如何解決焊盤不匹配導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生錫珠的問題

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作者 | 王輝剛   王輝東（一博科技高速先生團(tuán)隊(duì)隊(duì)員）
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序：
PCBA的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中有很多不良問題發(fā)生，其中錫珠引起的短路失效，總是讓人防不勝防。解決此問題方法有很多，是從生產(chǎn)上改進(jìn)，工藝上改良，還是從設(shè)計(jì)源頭上優(yōu)化，多年來大家對(duì)此各抒己見討論不休，本期的DFM案例分析也許能給出一個(gè)比較明確的答案……

正文：
; h. x" m' \0 G+ H) c- u% L% p4 P隨著電子產(chǎn)品集成化的不斷提高，對(duì)PCBA工藝制程的要求也越來越高。比如阻容封裝01005 尺寸的器件在智能穿戴產(chǎn)品和手機(jī)通訊產(chǎn)品的普遍應(yīng)用，密間距的QFN、CSP封裝的應(yīng)用等都提升了smt工藝制程的復(fù)雜程度。為滿足產(chǎn)品的可靠性要求，良好的焊點(diǎn)形成有賴于合理的焊盤設(shè)計(jì)、合適的錫膏量、合適的爐溫區(qū)線等，其中鋼網(wǎng)的設(shè)計(jì)工藝是提升SMT工序良率的核心部分，這對(duì)于多年來在一線生產(chǎn)的工程師來說，也是巨大的挑戰(zhàn)。只有大家積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的技術(shù)功底，才能在生產(chǎn)線上處理異常時(shí)能迅速推導(dǎo)出缺陷的發(fā)生原因和機(jī)理，快速有效的解決問題。
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5 b. t4 B* h/ D# N2 ?7 k) Z本期課題，跟大家一起分享SMT制程中，常見幾種封裝產(chǎn)生錫珠不良的問題，怎么通過鋼網(wǎng)開孔優(yōu)化來解決的案例，同時(shí)在優(yōu)化鋼網(wǎng)開孔時(shí)，也要避免因開孔面積縮小導(dǎo)致焊點(diǎn)少錫現(xiàn)象的不良問題出現(xiàn)。

通常關(guān)于錫珠不良現(xiàn)象描述如下：

. N( _' k6 b3 r# o8 E錫珠是指在焊接過程中，由于錫膏飛濺或殘留、溢出焊盤等原因在PCB表面非焊點(diǎn)處形成的不規(guī)則的錫球。SMT工藝制程中在以下元件周圍出現(xiàn)錫珠的概率比較常見，通常分部位置如下：
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• 電阻、電容元件焊盤周圍
• 模塊組件、屏蔽罩周圍
• 電感、磁珠、晶振、LED燈、MOS管、保險(xiǎn)絲
• 底部扁平封裝器件如：濾波器、LGA封裝本體側(cè)面出現(xiàn)錫珠現(xiàn)象
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下圖為阻容器件底部和模塊引腳周邊因錫珠產(chǎn)生的不良案例。

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圖1：阻容封裝圖2：模塊封裝圖3: 晶振封裝

" x: p+ [8 |% B4 j錫珠問題形成的原因有很多種：

• 從設(shè)計(jì)的角度PCB焊盤設(shè)計(jì)不合理、特殊封裝器件接地大焊盤外伸超出器件引腳過長。
• 物料封裝與焊盤尺寸不匹配，元件本體壓在焊盤上導(dǎo)致錫膏外溢
• 錫膏印刷后貼片壓力過大，部分錫膏被擠出焊盤到元器件本體的底部或焊盤外側(cè)，在回流焊接時(shí)，被擠出的部分錫膏，未能正常收回到焊盤上，所形成的錫珠。
• 在回流焊接過程中，溫度曲線的加熱升溫的斜率過快，錫膏中的助焊劑溶劑劇烈汽化產(chǎn)生爆噴從而導(dǎo)致錫粉飛濺，在焊盤周圍所形成的錫珠。
• 在錫膏印刷過程中，由于鋼網(wǎng)底部未清洗干凈，在PCB焊盤周圍有殘留的錫粉，在回流焊接過程中，也能導(dǎo)致錫珠的產(chǎn)生。
• 鋼網(wǎng)開孔設(shè)計(jì)如果直接按照gerber文件中的焊盤尺寸1:1 開孔，不做任何的評(píng)審和優(yōu)化，這樣全開孔印刷錫膏，元件貼裝后錫膏擠出焊盤，回流焊接后形成錫珠。
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處理對(duì)策和預(yù)防措施：
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• 遇到片式阻容類焊盤設(shè)計(jì)內(nèi)距小于IPC-SM-782標(biāo)準(zhǔn)“Gap”值時(shí)，工藝工程師片優(yōu)化鋼網(wǎng)時(shí)必須按防錫珠開孔方式特殊處理，如果按客戶提供的Gerber文件開孔，就會(huì)出現(xiàn)開孔未內(nèi)切處理，導(dǎo)致開孔內(nèi)距偏小（如下圖一）。
  

  

開孔內(nèi)距小于0.3mm 0402封裝優(yōu)化開孔內(nèi)距0.35 – 0.5mm之間

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• 以下有幾種防錫珠開孔方式：
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1 E- v* c$ x0 Q; H: b4 A0603元件內(nèi)距保持0.8mm防錫珠處理內(nèi)切外擴(kuò)方式防錫珠、少錫
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( K/ C4 a/ n( P. }5 [( \開梯形防錫珠方式開“U”形防錫珠方式
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• 模塊類封裝防錫珠開孔方式主要是依據(jù)物料引腳尺寸和形狀進(jìn)行優(yōu)化：
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: @  P. f1 J& d焊盤尺寸1.8*1.27mm優(yōu)化鋼網(wǎng)開孔尺寸2.1mm*1.26
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• 針對(duì)晶振是底部焊盤封裝尺寸的類型，防錫珠開孔也不同。
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' X! Y' P" p& y2 F內(nèi)距尺寸為：1.3mm優(yōu)化內(nèi)距2mm倒圓角，寬度2mm開孔
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• 對(duì)QFP、PLCC封裝長條形引腳的焊盤開孔方式
  

2 G1 H3 Z* ?, R7 V, v  [. r* V寬度內(nèi)切處理引腳寬度1:0.9開孔，內(nèi)距大于0.2mm
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• 一般情況下防止錫膏印刷后連錫現(xiàn)象的發(fā)生，采用縮孔方式和開孔架橋方式來處理。
• 遇到混裝元件復(fù)雜度高的產(chǎn)品時(shí)，采用局部階梯厚度的開孔方式
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比如板上的元件既有最小封裝0201、01005元件，又有大焊盤或定位孔的元件（如耳機(jī)座、卡座、連接器等），為了保證所有元件的焊盤都滿足良好的上錫效果，采用階梯鋼網(wǎng)的開孔方式兼顧這兩種需求。在大尺寸元件焊盤位置保持較大的厚度，而在小封裝
焊盤位置保持較小的厚度。一般情況下0201和01005元件的鋼網(wǎng)厚度為0.08mm，大焊盤
: A& O3 p4 C! g( w; K0 m' [吃錫量大的局部位置階梯厚度0.15 - 0.18mm來滿足焊點(diǎn)錫量。
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• PCB焊盤設(shè)計(jì)時(shí)參考IPC-SM-782, 不同封裝尺寸的元件焊盤內(nèi)距如下：
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• 工程師在產(chǎn)前優(yōu)化和設(shè)計(jì)鋼網(wǎng)開孔時(shí)，同樣在參考鋼網(wǎng)開孔設(shè)計(jì)指南 IPC – 7525，根據(jù)元件封裝引腳形裝和尺寸進(jìn)行測量面積比和寬厚比，這樣才能確保錫膏印刷效果。
  

1）鋼網(wǎng)開孔面積與孔壁側(cè)面積的比值，一般建議大于0.66以上
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% z! U/ T- ^- B' C, [# V# F& } 2）鋼網(wǎng)開孔寬度和鋼網(wǎng)厚度的比值，通常建議大于1.5以上
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總結(jié)：

• 預(yù)防錫珠的發(fā)生，我們在DFM評(píng)審時(shí)對(duì)封裝尺寸和焊盤設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查，主要考慮在元件底部減少上錫量，從而減少錫膏擠出焊盤的幾率，對(duì)于不同的封裝元件優(yōu)化的開孔方式和尺寸都不同，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的元件規(guī)格及具體的制程參數(shù)相結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化。
• 綜上所述是通過優(yōu)化鋼網(wǎng)開孔尺寸解決錫珠問題是快速高效的方案，當(dāng)然錫珠的產(chǎn)生的原因也是多種多樣的，解決方法也不同，如經(jīng)過優(yōu)化回流爐溫度曲線、機(jī)器貼裝壓力、車間的環(huán)境和錫膏在印刷前的回溫?cái)嚢璧鹊纫彩墙鉀Q錫珠產(chǎn)生的重要手段，E公司有經(jīng)驗(yàn)的工程師跟你一起分享幾點(diǎn)：
  

1）        優(yōu)化回流爐溫度曲線設(shè)置，在預(yù)熱階段溫度上升斜率不能太快，升溫斜率設(shè)置
. f$ V9 M, ?5 J6 W" H: K7 z小于2℃/秒以內(nèi)，特別是復(fù)雜服務(wù)器主板上元件太密集，確保元件預(yù)熱均勻平穩(wěn)。
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2）對(duì)于LED封裝的元件在機(jī)器貼裝時(shí)控制貼裝壓力。

3）        錫膏在印刷前嚴(yán)格按規(guī)范4小時(shí)以上回溫時(shí)間，使用時(shí)攪拌3-5分鐘
* J0 k* Y# ?; s; ^3 _在生產(chǎn)過程中，工藝工程師在處理和解決各式各樣問題時(shí)，可以總結(jié)出鋼網(wǎng)的開孔形狀和
% {- m" M) U" Y. W1 o* h尺寸，要根據(jù)焊點(diǎn)的不良現(xiàn)象進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分析優(yōu)化，根據(jù)實(shí)際問題不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化上錫量，規(guī)范管理鋼網(wǎng)的開孔設(shè)計(jì)是非常重要的，否則會(huì)直接影響到生產(chǎn)直通率。

$ |2 X& x  H) j這正是：
' y/ O+ k' l) C: a" l; b' x/ m錫珠不良影響大，
短路失效多因它。
* I/ _) z9 e1 ^5 f' {. J各種方案細(xì)考量，
鋼網(wǎng)優(yōu)化方最佳。
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