深圳市特普科電子設(shè)備有限公司
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空洞會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)強(qiáng)度降低。焊點(diǎn)作為連接電子元器件與PCB板的關(guān)鍵部位,其強(qiáng)度直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的機(jī)械穩(wěn)定性。當(dāng)焊點(diǎn)中存在空洞時(shí),有效連接面積減小,就像橋梁的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了空洞,承受外力的能力大幅下降。在產(chǎn)品受到震動(dòng)、沖擊或溫度變化時(shí),這些薄弱的焊點(diǎn)極容易出現(xiàn)開(kāi)裂、脫落等問(wèn)題,進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)損壞,無(wú)法正常工作。
空洞還會(huì)造成電氣連接不穩(wěn)定。在電子產(chǎn)品中,穩(wěn)定的電氣連接是確保信號(hào)傳輸準(zhǔn)確、電流流通順暢的基礎(chǔ)??斩吹拇嬖谠黾恿撕更c(diǎn)的電阻,就如同在電路中串聯(lián)了一個(gè)不穩(wěn)定的電阻元件,導(dǎo)致電流傳輸時(shí)出現(xiàn)電壓降,影響信號(hào)的完整性和穩(wěn)定性。這不僅可能引發(fā)電子產(chǎn)品的功能故障,如數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤、設(shè)備死機(jī)等,還會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。在一些對(duì)可靠性要求極高的領(lǐng)域,如航空航天、醫(yī)療設(shè)備等,電氣連接不穩(wěn)定可能會(huì)引發(fā)極其嚴(yán)重的后果。
在電子制造行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天,產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)立足市場(chǎng)的根本。SMT貼裝模塊空洞問(wèn)題如果得不到有效改善,不僅會(huì)增加產(chǎn)品的次品率和返修率,提高生產(chǎn)成本,還會(huì)損害企業(yè)的聲譽(yù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此,改善SMT貼裝模塊空洞問(wèn)題迫在眉睫,是電子制造企業(yè)必須高度重視并全力解決的重要課題。
焊膏顆粒的大小也至關(guān)重要。顆粒過(guò)大,在印刷過(guò)程中可能無(wú)法填充到焊盤(pán)的細(xì)微縫隙中,從而留下空隙,在后續(xù)焊接時(shí)形成空洞;顆粒過(guò)小,則容易導(dǎo)致焊膏的流動(dòng)性變差,同樣會(huì)增加空洞產(chǎn)生的幾率。焊膏的揮發(fā)性和流動(dòng)性也是不可忽視的因素。揮發(fā)性過(guò)強(qiáng),在加熱過(guò)程中會(huì)迅速產(chǎn)生大量氣體,來(lái)不及逸出就會(huì)形成空洞;流動(dòng)性不佳,則無(wú)法在焊盤(pán)上均勻鋪展,導(dǎo)致焊接不充分,產(chǎn)生空洞。
焊盤(pán)的設(shè)計(jì)是否合理也與空洞問(wèn)題密切相關(guān)。焊盤(pán)的尺寸、形狀以及與元器件引腳的匹配程度等,都會(huì)影響焊接過(guò)程中焊膏的流動(dòng)和填充情況。如果焊盤(pán)設(shè)計(jì)不合理,可能會(huì)導(dǎo)致焊膏在焊接時(shí)無(wú)法完全覆蓋引腳,或者在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中,從而形成空洞。此外,PCB上的微孔設(shè)置也不容忽視。微孔是用于連接不同層線路的過(guò)孔,如果微孔的位置、大小或數(shù)量設(shè)計(jì)不當(dāng),可能會(huì)在焊接過(guò)程中成為氣體的聚集點(diǎn),進(jìn)而形成空洞。
回流環(huán)境也是一個(gè)重要因素。在普通的回流焊接環(huán)境中,空氣中的氧氣會(huì)與焊膏和元器件發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生氣體,增加空洞的形成幾率。而采用真空回流焊技術(shù),可以有效減少空氣中氧氣的影響,降低空洞率。真空環(huán)境能夠使焊膏中的氣體更容易逸出,從而提高焊接質(zhì)量。
合理的焊膏儲(chǔ)存和使用方法也至關(guān)重要。焊膏應(yīng)儲(chǔ)存在恒溫、恒濕的環(huán)境中,溫度一般控制在2-10℃,相對(duì)濕度保持在45%-70%之間。在使用前,需提前將焊膏從冰箱中取出,放置在室溫下進(jìn)行回溫,回溫時(shí)間不少于4小時(shí),以確保焊膏溫度均勻,避免因溫差導(dǎo)致水汽凝結(jié)?;販睾蟮暮父嘣陂_(kāi)封前,要使用專業(yè)的攪拌設(shè)備進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁购父嘀械暮辖鸱勰┖椭竸┚鶆蚧旌?,攪拌時(shí)間一般為5-10分鐘。開(kāi)封后的焊膏應(yīng)盡快使用,原則上應(yīng)在當(dāng)天內(nèi)用完,若無(wú)法在當(dāng)天用完,需密封保存,并在下次使用前再次攪拌。
優(yōu)化焊盤(pán)設(shè)計(jì)是減少空洞的重要環(huán)節(jié)。焊盤(pán)的尺寸、形狀和布局應(yīng)根據(jù)元器件的類型和尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì),確保焊膏在焊接過(guò)程中能夠均勻地覆蓋引腳,并實(shí)現(xiàn)良好的填充。焊盤(pán)的寬度應(yīng)與元件引腳的寬度一致,長(zhǎng)度則應(yīng)略大于元件引腳長(zhǎng)度的一半,以保證元件定位精度,避免產(chǎn)生焊接橋或熱應(yīng)力。焊盤(pán)的形狀也會(huì)影響焊接效果,對(duì)于大多數(shù)貼片元件,矩形焊盤(pán)是常用的選擇,因?yàn)樗芴峁┝己玫暮附用娣e,方便打印焊膏;而對(duì)于某些特殊元件,如微型BGA,可能需要采用球形或環(huán)形焊盤(pán)。
選擇合適的PCB表面處理工藝同樣關(guān)鍵。常見(jiàn)的表面處理工藝有噴錫、沉金、OSP等,每種工藝都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景。沉金工藝能夠提供的焊接性能,適合高密度的SMT應(yīng)用;OSP工藝則為銅焊盤(pán)提供一層保護(hù)膜,防止氧化,提高焊接性;噴錫工藝有利于焊膏的潤(rùn)濕,但如果控制不當(dāng),可能會(huì)導(dǎo)致焊盤(pán)表面的錫層厚度不均勻,存在氣孔或雜質(zhì)。因此,需根據(jù)產(chǎn)品的具體要求和生產(chǎn)工藝,選擇最適合的表面處理工藝。
合理設(shè)置PCB上的微孔也不容忽視。微孔的位置、大小和數(shù)量應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算和設(shè)計(jì),避免在焊接過(guò)程中成為氣體的聚集點(diǎn)。在設(shè)計(jì)微孔時(shí),應(yīng)盡量使其遠(yuǎn)離焊盤(pán)區(qū)域,或者采用盲孔、埋孔等特殊設(shè)計(jì),減少氣體對(duì)焊點(diǎn)的影響。同時(shí),要確保微孔的內(nèi)壁光滑,無(wú)毛刺或雜質(zhì),以保證焊接過(guò)程的順利進(jìn)行。
在回流階段,應(yīng)使溫度迅速上升至焊膏的熔點(diǎn)以上,確保焊膏完全熔化,并在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值溫度。峰值溫度的設(shè)置應(yīng)根據(jù)焊膏的熔點(diǎn)和元器件的耐熱性來(lái)確定,一般比焊膏熔點(diǎn)高20-30℃左右。在這個(gè)階段,要保證爐內(nèi)的溫度均勻性,避免出現(xiàn)局部過(guò)熱或過(guò)冷的情況,以確保所有焊點(diǎn)都能得到良好的焊接。
冷卻階段的降溫速率同樣重要,一般控制在3-6℃/s之間,緩慢降溫可以使焊點(diǎn)內(nèi)部的金屬組織均勻結(jié)晶,減少應(yīng)力集中,從而降低空洞和開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。在冷卻過(guò)程中,可采用強(qiáng)制風(fēng)冷或水冷等方式,提高冷卻效率,但要注意避免因冷卻過(guò)快導(dǎo)致元器件損壞。
選擇合適的回流環(huán)境也能有效降低空洞率。在普通的回流焊接環(huán)境中,空氣中的氧氣會(huì)與焊膏和元器件發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生氣體,增加空洞的形成幾率。而采用氮?dú)獗Wo(hù)的回流焊接環(huán)境,可以顯著減少氧氣的影響,提高焊接質(zhì)量。氮?dú)饩哂卸栊裕軌蚍乐寡趸磻?yīng)的發(fā)生,使焊膏中的氣體更容易逸出,從而降低空洞率。在一些對(duì)焊接質(zhì)量要求極高的場(chǎng)合,還可以采用真空回流焊技術(shù),進(jìn)一步減少空洞的產(chǎn)生。
對(duì)印刷工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制也至關(guān)重要。印刷壓力、刮刀速度、刮刀角度等參數(shù)都會(huì)影響焊膏的印刷質(zhì)量。印刷壓力應(yīng)適中,壓力過(guò)大可能導(dǎo)致焊膏擠出過(guò)多,形成橋接;壓力過(guò)小則可能導(dǎo)致焊膏印刷量不足,出現(xiàn)虛焊。刮刀速度和角度應(yīng)根據(jù)焊膏的特性和模板的厚度進(jìn)行調(diào)整,以保證焊膏能夠均勻地填充到模板的網(wǎng)孔中,并準(zhǔn)確地印刷到焊盤(pán)上。此外,要定期對(duì)印刷設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng),確保設(shè)備的精度和穩(wěn)定性。
加強(qiáng)對(duì)元器件的質(zhì)量檢測(cè)也是必不可少的環(huán)節(jié)。在元器件進(jìn)貨檢驗(yàn)時(shí),應(yīng)采用X射線檢測(cè)、電子顯微鏡檢測(cè)等手段,對(duì)元器件的引腳進(jìn)行全面檢查,確保其無(wú)氧化、無(wú)污染、鍍層均勻。對(duì)于一些關(guān)鍵元器件,還可以進(jìn)行抽樣破壞性試驗(yàn),檢測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在缺陷。在生產(chǎn)過(guò)程中,若發(fā)現(xiàn)元器件存在質(zhì)量問(wèn)題,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行篩選和更換,避免將不良元器件投入生產(chǎn),導(dǎo)致焊接空洞等問(wèn)題的出現(xiàn)。
通過(guò)對(duì)焊膏選擇與管理、PCB設(shè)計(jì)與處理、回流焊接參數(shù)調(diào)控以及生產(chǎn)過(guò)程控制等方面采取一系列有效的改善策略,可以顯著降低SMT貼裝模塊空洞的產(chǎn)生幾率,提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和可靠性,為電子制造企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得優(yōu)勢(shì)。
在案例二中,某醫(yī)療設(shè)備制造商在生產(chǎn)過(guò)程中遇到了SMT貼裝模塊空洞問(wèn)題,嚴(yán)重影響了設(shè)備的性能和安全性。通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程控制,嚴(yán)格把控生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度,對(duì)印刷工藝參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整,并加強(qiáng)對(duì)元器件的質(zhì)量檢測(cè),空洞問(wèn)題得到了有效解決。產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性達(dá)到了醫(yī)療行業(yè)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn),為企業(yè)贏得了良好的市場(chǎng)聲譽(yù)。
改善SMT貼裝模塊空洞問(wèn)題是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,需要從焊膏、PCB、回流焊接以及生產(chǎn)過(guò)程控制等多個(gè)方面入手。通過(guò)優(yōu)化焊膏選擇與管理、改進(jìn)PCB設(shè)計(jì)與處理、精準(zhǔn)調(diào)控回流焊接參數(shù)以及完善生產(chǎn)過(guò)程控制等策略,可以有效地降低空洞率,提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。
展望未來(lái),隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,SMT技術(shù)也將持續(xù)創(chuàng)新。在改善空洞問(wèn)題方面,我們有望看到更多先進(jìn)的材料、設(shè)備和工藝涌現(xiàn)。例如,新型焊膏材料可能會(huì)具備更低的氣體產(chǎn)生率和更好的流動(dòng)性,進(jìn)一步減少空洞的形成;更精密的印刷設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)將能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焊膏印刷和焊接質(zhì)量的更精準(zhǔn)控制,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問(wèn)題。同時(shí),隨著智能化和自動(dòng)化技術(shù)在電子制造領(lǐng)域的深入應(yīng)用,SMT生產(chǎn)線將實(shí)現(xiàn)更高效的生產(chǎn)過(guò)程控制和質(zhì)量監(jiān)測(cè),為進(jìn)一步降低空洞率提供有力支持。
在這個(gè)充滿機(jī)遇與挑戰(zhàn)的領(lǐng)域,電子制造企業(yè)應(yīng)不斷關(guān)注技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài),積極探索創(chuàng)新,持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝,以應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量要求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn),為推動(dòng)電子制造行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
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