像墓地里的墓碑。实际上，它是一个失效的PCB设计，有一个开放的电路。

①、原因：

不均匀的加热会造成元件端子间的差异。更准确地说，如果热量分布不均匀，焊料会以不同的速度融化。因此，一边在另一边之前回流，导致另一边的引线直立起来。

不平等的散热器，即地平面，如果存在于PCB层内，可能会把热量从焊盘上吸走。

有时由于温度和湿度对焊膏的影响，在回流过程中，焊膏的力量不足以将元件固定在原位。

在回流操作期间和之后的过度移动可能会导致元件错位，从而导致墓碑效应。

在回流焊之前，元件在焊盘上的不平等放置会导致不平衡的焊料力。

②、解决方案：

元件主体必须至少覆盖两个焊盘的50%，以避免焊接力的不平衡。

确保高的元件放置精度。

建议保持较高的预热温度，以便在回流时两端的差值较小。

尽量减少移动，在SMT组装过程中，尽量减少回流焊时的移动。

尽量减少暴露在极端环境中，如高温或潮湿。

延长浸泡区有助于在锡膏达到熔融状态之前平衡两个焊盘的润湿力。

8、不湿润或去湿润

在焊点中，液态焊料没有与至少一个部件紧密粘连的情况。一种情况是，表面接触了液态焊料，但部分或没有焊料紧贴在上面。

①、原因：

PCB表面处理不佳可能是主要原因之一。假设基本金属是可见的，通常这更难焊接，因此会出现不湿润。

这也可能是由于在回流过程中浸泡时间过长。导致焊接前的助焊剂耗尽。

可能是在回流过程中，热量不足，因此，助焊剂没有得到适当的激活温度。

②、解决方案：

需要适应更好的金属表面处理质量，如更高的耐温OSP或ENIG。

减少在回流阶段前的总轮廓时间。

为给定的焊接任务提供适当的助焊剂。

9、焊锡球

位于离散元件附近的较大焊球的形成，彼此之间的距离非常小。这种变形就像焊球，但它是离散的，因为这些焊珠紧贴着离散的元件，而不是多引线的小玩意。

①、原因：

通常情况下，这种问题是由于沉积了过量的焊锡膏造成的。

有时在预热阶段，会有助焊剂放气，这可能会推翻锡膏的凝聚力。

过大的元件放置压力也可能是一个问题。这可以将沉积的焊膏推到焊接掩模上。因此，不能再融合到接头中。

②、解决方案：

减少网板厚度或减少孔径尺寸。在焊珠出现的一侧，减少10%应该可以解决这个问题。

减少元件取放的压力。

10、填充物不足和焊料不足

在印刷站沉积的锡膏量远远小于网板开口设计，或者在回流后，没有足够的焊料在元件引线处形成圆角。

①、原因：

网板孔有时会被干涸的锡膏堵住。这是导致该问题的主要原因之一。

在印刷周期中，在刮刀片的整个长度上施加足够的压力是非常重要的。这将确保网板被擦拭得很干净。太大的压力会导致浆料被挖出，特别是在较大的垫子上，这可能导致缺陷。

由于刮刀速度太高，浆料没有滚入孔道。刮刀的行进速度决定了焊膏滚入钢网孔隙和PCB焊盘上的可用时间。

当焊膏的粘度和/或金属含量太低时。

②、解决方案：

可以将大的开口分割成小的孔径，并检查刮刀的压力是否过大。

网板必须定期清洗，并检查锡膏是否过期或干燥。另外，应确保有足够的纸板支撑。

刮刀速度过快也是不可取的，这一点也应加以控制。

11、冷焊点或颗粒状焊点

有些焊点有时会表现出润湿性差，在焊接后拥有灰色、多孔的外观。它可以通过合金的深色、不反光、粗糙的表面来识别，而这些表面应该是明亮和有光泽的。

①、原因：

列出的主要原因之一是焊料吸收的热量不足。这种情况的发生是由于存在回流焊料的热量不足。

很多时候，在SMT焊接过程中，助焊剂似乎没有能力完成任务。这可能是由于在进行焊接之前，对元件和或PCB焊盘的清洁不够。焊剂溶液中太多的杂质也会导致这种缺陷。

②、解决方案：

最高回流温度应足够高，以便材料被彻底回流。

在回流期间或紧接着回流之后，组件不应经历任何形式的移动。

必须进行合金分析，以检查是否有污染物。

随着PCB的小型化，与PCB制造有关的问题也在增加。随着PCB上使用更小的元件，需要对焊接过程进行更严格的控制。减少SMT中的常见错误是提高SMT制造效率的一个重要步骤，从而实现更有效的PCB组装服务。