焊接质量检查与评估当今SMT产品日趋复杂，电子元件越来越小，布线越来越细，新型元器件 发展迅速，继BGA之后，CSP和FC也进入实用阶段，从而使SMA的质量检测技 术越来越复杂。在SMA复杂程度提高的同时，电子科学技术的发展，特别是计 算机、光学、图像处理技术的飞跃发展也为开发和适应SMA检测的需要提供了 技术基础，在SMT生产中正越来越多地引入各种自动测试方法：元件测试、PCB 光板测试、自动光学测试、X光测试、SMA在线测试、非向量测试以及功能测试 等。究竟采用什么方法（或几种方法合用），则应取决于产品的性能、种类和 数量。并不是所有的SMA均需要高级的测试仪器去评估，经常使用的结果形成 了这样的次序：连接性测试一在线测试一功能测试。在许多情况下，对元件及 PCB光板特别是印刷焊膏后的测试，即加强SMT生产的源头监管，会使故障率大 大降低。本章主要介绍有关焊接质量的评估，包括各种元器件焊点质量要求与 焊点缺陷的种种表现，最后对SMT生产中经常出现的焊接缺陷进行分析，并提 出相关的解决方法。一。连接性测试人工目测检验（加辅助放大镜）在数字化的电路中，被焊接产品能正常工作的基本要求是互连图形完整无 缺；元件不错焊、不漏焊；焊接点无虚焊、无桥连。在SMT大生产中，人们惯用肉眼或者辅助放大镜、显微镜检测，基本上能 满足对除BGA和CSP等以外元件焊点的观察。较为理想的是无阴影放大镜与大 中心距显微镜。检查中，还可以借助金属针或竹制牙签，以适合的力量和速度划过QFP的 引脚，依靠手感及目测来综合判断，特别是对IC引脚是否有虚焊或桥连的检查, 有着良好的效果。借助放大镜和显微镜的人工目测检验方法具有灵活性，也是 最基本的检测手段。IPC-A-610B焊点验收标准，基本上也是目测为主。现结合 IPC-A-610B标准，对焊点/ PC外观质量评述如下。优良的焊点外观优良的焊点外观通常应能满足下列要求：（1）润湿程度良好；（2）焊料在焊点表面铺展均匀连续，并且越接近焊点边缘焊料层越薄，接触 角一般应小于30 0，对于焊盘边缘较小的焊点，应见到凹状的弯月面，被焊金 属表面不允许有焊料的阻挡层及其他污染物，如阻碍层、字符图、栏框等；（3）焊点处的焊料层要适中，避免过多或过少；（4）焊点位置必须准确，元件的端头/引脚应处于焊盘的中心位置，宽度及 长度方向不应出现超越现象；（5）焊点表面应连续和圆滑，对于再流焊形成的焊点应有光亮的外观。原则上，上述要求可应用于一切焊点，不管它用什么方法焊接而成，也不论它处于PCB的哪个位置上，都应使人感觉到它们均匀、流畅、饱满，如图所示。缺陷分类焊接缺陷可以分为主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷。凡使SMA功能失效的 缺陷称为主要缺陷；次要缺陷是指焊点之间润湿尚好，不会引起SMA功能丧失, 但有影响产品寿命的可能的缺陷；表面缺陷是指不影响产品的功能和寿命。通常主要缺陷必须进行修理，次要缺陷和表面缺陷是否需要修理，由缺陷 的程度及产品的用途未决定。通常电子产品可以分成三大类：消费类设备，如 TV 和VCD；专用设备，如测量仪器和通讯；极高可靠性设备，如宇宙飞行器和心 脏起搏器。不同的生产部门对次要缺陷及表面缺陷，可结合IPC-A-610B标准以及自己 产品的性质来决定是否修理，对于表面缺陷在要求某种特定外观时或尚未对它 准确认定之前，也应给予修理。常见的主要缺陷（1）桥连桥接焊料在不需要的金属部件之间产生的连接，会造成短路现象。各种元件焊 点均会发生此缺陷，出现时必须修理，如图所示。（2）立碑立碑又称之为吊桥（Drawbridging）、曼哈顿和墓碑，是SMT生产中常见 的缺陷，主要出现在重量很轻的片式阻容元件上，如图所示。（3）错位元件位置移动出现开路状态，各种元器件引脚均会发生。（4）焊膏未熔化SMA通过再流炉焊接后，元器件引脚上出现焊膏未熔化现象，各种元件均会 发生。（5）吸料芯吸现象焊料不是在元件引脚根润湿，而是通过引脚上升到引脚与元件本体的结合 处，似油灯中的油上升到灯芯上端，常见于QFP和SOIC。2常见的次要缺陷焊盘浸润效果尚可，不会使SMA功能丧失，但会影响其寿命。生产检验中 根据焊接质量制定了1、2、3级标准，不同等级的焊接质量决定了产品的等级。 对片式元件，优良的焊点应该外表平滑、光亮和连续，并且逐渐减薄直至边缘， 锋头处底层不外露，也不出现尖锐的突起。元件位置不偏离，元件无裂缝、缺 口和损伤，端口电极无浸析现象。有关详细的技术标准可参考其他资料。三。PCB的质量检查优良状态是PCB在焊接后仍应保持完好状态，阻焊膜经过焊接和清洗工艺 以后不出现脱落、裂痕和起泡，色彩不应发黄（高温引起），PCB基板不应出现 分层、起泡和银条分离，PCB基板的弯曲度，插装组件板不应超过1. 5%,贴 装组件板不应超过0. 75（或不影响第二次贴片、焊接、测试与整机装配）。 主要缺陷：A阻焊膜可接受 1级要求： 阻焊膜一空洞和起泡：焊接和清洗以后，阻焊膜没有气泡、划痕、空洞或 皱褶。阻焊膜在焊接过程中，起到了防止焊料短路的作用，焊接完成以后，阻 焊膜可能产生气泡和局部剥落，只要剥落区域不对其他组装过程造成妨碍，即 可以接受。不合格一2，3级要求： 阻焊膜开裂，起泡以致暴露出底层金属；阻焊膜的气泡、刮痕和空洞形成 了相邻情况线条的桥连通道；组件在经过拉力测试之后，阻焊膜中的气泡、刮 痕和空洞，使阻焊膜产生卷片现象；焊接过程中的助焊剂、油脂或清洗剂渗入 到阻焊膜下面。不合格 1，2，3级要求： 脱落的阻焊膜影响到组装件的外观和功能。气泡产生的部位构成焊料桥连 的通道。可接受 1，2，3级要求： 阻焊膜的起泡、划痕和空洞，没有构成相邻线路和导体表面的桥连通道， 阻焊膜局部脱落的部位，也不形成具有潜在危害的情况，可判为合格（1，2，3 级）。B层压板在一般情况下，分层和起泡缺陷是材料及工艺方面的原因造成的。对于发 生在功能性区域和非功能性区域之间的起泡和分层，只要是非导电性的，若其 他性能都符合要求，则可以接受，如图7.4所示。分层影响到金属化孔（如图 7.5所示）时，A发生起泡和分层的部位局限在通孔或导分层一基材的层间或基 材与导电箔间电线条中间地带50%以内，可接受1, 2级（降级）。A发生起 泡和分层的部位局限在通孔或导电线条中间地带的25以内，可接受3级要求。发生起泡和分层的部位扩大到能把金属化孔或者板下面的导条连通起来， 则1， 2， 3级均为不合格。C. 显布纹显布纹是基材表面的一种现象，即基板表面亚显出玻璃布的编织花纹，此 时玻璃布的纤维应没有断裂，并完全被树脂覆盖。显布纹现象对于1， 2， 3级 要求都可接受。D露织物即基材表面露出末被树脂完全覆盖的没有断裂的玻璃布纤维。 优选1，3级要求：没有露织物。可接受 1，2级要求：露织物和导体的绝缘距离大于规定的最小电气 间距。不合格 1，2级要求：露织物和导体的绝缘距离大于规定的最小电气 间距。不合格 3级要求：出现露织物现象。虽有露织物现象，但与导体的绝 缘距离大于规定的最小电气间距，可视为符合1，2级要求。E晕圈和边缘分层晕圈和边缘分层是指PCB机械加工，如冲孔等引起的机械外伤而出现发白, 一般离边距离或孔边不超过2.5mm时，仍可视为合格（通常有此缺陷已作为不 合格处理）。1，2，3级要求。超出2.5mm，则不符合。F弓曲和扭曲弓曲和扭曲是指SMA焊接后的变形，通常1, 2, 3级要求插装组件板不超过1. 5，贴装组件板不超过0.75%，同时不影响贴片、焊接和测试的操作要 求。通常应能维修处理，但对于薄板会有一定难度。A。立碑现象的产生与解决办法再流焊中，片式元件经常出现立起的现象，称之为立碑，又称之为吊桥、 曼哈顿现象，如图7.6所示。同样一种焊接缺陷，出现这么多的名称，可见这 种缺陷经常发生并受到人们重视。立碑现象发生的根本原因是元件两边的润湿力不平衡，因而元件两端的力 矩也不平衡，从而导致立碑现象的发生，如图所示。若见M 1M2，元件将向左侧 立起；若M1M2,元件将向右侧立起。下列情形均会导致元件两边的润湿力不平衡。焊盘一侧錫膏禾堵化，两焊 盘张力不平衡就会出现立碑+蚀+阿1焊盘设计与布局不合理如果元件的两边焊盘之一与地相连接或有一侧焊盘面积过大，则会因热熔 量不均匀而引起润湿力不平衡。PCB表面各处的温度差过大以致元件焊盘吸热不 均匀以及大型器件QFP, BGA和散热器周围小型片式元件出现温度不均匀，均会 导致润湿力不平衡。解决办法是改善焊盘设计与布局。2锡膏与锡膏印刷锡膏的活性不高或元件的可焊性差，锡膏熔化后，表面张力不一样，同样 会引起焊盘润湿力不均匀（如图 7.8 所示）。两焊盘的锡膏印刷量不均匀，多 的一边会因锡膏吸热量增多，熔化时间滞后，也会导致时间滞后，也会导致润 湿力不均匀。解决办法是选用活性较高的锡膏，改善锡膏印刷参数，特别是模板的窗口 尺寸。3贴片Z 轴方向受力不均匀，会导致元件浸入到锡膏中的深浅不一，熔化时会因时 间差而导致两边的润湿力不均匀。元件贴片移位会直接导致立碑。 解决方法是调节贴片机参数。4炉温曲线PCB 工作曲线不正确，原因是板面上温差过大，如炉体过短和温区太少所致。 解决办法是根据每种产品调节温度曲线。良好的工作曲线应该是：锡膏充分熔化；对PCB/元器件热应力最小；各种 焊接缺陷最低或无。通常最少应测量三个点(如图 7.10 所示)：(A) 焊点温度205220C；(B) PCB表面温度最大V 240C；(C) 元件表面温度V230C。5N2 再流焊中的氧浓度采用N2保护再流焊，会增加焊料的润湿力，但越来越多的报导说明，在氧 含量过低的情况下发生立碑的现象反而增多。通常认为氧含量控制在100 x 10-6 左右最为适宜。B. 再流焊中锡珠生成原因与解决办法锡珠是再流焊常见的缺陷之一，其原因是多方面的，不仅影响到外观而且 会引起桥接。锡珠可分为两类，一类出现在片式元器件一侧，常为一个独立的 大球状.一如图7.11所示；另一类出现在IC引脚四周，呈分散的小珠状，如图 7.12 所示。现将原因分析如下：1温度曲线不正确再流焊曲线可以分为四个区段，分别是预热、保温、再流和冷却。预热、 保温的目的是为了使PCB表面的温度在6090s内升到150C，并保持约90s， 这不仅可以降低 PCB 及元件的热冲击，更主要是可以确保锡膏的溶剂能部分挥 发，不至于在再流焊时，由于温度迅速升高时因溶剂太多引起飞溅，以致锡膏 冲出焊盘而形成锡珠。因此通常应注意升温速率，并采取适中的预热，并有一 个很好的平台使溶剂大部分挥发，从而抑制锡珠的生成。2焊膏的质量锡膏中金属含量通常在（90士0.5），金属含量过低会导致焊剂成分过 多，而过多的焊剂会因预热阶段不易挥发而引起飞珠。 锡膏中水蒸气儿氧含量增加的原因有：由于焊膏通常是冷藏，当从冰箱中取出 且没有足够的升温时间时，会导致水蒸气的进入；焊膏瓶的盖子，每次使用后 应盖紧，若没有及时盖严，也会导致水蒸气的进入。放在模板上印制的锡膏在完工后，剩余的部分，应另行处理，若再放回原 来瓶中，会引起瓶中锡膏变质，也会产生锡珠。3印刷与贴片锡膏在印刷工艺中，由于模板与焊盘对中偏移，若偏移过大则会导致锡膏 浸流到焊盘外，加热后容易出现锡珠。因此应仔细调整模板的装夹，不应有松动现象，此外印刷工作环境不好也 会导致锡珠的生成，理想环境的温度为25 士 3C，相对湿度50%65%。贴片过程中Z轴的压力是引起锡珠的一项重要原因，往