如何解決焊盤不匹配導致生產(chǎn)時產(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隊隊員）

序：
6 x; H4 R, m# ?. q, i0 `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，工藝上改良，還是從設計源頭上優(yōu)化，多年來大家對此各抒己見討論不休，本期的DFM案例分析也許能給出一個比較明確的答案……

正文：
隨著電子產(chǎn)品集成化的不斷提高，對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)品和手機通訊產(chǎn)品的普遍應用，密間距的QFN、CSP封裝的應用等都提升了smt工藝制程的復雜程度。為滿足產(chǎn)品的可靠性要求，良好的焊點形成有賴于合理的焊盤設計、合適的錫膏量、合適的爐溫區(qū)線等，其中鋼網(wǎng)的設計工藝是提升SMT工序良率的核心部分，這對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)驗和扎實的技術(shù)功底，才能在生產(chǎn)線上處理異常時能迅速推導出缺陷的發(fā)生原因和機理，快速有效的解決問題。
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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，同時在優(yōu)化鋼網(wǎng)開孔時，也要避免因開孔面積縮小導致焊點少錫現(xiàn)象的不良問題出現(xiàn)。

通常關于錫珠不良現(xiàn)象描述如下：
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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

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* d3 E/ A9 W& _錫珠問題形成的原因有很多種：
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• 從設計的角度PCB焊盤設計不合理、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，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，也能導致錫珠的產(chǎn)生。
• 鋼網(wǎng)開孔設計如果直接按照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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處理對策和預防措施：
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• 遇到片式阻容類焊盤設計內(nèi)距小于IPC-SM-782標準“Gap”值時，工藝工程師片優(yōu)化鋼網(wǎng)時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，就會出現(xiàn)開孔未內(nèi)切處理，導致開孔內(nèi)距偏�。ㄈ缦聢D一）。
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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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0 v3 c8 i$ |9 @0603元件內(nèi)距保持0.8mm防錫珠處理內(nèi)切外擴方式防錫珠、少錫

  

% u5 D7 g" C) ]. ?$ J8 _$ L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行優(yōu)化：
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7 B5 l5 u& F4 U( P9 s5 e" H+ ~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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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QFP、PLCC封裝長條形引腳的焊盤開孔方式
  

寬度內(nèi)切處理引腳寬度1:0.9開孔，內(nèi)距大于0.2mm

• 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。
• 遇到混裝元件復雜度高的產(chǎn)品時，采用局部階梯厚度的開孔方式
  

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
" }, G# H. |7 q8 l5 U. M' z5 f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
吃錫量大的局部位置階梯厚度0.15 - 0.18mm來滿足焊點錫量。

• PCB焊盤設計時參考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)化和設計鋼網(wǎng)開孔時，同樣在參考鋼網(wǎng)開孔設計指南 IPC – 7525，根據(jù)元件封裝引腳形裝和尺寸進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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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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/ K6 `5 u7 F: L7 f0 l' C總結(jié)：

• 預防錫珠的發(fā)生，我們在DFM評審時對封裝尺寸和焊盤設計進行檢查，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，對于不同的封裝元件優(yōu)化的開孔方式和尺寸都不同，應該根據(jù)實際的元件規(guī)格及具體的制程參數(shù)相結(jié)合進行優(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、機器貼裝壓力、車間的環(huán)境和錫膏在印刷前的回溫攪拌等等也是解決錫珠產(chǎn)生的重要手段，E公司有經(jīng)驗的工程師跟你一起分享幾點：
  

1）        優(yōu)化回流爐溫度曲線設置，在預熱階段溫度上升斜率不能太快，升溫斜率設置
小于2℃/秒以內(nèi)，特別是復雜服務器主板上元件太密集，確保元件預熱均勻平穩(wěn)。

2）對于LED封裝的元件在機器貼裝時控制貼裝壓力。

! ]$ R+ h- e9 ~3）        錫膏在印刷前嚴格按規(guī)范4小時以上回溫時間，使用時攪拌3-5分鐘
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，可以總結(jié)出鋼網(wǎng)的開孔形狀和
+ Z; r2 u: ~  R" d% z0 O/ e) D尺寸，要根據(jù)焊點的不良現(xiàn)象進行點對點分析優(yōu)化，根據(jù)實際問題不斷總結(jié)經(jīng)驗進行優(yōu)化上錫量，規(guī)范管理鋼網(wǎng)的開孔設計是非常重要的，否則會直接影響到生產(chǎn)直通率。
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這正是：
錫珠不良影響大，
3 r( X5 @0 d$ }. {7 I; ?. Z, e短路失效多因它。
0 k& y0 g9 x! Z5 K各種方案細考量，
鋼網(wǎng)優(yōu)化方最佳。