常见锡膏印刷不良原因及改善

据统计,电子产品SMT组装过程中大概60-70%的焊接缺陷是由于锡膏印刷不良引起的。所以,锡膏印刷质量的优劣就决定了SMT组装的良率高低,零缺陷制造的关键是要确保锡膏印刷质量,防止因为锡膏印刷不良而导致焊接缺陷问题。

SMT锡膏印刷过程中出现的不良现象主要有以下几种:

1、锡膏坍塌
2、锡膏覆盖区域不当
3、锡膏短路
4、锡膏偏位
5、锡膏漏印
6、锡膏边界不良
7、锡膏刮坑或刮擦
8、锡膏脏污模糊
9、锡膏体积超标

 

一、锡膏坍塌

印刷后的锡膏不足以保持稳定形状而出现边缘垮塌并向焊盘外侧逐渐蔓延,在相邻焊盘之间形成连接。这种现象如果不能及时纠正,回流后,焊接短路是一定会发生的。

原因分析
1、刮刀压力过大,锡膏受到过度挤压,可能流入钢网与PCB之间的间隙,情况严重时,相邻焊盘的锡膏可能因此而连接起来而形成坍塌不良。
2、锡膏黏度太低,黏度是锡膏保持形状的关键参数,如果黏度过低,印刷后,锡膏边缘松散而出现垮塌现象,对于细间距元件就会形成锡膏短路问题。
3、金属含量太高,如果锡膏在钢网上放置太久或使用回收锡膏,锡膏中的稀释剂成分挥发,而金属含量不变,就可能出现黏度下降,出现坍塌现象。
4、焊料颗粒尺寸小,颗粒尺寸较小的锡膏,钢网下锡性较好,印刷后锡膏形状保持没有那么好,而且印刷时由于金属颗粒更容易在钢网下扩散而形成锡膏短路现象。
5、锡膏的吸湿性,如果空气湿度大或锡膏在空气暴露时间过长,都可能导致锡膏吸收空气中的水汽而稀化,黏度降低,锡膏不能保持形状而出现坍塌。
6、环境温度过高,锡膏中的助焊剂粘度会降低,印刷后将出现坍塌现象,而且,如果时间过长,锡膏中的稀释剂成分还会进一步挥发,反而粘度增加,导致印刷困难。

 

二、锡膏覆盖区域不当

覆盖区域是指焊盘表面需要覆盖锡膏的区域,理论上这个区域的面积是与钢网开孔面积相当。但实际上焊盘上的锡膏覆盖可能小于或大于钢网开孔。当锡膏覆盖面积小于焊盘时可能导致少锡状况发生;反之则可能导致短路或多锡问题。

原因分析
1、锡膏从钢网脱模不当,印刷参数如脱模速度影响,可能导致钢网脱模时,锡膏边缘不规则或夹杂在钢网孔内,导致锡膏溢出焊盘或焊盘裸露导致短路或少锡问题发生。
2、印刷过程中钢网上锡膏量不足,通常需要定期添加锡膏,如果钢网上锡膏量过度消耗,锡膏在孔内的填充就会减少,锡膏不能完全覆盖焊盘,导致少锡问题发生。
3、锡膏干燥,锡膏在钢网上放置时间太长,锡膏中的稀释剂挥发,锡膏干燥,触变性变差,不能很好地填充网孔,或锡膏粘附在孔壁上,焊盘上沉积锡膏量偏少或缺失。
4、钢网底部沾污,清洗不及时或不彻底,导致锡膏粘附在钢网底部并形成结块,增加钢网与PCB焊盘之间的间隙,通常可能导致焊肋上锡膏体积或覆盖率增加,当然也可能发生少锡,因为这些污染物可能反而将焊盘上的锡膏带走。
5、锡膏坍榻过度,锡膏吸湿或其它原因,边缘坍塌,锡膏溢出焊盘。
6、印刷速度太快,锡膏在钢网上发生滑动而不能充分填充钢网开孔,孔内锡膏填充不充分,焊盘上沉积的锡膏自然不能完全覆盖焊盘了。
7、压力过大致使锡膏从钢网底下渗出而溢出焊盘。

 

三、锡膏短路

相邻焊盘之间的锡膏连接的叫做湿式桥接。由于焊料熔化时的表面张力,有时候湿式桥接会在回流焊接过程中自动分离,如果不能分离就会形成短路缺陷。

 

原因分析
1、锡膏坍塌,这与锡膏的特性如金属含量或锡球颗粒大小,或锡膏的管控如是否吸湿有关等。当然也可能与印刷参数如压力或脱模速度等有关。锡膏沉积在PCB焊盘后不能有效保持原来的形状而出现坍塌形成桥连。
2、钢网底面沾污,钢网底部有沾污或其它东西,这会增加印刷时PCB和钢网底部之间的间隙,导致锡膏在钢网下溢出而导致桥连。
3、压力过大导致锡膏从钢网底部渗出面溢出焊盘形成桥连。
4、间隙设置过大,如果钢网与焊盘之间存在间隙就可能导致锡膏溢出焊盘而形成桥连。
5、钢网破损/损坏,相邻开孔之间的隔断断裂或变形,锡膏印刷时形成桥连。
6、阻焊膜厚度不均匀,局部区域可能比焊盘高,在细间距元件的锡膏印刷过程中,如0201以下或0.4mm间距以下的CSP或连接器元件,相邻的焊盘之间没有阻焊隔断,锡膏可能溢出焊盘而形成桥连
7、钢网或PCB偏位,钢网开孔与焊盘没有完全对正,锡膏印刷偏出焊盘,导致锡膏与相邻的焊盘之间的间隙减小,贴装元件时,元件挤压锡膏导致锡膏与邻近的焊盘连接,回流后形成短路。
8、多次印刷,有时为了增加焊盘上的锡量或增加小孔元件的锡膏填充,可能设置为两次印刷,可能会导致锡膏过度挤压导致坍塌短路。
9、线路板沾污,线路板上有脏污或其它东西,这个原理与钢网底部有沾污一样,直接原因就是加大了钢网与焊盘之间的间隙,锡膏溢出焊盘而形成短路。

 

四、锡膏偏位

印刷的锡膏与实际焊盘位置之间没有完全对中,可能会导致桥接,也可能会导致焊料印刷在阻焊膜上,从而形成锡球。

原因分析
1、线路板夹持或支撑不足,参数设置不当或PCB厚度尺寸偏差,这些因素可能导致印刷是线路板移动而发生钢网与PCB对位偏移,锡膏印刷后出现偏位。
2、PCB来料尺寸偏差或一次回流后PCB变形都可能导致焊盘与钢网开孔匹配不好,网孔与焊盘不能完全对正,产生印刷偏位。
3、校准程序不精准,程序设置不当,机器参数或PCB尺寸设置有偏差而导致印刷偏位。
4、线路板变形,钢网开孔与焊盘对位不准,导致偏位。

 

五、锡膏漏印
      当焊盘上的锡膏沉积不充分时称之为漏印,锡膏覆盖面积小于开孔面积的80%。将导致焊点焊锡不足或根本就没有锡膏润湿焊盘和元件端子,因此不可接受。

原因分析
1、刮刀速度太快,刮刀速度过快,锡膏可能滑过而填充不足,特别是对一些微型孔。
2、分离速度太快,锡膏印刷完成后,如果分离速度太快,可能导致部分焊盘的锡膏被带走而出现漏印问题。
3、印刷过程中钢网上的锡膏不足,印刷时孔内的锡膏填充不足而出现少锡问题。
4、钢网破损,钢网变形或其它的损坏可能导致网孔堵塞而出现少锡膏漏印问题。
5、焊料颗粒尺寸分布太大,对于微型或细间距元件的SMT组装,将导致最终沉积到PCB焊盘上的锡膏量不满足要求,通常金属颗粒的尺寸需要符合5球原则。

 

六、锡膏边界不良
      锡膏沉积在基板上必须轮廓清晰,型状分明,没有狗耳朵形状或轮廓模糊等。印刷界限不良是不可取的,因为它会导致不均匀焊点的形成。锡膏总量正确但是分布不正确会导致回流焊接中锡膏桥接。狗耳朵形状,凸起,边缘不齐,凹陷都是印刷边界不良的例子。

原因分析
1、钢网底部沾污/钢网清洗不当,钢网底部有沾污或清洗不干净,在锡膏印刷或钢网脱模时,孔壁的锡膏可能被带走导致边缘不整齐、坍塌或边缘缺失问题。
2、分离距离太小,可能导致锡膏不能完全从钢网孔壁分离,出现边缘锡膏拉伸。
3、分离速度太快,不利于钢网孔壁与锡膏之间的分离而出现边缘成形问题。
4、印刷速度太慢,导致锡膏在孔内过度挤压,锡膏量过多,在刮刀离开钢网时,锡膏压力释放而出现回弹,钢网与锡膏分离时,锡膏成型不规则。
5、钢网厚度和开孔尺寸不当,厚度与开孔尺寸的关系需要考虑面积比,常规面积比不小于0.66,如果面积太小,不利于锡膏填充和脱模。
6、钢网扭曲变形,导致锡膏边缘成形不良,脱模不好。
7、锡膏干燥,锡膏在钢网上放置时间过长,锡膏中的稀释剂挥发过度而干燥,锡膏干燥粘度增加,会导致脱模不良。
8、印刷间隙设置大,导致锡膏在钢网下扩散而成形不规则。

 

七、锡膏刮坑或刮擦

刮坑是指在印刷过程中锡膏从网孔中间部分被移除或挖空,主要是因为橡胶刮刀硬度中足而变形切入孔内或钢网开孔尺寸过大,印刷时刮刀挖走孔内部分锡膏。将导致焊点少锡而强度不足。


原因分析
1、刮刀刀刃为软聚氨酯,橡胶刮刀硬度不足,在印刷时刮刀变形而切入钢网孔内将已印刷成型的锡膏挖掘带走,产生刮坑现象。
2、刮刀压力过大,一种情况对于橡胶刮刀,原因如上面,另一种情况对于一些开孔尺寸较大的情况,钢刮刀也可能因为压力过大而产生变形,产生此种不良。
3、钢网破损,个别钢网孔之间的隔断部分断裂而导致网孔变大,印刷时刮刀切入孔内。
4、刮刀刀刃破损,印刷时破损部分可能切入孔内而带走部分锡膏。


八、锡膏脏污模糊,拖尾或焊盘部分锡膏缺失
1、模糊对应着板子表面的锡点在印刷流程中或之后沾污;
2、它发生在锡膏印刷在非指定区域,焊盘之间等;
3、由于会导致桥接/或锡球因此不可接受;
4、由于钢网开孔堵塞或印刷的锡膏从焊盘上被抹掉而导致的缺陷 ,当板子被强制传动至钢网,印刷机分离时,输出板子时锡膏就有可能被抹掉。这会导致焊盘上锡膏沉积不足而导致焊点强度降低,影响可靠性。

原因分析
1、间隙印刷后,如果钢网与PCB之间的间隙太小,就可能导致钢网与锡膏之间粘连,在输出线路板时,锡膏就可能被抹掉。
2、线路板夹持不足,机器参数设置不当,板子厚度给定值比实际值小,夹片松动,这些因素可能导致PCB在印刷时移动而出现不良。
3、刮刀压力太小,导致锡膏不能完全填充钢网孔,出现局部地方锡膏不能完全覆盖。
4、印刷后操作不当,锡膏印刷完成后,有时由于生产物料或贴片机问题而需要手拿PCB,这个时候就需要小心处理,防止人手或其它什么东西触碰到已印刷完成的锡膏,导致锡膏部分抹除而出现最后焊点锡量不足。


九、锡膏体积超标

采用3D锡膏检测系统测量线路板上实际的体积,可以精确测量实际的锡膏量,可有效预防焊点的少锡和多锡(短路)问题发生。

原因分析
1、钢网厚度和开孔尺寸不当或钢网变形,可能导致锡膏沉积过多,锡膏量偏大,焊点饱满,但对于细间距或微型密分布元件,短路问题可能就不可避免了。
2、间隙设置过大,通常印刷时钢网与PCB之间的间隙值为0,但如果钢网与PCB之间存在间隙而不能紧密接触,锡膏体积偏大,甚至锡膏溢出焊盘导致焊接短路。
3、阻焊膜高度同焊盘高度不水平(高于焊盘高度),如果阻焊膜比焊盘上表面高,对于一些细间距元件,焊盘之间没有阻焊膜隔离,相当于在焊盘与钢网之间存在间隙,锡膏溢出焊盘,短路发生的机率大增。
4、印刷支撑不足,印刷时由于刮刀压力作用而导致PCB中间部分变形,这会导致锡膏沉积过多。
5、线路板扭曲变形会导致钢网不能与PCB完全接触紧密,导致锡膏过量。
6、刮刀速度太快,印刷速度过快,锡膏不能充分滚动,而在钢网上发生滑动,锡膏不能有效地填充钢网孔,而导致孔内的锡膏体积不足。

 

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