SMT中的8个常见错误
表面贴装技术（SMT）并非零缺陷焊接工艺。本文将探讨表面贴装技术中导致主板失效的简单缺陷，并尝试找出避免这些缺陷的方法。减少此类缺陷是提供高效PCB组装服务的关键。
表面贴装技术基础
什么是表面贴装技术？
表面贴装技术是一种将电气元件直接安装在印刷电路板表面的工艺。以这种方式安装的电气元件称为表面贴装器件（SMD）。
表面贴装技术有哪些优势？
SMT相较于穿孔安装有几个优势。SMT实现了自动化的便利性和板上更高的元件密度。它还实现了更高的电路速度，同时提供更好的高频性能。
穿孔技术和表面贴装技术有什么区别？
表面安装技术和穿孔技术之间存在若干区别。主要差异体现在成本、自动化、板材空间和组件密度。穿孔元件的制造成本高于贴片加工元件，且不适合自动化。与SMT相比，穿孔技术在板面空间和元件密度方面也有更高的限制。
表面贴装技术故障排除
SMT错误#1 焊接桥接或电气桥接
焊接桥是指在两根不应电气连接的导体上焊接，导致短路。这些短路会导致电路故障。
潜在原因
- 桥接的原因多种多样;然而，最广为人知的原因是焊膏打印过程中出现的问题。印刷布置或模板排列与PCB焊盘配置可能有些偏差。
- 焊膏沉积过多也会导致桥接。当模板光圈与垫片比例过高时，这种情况可能发生。
- 焊锡膏冷塌陷也可能导致桥接。
- 焊膏金属与通量重量比例不正确会导致塌陷。高温和潮湿还会导致焊膏塌陷。
- 回流曲线也可能促进桥接。我们知道回流工艺的目的是熔化焊锡膏中的粉末颗粒。同时，它会润湿连接的表面，最终使焊锡凝固，形成强固的冶金结合。该配置可分为四个区域——预热、浸泡、回流和冷却。
- 如果预热区的坡度过慢，可以解释桥接。部分与焊膏接触可能会使沉积物偏斜，使焊锡膏粘在桥上。长时间浸泡会向糊状物注入更多热量，导致糊状热塌陷现象。
- 放置不准确还会进一步缩小垫之间的间隙，从而增加桥接的可能性。元件放置压力过大会挤出焊盘上的导热膏。
可能的解决方案
- 需要合适的焊膏金属与助焊剂重量比。换句话说，焊膏不会塌陷。例如，通常一次性焊膏的金属含量为85%-87%。如果用这个比例做细间距表面贴装打印，这个比例会下降。通常，90%的金属是，或者至少应该用于模板印刷焊锡膏。
- 合适的回流曲线也非常重要。
- 除非你使用自动打印机对齐，否则应注意模板孔径与焊盘的对齐。
- 确保部件放置时压力和精度准确。
- 将模板光圈尺寸缩小10%。否则，模板厚度也可以减小，从而减少焊膏的沉积量。
SMT错误#2 焊点不足或电气断开
当两个电气连接的点被分离，或PCB上的某个区域中断了电路的预期设计时，称为电气开路。
潜在原因
- 表面贴装工艺中的焊膏打印阶段对这一缺陷贡献最大。
- 焊点焊锡不足会导致电路断开。如果焊膏堵塞模板孔径，就会发生这种情况。
- 即使焊锡体积充足，如果在回流时焊锡未同时接触引脚和焊盘，仍可能出现断路。这被称为分量引线共面性。
- 断路也可能是PCB制造过程本身的结果。
可能的解决方案
- 首先，解决办法是修正宽高比。纵横比定义为孔径宽度与模板厚度的比值。焊膏堵塞光圈可能是因为宽高比太小。
- 极端环境条件在制造过程中是绝对禁止的。通过控制环境来避免焊膏被污染。
- 在解决电气开闸时，关于共面性的调查也非常重要。
- 制造必须与PCB供应商核实。
SMT错误#3 焊锡球
焊点是从主体分离出极小球形焊锡颗粒形成的。这是无清洁工艺中一个重要问题，因为大量焊球会在两根相邻引脚之间形成假桥，从而对电路产生功能性问题。水溶性焊锡球的问题较少，因为清洗过程中焊锡会定期被清除。
潜在原因
- 焊锡膏的水分污染是焊球出现的主要原因之一。回流时水分饱和，留下焊球。
- 缺乏合适的回流曲线也可能导致焊球。预热速度快无法提供足够时间让溶剂逐渐蒸发。
- 焊膏中焊粉上的过多氧化物也可能形成焊球。
- 焊锡滚球也可能是焊膏打印对准不良，比如焊膏印在焊锡掩盖上而非焊盘上。
- 印刷过程中模板底部涂抹的焊锡膏也是一个特征。
可能的解决方案
- 建议使用较粗的粉末，因为细粉含有更多氧化物，且更容易塌陷。
- 应根据焊膏选择回流工艺。
- 应避免焊胶与湿气和湿度的相互作用。
- 检查使用最小打印压力。
- 打印对齐应持续验证，然后再进行重新焊接。
- 确保模板底部得到正确且频繁的清洁。
SMT错误#4 墓石化
墓碑，有时称为曼哈顿效应，是一种芯片部件，其部分或完全从焊盘上拉下，使其垂直位置仅焊接一端。这是由于回流焊接过程中的力不平衡引起的。组件站立在一端，仿佛从死里复活。因此，它看起来像墓地里的墓碑。实际上，它是一种已废弃的PCB设计，采用开路设计。
潜在原因
- 加热不均会导致元件端子之间产生差动。更准确地说，如果热分布不均匀，焊锡的熔化速度会不同。因此，一侧在另一侧之前回流，使另一侧线能够直立。
- 不均匀的散热器，即接地平面，如果存在于PCB层内，可能会将热量从焊盘带走。
- 有时由于焊膏的温度和湿度暴露，焊膏在回流时力不足以固定元件。
- 回流操作期间及之后的过度移动可能导致元件错位，进而形成墓碑式。
- 在回流焊前元件在焊盘上放置不均匀会导致焊接力不平衡。
可能的解决方案
- 元件本体必须覆盖至少50%的焊盘，以避免焊锡力不平衡。
- 确保高部件放置精度。
- 建议保持较高的预热温度，以使回流时两端之间的差小。
- 在回流过程中，将SMT装配过程中的移动最小化。
- 最少暴露于高温或高湿度等极端环境。
- 延长浸泡区有助于平衡两侧垫子的湿润力，避免糊状物熔化。
SMT错误#5 不湿润或去润湿
焊点中液体焊锡未与至少一个元件紧密粘附的状况。而表面接触液态焊锡时，焊锡部分或完全没有牢固粘附的状态。
潜在原因
- PCB表面处理差可能是主要原因之一。假设基材可见，通常焊接较难，因此不湿润。
- 也可能是因为回流过程中浸泡时间太长。结果是在焊接前耗尽助焊剂。
- 可能是在回流过程中，热量不足，助焊剂无法获得正确的活化温度。
可能的解决方案
- 需要采用更高质量的金属表面处理，如更高的耐温OSP或ENIG。
- 减少回流前的总剖面时间。
- 适合该焊接任务的助焊剂。
SMT错误#6 焊珠
形成较大的焊球，靠近彼此间距极低的离散元件。这种变形类似于焊球，但又是离散的，因为这些焊珠是固定在离散元件上，而不是多芯设备。
潜在原因
- 通常，这类问题是由于焊膏沉积过多所致。
- 有时在预热阶段，会有助焊剂逸出，这会覆盖浆料的聚合力。
- 过大的部件放置压力也可能是个问题。这会将沉积的焊膏推到焊锡掩盖上。因此，无法重新融合回关节。
可能的解决方案
- 减少模板厚度或缩小孔径尺寸。在焊珠所在的一侧，减少10%应该能解决这个问题。
- 减少元件的选取和放置压力。
SMT错误#7 填充不足且焊锡不足
打印机工作站沉积的焊锡膏量远少于模板开口设计，或者在回流后焊锡不足以在元件引脚形成一个切角。
潜在原因
- 模板的光圈有时会涸的浆糊堵塞。这是问题的主要原因之一。
- 在打印过程中，必须对刮刀叶片施加足够的压力。这样可以确保模板擦拭干净。过大压力会导致胶体被挖走，尤其是来自较大垫片时，这可能导致缺陷。
- 由于刮水器速度过快，焊膏无法滚入孔径。刮水器的速度决定了焊膏滚入模板孔口并压到印刷电路板焊盘上的可用时间。
- 当焊膏的粘度和/或金属含量过低时。
可能的解决方案
- 大开口可以分段成更小的孔口，并检查刮水器压力是否过大。
- 模板必须定期清洁，并检查胶体是否过期或干燥。此外，应确保董事会给予充分支持。
- 过度的刮水速度也不受欢迎，也应加以控制。
SMT错误#8 冷焊点或颗粒状接头
有些焊点有时会表现出湿润不良，焊接后呈现灰色、多孔的外观。它的特征是黑色、不反光、粗糙的合金表面，理应明亮闪亮。
潜在原因
- 其中一个主要原因是焊锡吸收的热量不足。这是因为焊锡回流时的热量不足。
- 在SMT焊接过程中，助焊剂似乎无法完成这项工作。这可能是由于元件和PCB焊盘在焊接前清洁不足所致。焊锡溶液中杂质过多也可能导致缺陷。
可能的解决方案
- 最大回流温度应足够高，使材料得到彻底回流。
- 组件在回流过程中或回流后不应有任何移动。
- 必须进行合金分析以检测污染物。
随着PCB的微型化，PCB制造相关的问题也在增加。焊接过程需要更严格的控制，PCB上使用较小的元件。减少贴片处理中常见错误是提高贴片制造效率、实现更有效PCB装配服务的重要一步。
