SMT-PCB板可焊性不良工藝技術(shù)研究

影響印制板可焊性的因素比較多，各種工藝流程比較復(fù)雜，批量印制板整體質(zhì)量控制有一定的難度。通過對生產(chǎn)過程中的流程梳理和分析，并結(jié)合檢驗(yàn)及試驗(yàn)驗(yàn)證，對引起印制板可焊性不良的原因進(jìn)行了排查、分析和定位。該分析方法對于類似質(zhì)量問題的排查具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）是指按預(yù)定設(shè)計(jì)，用印制方法在絕緣基材上得到印制線路和印制元件或兩者結(jié)合的導(dǎo)電圖形。PCB是承載著電子元器件的安裝、固定和實(shí)現(xiàn)電氣連接的支承基板，在有些特殊電路中還具有某些電氣特性（阻抗特性、電磁屏蔽）功能。在制作過程中，為了防止ＰＣＢ板上銅焊盤被氧化，并保證其可焊性，焊盤表面應(yīng)根據(jù)基板材料、加工工藝及應(yīng)用環(huán)境涂（鍍）一層保護(hù)層。

與傳統(tǒng)PCB相比，表面組裝印制電路板是表面組裝技術(shù)(Surface Mount Technology，SMT)應(yīng)用過程中的載體，其具有翹曲度小、平整度良好、密度高、耐高溫和可焊性好等特性。

１、可焊性

可焊性是以規(guī)定的焊料、焊劑，在規(guī)定的焊接溫度和焊接時間內(nèi)，對表面和孔內(nèi)金屬表面的潤濕狀態(tài)的評價(jià)，有可焊性好、半潤濕和不潤濕等3種狀態(tài)，其中半潤濕和不潤濕為可焊性不良。

在GJB 362B - 2009《剛性印制板通用規(guī)范》3.5.3.可焊性要求中，表面安裝元件的印制板只需進(jìn)行表面可焊性試驗(yàn)，具有表面安裝和通孔安裝元件的印制板需進(jìn)行表面通孔可焊性試驗(yàn)。其中，鍍覆孔的可焊性試驗(yàn)按如下方法進(jìn)行：焊料溫度為235＋5℃ ，持 續(xù) 時 間 為(5±1)ｓ ；檢 驗(yàn) 按GB/T4677 - 2002中8.2條進(jìn)行檢驗(yàn)。

2、問題描述

經(jīng)SMT生產(chǎn)線生產(chǎn)的印制板組件在插裝件組裝過程中，發(fā)現(xiàn)印制板組件存在焊盤及導(dǎo)通孔不潤濕、可焊性不良等質(zhì)量問題，并且有的印制板上已出現(xiàn)多個導(dǎo)通孔內(nèi)明顯發(fā)黑現(xiàn)象?？珊感圆涣加≈瓢迦鐖D1所示。

圖1、可焊性不良印制板

３、排查分析

據(jù)初步判定，因不潤濕導(dǎo)致的可焊性不良是由于焊盤及導(dǎo)通孔內(nèi)的鍍層嚴(yán)重氧化所致。

根據(jù)問題現(xiàn)象，尋找故障發(fā)生機(jī)理，對印制板從制作、貯存到使用各個環(huán)節(jié)進(jìn)行逐一梳理后，導(dǎo)致印制板整板不潤濕、可焊性不良的故障分析圖如圖2所示。

圖2、印制板不潤濕、可焊性不良故障分析圖

3.1 因素編號

將分析圖中的各類可能因素按一定規(guī)則進(jìn)行編號后，各因素對應(yīng)編號見表1。

表1、可能因素對應(yīng)編號

3.2 故障排查

根據(jù)表1所列因素，以及印制板批次和生產(chǎn)使用狀況進(jìn)行整體排查。

3.2.1 故障件比例

經(jīng)SMT生產(chǎn)線共生產(chǎn)了6批次共計(jì)3840塊，其中，后2批次中共計(jì)出現(xiàn)9塊故障件，故障件所占比例為：9/3840-100%=0.23%。

3.2.2 印制板狀況排查

根據(jù)印制板承制廠家的反饋信息，確認(rèn)這6批次印制板為同一批次產(chǎn)品，并且本批次印制板在生產(chǎn)過程中，不存在材料變更、設(shè)備參數(shù)調(diào)整和生產(chǎn)工藝更改等因素。僅從承制廠家反饋信息不能排除制板環(huán)節(jié)引發(fā)故障的可能，即無法排除編號111、112、121、122、131、132、141、142和143。

3.2.3 印制板流轉(zhuǎn)、貯存情況排查

該批印制板在使用單位的最早入庫時間到進(jìn)入SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)時間約為40d，在庫房保存時間未超過印制板保存要求，且保存時印制板存放都是整包密封貯存，包裝完好，故排除編號21、22和23。

3.2.4 SMT生產(chǎn)流程各因素排查

SMT生產(chǎn)流程如圖3所示。針對9塊故障件，對SMT生產(chǎn)流程中的各工序進(jìn)行了逐一排查。

圖3、SMT生產(chǎn)流程

PCB板烘干。SMT生產(chǎn)線生產(chǎn)時，每一批次PCB板的烘干工序均在運(yùn)行可靠的烘干設(shè)備內(nèi)完成，結(jié)合各批次PCB板烘干記錄和烘干后PCB板檢查記錄，并無異?，F(xiàn)象發(fā)生，故排除編號311。

錫膏型號。SMT生產(chǎn)線所使用錫膏型號均為alpha品牌的某一固定型號錫膏，定點(diǎn)采購、供貨渠道穩(wěn)定且質(zhì)量可靠，經(jīng)前4批次生產(chǎn)驗(yàn)證，無任何因錫膏引發(fā)的質(zhì)量問題發(fā)生，故排除編號3121和3122。

錫膏回溫使用。錫膏回溫時間、攪拌時間均按照工藝規(guī)程要求時間進(jìn)行；錫膏使用過程中所用的攪拌刀采取及時清洗、定點(diǎn)存放和專人管理政策，排除了因攪拌刀導(dǎo)致的錫膏污染問題，且前４批次的生產(chǎn)記錄均顯示生產(chǎn)正常，無異?，F(xiàn)象發(fā)生，故排除編號3123。

錫膏印刷。印刷工序均嚴(yán)格按照工藝規(guī)程要求進(jìn)行，前4批次的生產(chǎn)記錄均顯示生產(chǎn)正常，無異?，F(xiàn)象發(fā)生，因印刷工序?qū)CB整板不潤濕不造成任何影響，故排除該工序。

貼裝工序。嚴(yán)格按照工藝規(guī)程要求進(jìn)行，由于本工序?qū)CB整板不潤濕不造成任何影響，故排除該工序。

回流焊接。焊接工序嚴(yán)格按照工藝規(guī)程要求進(jìn)行，前4批次生產(chǎn)記錄均顯示生產(chǎn)正常，無異?，F(xiàn)象發(fā)生。但由于爐內(nèi)溫度對PCB板整板的影響較大，尤其當(dāng)焊接溫度達(dá)峰值溫度時，更是引起整板氧化的關(guān)鍵點(diǎn)。針對這一因素，當(dāng)初在焊爐選型時就進(jìn)行了考慮，因此選用了真空汽相回流焊爐。貼裝好的PCB板進(jìn)入真空汽相回流焊爐后，在經(jīng)歷預(yù)熱、潤濕和回流焊接等３階段過程中，分別會在注入汽相液前、焊接結(jié) 束 時進(jìn) 行抽 真 空 操作，以 確保PCB整板在預(yù)熱、潤濕和焊接過程中全程真空保護(hù)，杜絕了焊點(diǎn)及印制板銅箔在高溫下氧化，對增強(qiáng)焊料的潤濕能力、提高焊點(diǎn)質(zhì)量提供了可靠保障。另外，經(jīng)前４批次生產(chǎn)驗(yàn)證，真空汽相焊爐設(shè)備運(yùn)行正常、一致性好，溫度曲線設(shè)置合理，并未出現(xiàn)過部分或整板氧化現(xiàn)象，排除該工序引發(fā)整板氧化的可能性，即排除編號321和322。

清洗工序。根據(jù)工藝規(guī)程要求，SMT生產(chǎn)線焊接好的組裝件需進(jìn)行清洗，清洗劑為無水乙醇，清洗方式為刷洗；同樣經(jīng)過前４批次生產(chǎn)驗(yàn)證，清洗工序的流程合理，并未出現(xiàn)組裝件上焊盤氧化現(xiàn)象。但由于該工序操作多為人員手工操作，刷洗過程及晾干時間受人為因素和周圍環(huán)境的影響因素較多，如：刷洗力度大小、環(huán)境濕度大小等都會造成組裝件在清洗過程中受到不一樣的外力因素影響，故該工序存在引發(fā)氧化的可能性。

檢驗(yàn)工序。檢測工序由自動光學(xué)檢測設(shè)備完成。檢測機(jī)理是根據(jù)焊盤的平整度與檢測設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)庫中圖樣相比對進(jìn)行檢測，對異常的圖樣進(jìn)行報(bào)警。但９塊故障組裝件，在設(shè)備檢測時并未出現(xiàn)報(bào)警或警示，因故障組裝件的平整度正常，鑒于檢測設(shè)備的檢測機(jī)理，該工序不存在引發(fā)整板不潤濕的因素存在。

通過上述各流程的排查分析，得出故障發(fā)生的可能環(huán)節(jié)主要集中在印制板的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和 SMT生產(chǎn)后的清洗環(huán)節(jié)。

3.2.5 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)驗(yàn)證步驟如下：首先，選取同一批次的印制板拼板２塊（共計(jì)４塊單板）為試樣，在每塊拼板上選取一塊小板，并從該小板上隨機(jī)選取至少10個點(diǎn)(5個表面焊盤、5個導(dǎo)通孔）進(jìn)行可焊性試驗(yàn)（試驗(yàn)方法如前所述）；然后，將試樣按照SMT生產(chǎn)工藝規(guī)程中真空汽相回流焊接工序進(jìn)行爐內(nèi)模擬焊接，模擬焊接完成后，將試樣置于清洗槽中按照工藝規(guī)程的清洗工序進(jìn)行清洗、晾干；最后，對每個試樣中的另一個小板進(jìn)行可焊性試驗(yàn)。

試驗(yàn)證明，經(jīng)過模擬焊接和清洗工序后，所選２塊試樣的可焊性達(dá)標(biāo)，同時結(jié)合清洗劑使用原則，經(jīng)過進(jìn)一步排查分析后，排除清洗工序?qū)ζ溆绊懀磁懦幪?31、332和333。

４、故障定位

在上述排查分析基礎(chǔ)上，選取2塊（1塊正常件、1塊故障件）組裝件作為送檢品進(jìn)行檢驗(yàn)，通過對送檢品中多個樣點(diǎn)（焊盤或通孔）進(jìn)行顯微觀察，發(fā)現(xiàn)故障件中的觀察點(diǎn)存在PCB鍍覆層太?。ň幪?31）、金屬化不完整現(xiàn)象，少數(shù)通孔內(nèi)有微量異物（編號132）；因此，根據(jù)各流程排查分析、檢驗(yàn)相關(guān)結(jié)論及試驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論如下：導(dǎo)致焊盤及通孔不潤濕、可焊性不良的根源是印制板本身質(zhì)量存在缺陷，該缺陷造成了焊盤表面及導(dǎo)通孔內(nèi)嚴(yán)重氧化。

5、結(jié)語

由于影響印制板可焊性的因素比較多，各種工藝流程比較復(fù)雜，批量印制板整體質(zhì)量控制有一定的難度。本文通過對生產(chǎn)過程中的流程梳理和分析，并結(jié)合檢驗(yàn)及試驗(yàn)驗(yàn)證，對引起印制板可焊性不良原因進(jìn)行了排查、分析和定位。該分析方法對于類似質(zhì)量問題的排查具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。