12 种 PCB 焊缺陷及预防措施

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qbwww|  楼主 | 2022-11-23 19:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 qbwww 于 2022-11-23 19:40 编辑

主要是以下12 种 PCB 焊缺陷及预防措施:
  • 1、焊锡桥联
  • 2、可焊性和润焊性差
  • 3、渗透力差
  • 4、放气
  • 5、焊球
  • 6、焊接标志
  • 7、焊接短路
  • 8、漏焊
  • 9、凹陷焊接头
  • 10、阻焊层变色
  • 11、焊锡过多
  • 12、热焊(焊接头过热)

一、焊锡桥联

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焊锡桥联图

由体积比较小的元器件引起的焊接问题中,焊锡桥接是最常见的问题。当电路板上两个不应该连接的两个焊点在PCB 焊接过程中不经意地被焊锡连接时,就会形成桥联。根据电路结构的不同,可能会造成各种损坏。

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锡焊桥联图

1)可能的原因:
  • 在接头之间使用的焊料过多
  • 太宽或者太大的烙铁头
  • 突出的引线长度过长
  • 助焊剂不足
  • 焊料拖曳速度过快
  • 喷嘴剥离运动
  • 烙铁退出的角度不合适
  • 设计一个重量分布很差的 PCB,同时大型组件都在一侧
  • 在焊盘和阻焊层之间没有留下足够的空间
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焊锡桥联

2)解决方式:
  • 有时候可以通过在两个焊点之间拖动热烙铁的尖端来吸掉多余的焊料
  • 如果焊料过多,焊锡吸盘或焊锡芯可以帮助去除多余的焊料
3)预防措施:
  • 使用正确的引线长度
  • 设置正确的孔尺寸和焊盘直径
  • 验证助焊剂沉积
  • 降低拖曳速度
  • 重新编程剥离运动
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焊锡桥联


2、可焊性和润焊性差
1)在下图中,焊料没有润湿引脚端子,但润湿了通孔。

在这种情况下,镀层是一个问题,因为黄铜引脚在镀锡铅之前没有正确镀铜。镀铜对于阻止影响锡/铅表面的锌迁移是非常必要的。

为了延长可焊性寿命至少得 0.002µm,在铜上至少有 0.005µm 的锡/铅。

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黄铜引脚在镀锡铅之前没有镀铜

2)在下图中,焊料在波接触期间未能润湿引线表面

这个问题是由引线的边缘可焊性和生产中使用的 10% 固体助焊剂的使用年限(助焊剂品质太劣质)引起的。开槽后的助焊剂会降低,即使固含量保持不变,其性能也会发生变化。通常来说,组件的供应商通常只保证组件焊接十二个月。

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劣化的助焊剂导致焊料无法润湿该引线的表面

如果将正确厚度的锡/铅施加到焊盘表面,锡/铅板上的可焊性较差是比较少见的。作为建议,0.005µm 的最小厚度应提供超过 12 个月保质期的可焊涂层。这样才可能会在正常条件下保护表面几年,并且仍然具有高度可焊性。

3)在下图中,只有部分焊盘表面被焊料浸润,外边缘和内边缘都没有被焊料浸润。

这是因为电路板表面上的锡/铅小于 0.002µm,且在电路板制造过程中没有回流,因此产品的保质期较短。

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通孔焊盘表面只有部分润湿 - 内边缘和外边缘未能润湿

4)在下图中,焊盘在焊接过程中没有被润湿。

这是由于焊盘表面的可焊性不好造成的。应该要测试 PCB 板的可焊性,因为表面在焊接后已经去湿,可能和与 PCB 相关。

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缺陷是由焊盘表面的可焊性差引起

5)下图中,只有引脚的角没有被润湿

引脚的可焊性差可能是由于电镀不良或薄或存储时间过长。锡/铅引脚的可焊性通常是镀层厚度或镀层和基材的函数。在黄铜引脚的情况下,在应用锡/铅之前,引脚必须首先镀上 1-3µm 的铜层;否则黄铜中的锌会很快影响可焊性。

可焊性也与厚度有关。如果存在 0.005µm 的涂层,应该提供超过一年的储存寿命。该涂层厚度适用于任何基材。

下图所示的示例不是电镀问题,是由引脚角上的印制板树脂引起的。

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引脚的角没有润湿

6)下图清楚地显示了元件引线表面的润湿性差,而 PCB 上的焊盘润湿性良好。

可能原因是:元件存放时间过长,或者是引线上锡/铅涂层太薄。应使用润湿天平或浸渍和检查测试来测试组件的可焊性。

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焊盘润湿性好,元件引脚的润湿性差

7)下图中金表面涂层没有被润湿。

乍一看像是被认为是跳过的接头,但仔细检查是 PCB 涂层的可焊性问题。通常是由失衡的化学镀金浴引起的。

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金表面涂层没有被润湿

8)电镀通孔不完全润湿。

由于助焊剂或者预热温度不佳,会出现电镀通孔中不完全润湿或者焊锡上升不良。如果不是这两个的问题,那就是 PCB 的表面涂层。

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不完全润湿

9)下图中芯片上的焊点不错,圆角,但引线却裸露在外面。

镀层的损失可能是因为在镀锡/铅之前准备基底引线框架的初始镀层不良,由于模具溢料污染了引线框架,在引线与塑料的界面处经常会看到涂层的损失。

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芯片上的焊点不错,圆角,但引线却裸露在外面

10)黄铜引脚未能被焊料润湿

实际上镀锡在焊接过程中已与基材分离,在镀锡/铅之前,黄铜引脚应该镀有 1-2µm 的铜。

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黄铜引脚应该镀有 1-2µm 的铜

11)引脚的可焊性很差——焊料浸没后,引线没有润湿

可能的原因是不良的薄锡/铅涂层。至少应使用 5µm 的涂层并且提供 12 个月的保质期。


三、渗透不良
1)为了在电路板的顶部形成焊点,焊剂需要存在于电镀通孔中,电路板顶部的温度必须至少达到100-110°C。

如果 PCB 厂商的产品在使用前经过评估,通常不会出现通孔电镀的问题。

渗透不良是由于助焊剂应用不足或预热不足造成的。

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渗透不良

2)在下图中,焊料未能填充元件一侧的电镀通孔。焊料润湿了 PCB,但未能完全润湿元件引线。

这可能与助焊剂有关,但如果故障与工艺条件有关,那么 PCB 上的其他位置肯定也会有类似的问题。

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渗透性差


四、放气(除气)

除气是与波峰焊和手工焊接相关的常见问题。基本上,当焊接电路板时,靠近孔的电路板上的任何水分都会被加热并变成蒸汽。如果镀层中有薄镀层或空隙,则气体会通过镀层孔壁。如果孔中存在焊料,则会在焊料凝固时产生空隙。

如下图所示:空隙可能表现为接头表面的小孔,也可能表现为更大的空腔。在通孔中具有正确的镀铜厚度是关键,孔壁表面至少应有 25µm 的铜。

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由除气引起的空隙

最常见的原因或解决方案:
  • 使用不含 VOC 的助焊剂时预热过程不佳会导致非常细的焊球飞溅。
  • 通孔中小于 20 微米的镀层或孔表面非常差的镀层无法覆盖导致放气的破碎玻璃束。

五、焊球
1)下图中很明显的焊球,但应该被称为焊料附件而不是焊球。

由于抗蚀剂涂层的失效,焊料润湿了轨道。

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手动移除此焊料附件会损坏轨道

焊球可能是由不良工艺条件引起的,在波接触期间助焊剂会产生气体,或者当焊料流回槽中时过度湍流会导致喷溅。在焊接过程中,由于 PCB 的过度除气,焊球可能会从接头区域喷出。

2)下图显示了一个焊球连接到电路板底部的抗蚀剂边缘,并且当它与引脚分离时,必须自身附着在抗蚀剂上。
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焊球在与引脚分离时必须附着在抗蚀剂

3)在下图中,焊球连接到电路板底部的抗蚀剂边缘,并且在与引脚分离时必须将其自身附着到抗蚀剂上。
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附着在抗蚀剂边缘的另一个焊球

4)下图中的焊球是在走线上,不能随便清理掉。

这是由阻焊层下方的锡/铅挤出引起的,或者只是简单的粘附。当锡/铅在回流焊或波峰焊过程中变成液体时,锡/铅会膨胀。焊球可以在轨道上形成。如果阻焊层很薄,焊料可能会在波接触期间润湿并留下一个球。

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抗蚀剂上的焊料在波接触期间可能会变湿并留下焊球

5)焊球的位置很随机。

这种类型的缺陷通常是由波峰表面的飞溅引起的,这与波峰焊接参数有关。如果焊料在波分离时从印制板下降一段距离,则焊料可能会从熔池中飞溅回来。如果预热设置不正确或助焊剂用量增加,可能会影响助焊剂中溶剂的蒸发。在波浪上使用玻璃板应该会出现放气问题。

理想情况下,当玻璃接触波浪时,玻璃下方应有最少的可见气泡。应检查抗蚀剂和助焊剂的相容性,通常,掩膜有助于焊球粘附。

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焊球是由波表面的飞溅引起


六、焊接标志

焊锡旗或尖峰是由于助焊剂应用不一致或波峰焊锡排出控制不佳造成的。

与焊波分离控制不佳往往是随机故障,而不是每次都在相同的触点上。在与波分离期间,焊料应以与电路板相同的速度和方向流动。跑得稍微快一点通常不会导致尖峰,但跑得慢或根本不流动会增加尖峰。

1)焊接标志或尖峰
造成原因:
  • 如果尖峰始终位于引线的尖端,则可能是由裸露的切割端引起的可焊性问题
  • 如果引线被供应商切割或切割并长时间存放,引线的裸端会氧化,难以被焊料润湿。
  • 如果铅润湿缓慢,排水也会很慢,因此会形成尖峰
解决办法

只需在波浪中更长的浸泡时间或增加预热即可消除在电路板预热期间,引线可能没有机会吸收热量来克服这种热负荷。随着元件的引线与波分离,它们会更快地冷却,留下尖峰或短路。

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2)焊锡标志可能是由于助焊剂不一致造成

引脚的长度也过长。引线长度不应超过板面以下1.5-2.0mm。如果元件引线被拖过波氧化层而不是从干净的表面退出,则在从波的背面退出期间也可能发生短路。

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不一致的助焊剂可能导致这些焊锡标记


七、焊接短路

焊接短路一般在波峰焊工艺中出现,这是由于制造中使用的组件间距不断减小。

当焊料在焊料凝固之前没有与两个或多个引线分离时,就会发生焊料短路。增加助焊剂固体或数量是减少短路的一种方法。减少引线长度和焊盘尺寸将减少保持在电路板底部的焊料量。

1)下图显示了一个 0.025" 间距的连接器。

该连接器通过改变焊盘设计得到了改进,替代焊盘在波的出口侧增加了长度,这使得相邻终端之间的实际间隔距离更大,并减少了短路。

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间距为 0.025" 的连接器上的焊料短路

2)在下图中,单面印制板上的 IC 引线上可以看到焊料短路

在与波接触期间,压力如此之高,以至于由于焊料过度渗透而发生短路。由于这些更便宜的层压板的公差,它更可能发生在单面板上,因为孔尺寸与引线的比率通常更大。

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印制板顶部罕见的焊料短路

3)针栅阵列 (PGA) 器件出现短路

由于非常接近和引脚数量,焊料从板的底部分离受到阻碍。由于助焊剂不良、不正确的预热或波分离,可能会发生短路。所有短路都可以通过良好的设计规则来减少,同时减小焊盘尺寸和元件引线长度。

在图中有必要改变助焊剂的固体含量,同时仍保持免清洗工艺。由于电路板和引脚长度的高度混合,使用热风刀未能改进工艺。

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针栅阵列上的短路

4)引脚长度正确为 1-1.5mm,但表面焊盘的尺寸减小,从而短路

使用更小的焊盘,电路板上保留的焊料更少,从而在引脚之间短路,可以在两个引脚之间放置一个胶点。

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较小的焊盘会降低这种短路发生的可能性

5)SOIC 器件短路

焊接短路在 SOIC 器件上很常见。如果短路在行的中间,焊盘宽度在0.022"以下,就是工艺问题。助焊剂是第一个检查的区域,然后看调整到波中的接触时间,经常改变角度传送带可以消除这个缺陷。

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焊接短路在 SOIC 器件上

6)QFP 器件的引脚顶部出现焊接短路

这种缺陷通常是由于不正确的预热或波浪中的时间果过短造成的,可以通过增加助焊剂的固体来改善。器件的热效应可能会使焊料冷却,从而减缓排放。

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QFP 上的引脚顶部短路

7)引脚的可焊性差导致的焊接短路

在下图中,由于引线裸露端部的可焊性较差,引线末端有焊锡尖峰。如果终端润湿缓慢,则通常排水缓慢,因此会增加焊料短路的发生率。

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裸端的可焊性差导致这些焊料尖峰和随后的短路


八、漏焊

未焊接的表面贴装接头被称为漏焊,其中终端没有任何焊料。它是由不正确的芯片波高或电路板底部助焊剂的气体引起的。

1)焊料跳跃

下图中,由于阻焊层厚度造成的焊料跳跃。阻焊剂或掩膜应与焊盘表面齐平或低于焊盘表面,以获得理想的组装条件。如果掩模很厚,它会在焊盘周围形成一个空腔,助焊剂蒸气被困在该空腔中,形成气泡。焊料不能轻易置换蒸汽以形成接头。

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阻焊层厚度是造成焊料跳跃

要检查焊盘或元件端子上是否有新的焊料涂层。通常,引线上是否存在新的焊料涂层可以表明问题的根本原因。

跳越的最常见原因是芯片波高不正确、焊剂在电路板表面下产生气体或抗蚀剂厚度过大,这些故障中的每一个都可以被修复。

2)粘合剂已经污染了焊盘表面

尽管没有可见的粘合剂沉积物,但某些粘合剂会在固化过程中使不可见的薄膜从点区域渗出。

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焊盘表面的粘合剂污染导致了这种漏焊

3)下图中的案例没有焊接

更有可能是电路板未正确定位在指形输送机或托盘中。托盘可能变形或夹子没有将电路板保持平整。

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电路板可能未正确放置在指形传送带上或托盘中


九、凹陷接头
1)由排气引起的焊点凹陷

电路板底部的凹陷接头最常见的原因是印刷电路板的排气。就像焊片中的小声音(称为针孔或气孔)一样,是另一个工艺指标。如果孔筒中的铜镀层厚度保持在 25µm 的最小值,则在焊接过程中水分不会通过铜排出。

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由排气引起的焊点凹陷

在板的顶部,由于以下原因,可能会出现凹陷或凹陷的接头:
  • 焊料由于自身重量而下沉的孔与铅的比率。
  • 某种形式的污染或阻塞不允许焊料在孔中上升。
  • 不良的预热或助焊剂不允许焊料完全润湿镀通孔。
2)组件的绝缘干扰了焊接头的形成

在下图中,引线顶部也发现了部件主体上的绝缘层,这样焊头很难形成。

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焊接头

凹陷接头的最常见原因是孔与引线的比率。如果孔与引线直径相比较大,则焊料会从孔中掉入或掉出。

如果焊料没有直接回流到电路板的顶部,电路板顶部的凹陷接头可能是由于不正确的预热或助焊剂不良造成的。

3)焊盘表面的粘合剂污染导致了这种漏焊
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焊盘表面的粘合剂污染导致了这种漏焊


十、阻焊层变色
1)选择性焊接后阻焊层上的深色条纹

运行较厚的电路板时,焊接过程或停留时间可能会发生变化。

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择性焊接后阻焊层上的深色条纹

发生这种情况的最常见原因包括:
  • 使用不同的助焊剂、更高的温度、更长的停留时间或板在托盘中运行两次
  • 阻焊层/抗蚀剂类型、厚度或固化周期已更改
  • PCB供应商已更换,或混批板

十一、焊锡过多

如果你在引脚上涂抹过多的焊料,就会形成圆形者凸起的形状。直接原因是退焊太早。

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焊锡过多

1)可能的原因:

突出的引线长度过长、助焊剂不足、焊料拖曳速度过快、喷嘴剥离运动

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焊锡过多

2)解决办法

通常可以用热熨斗的尖端去除一些多余的焊料。在极端情况下,吸锡器或一些焊锡芯也会有所帮助。

3)预防措施:

减少引线突出长度、验证助焊剂沉积、降低拖曳速度、重新编程剥离运动

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焊锡过多

十二、接头过热(热焊)

过热焊点焊点呈白色,无金属光泽,表面粗糙。

1)可能原因
  • 由于烙铁温度设置得太高
  • 焊料无法流动
  • 可能是由于焊盘或引线的表面已经有一层氧化物,阻止了足够的热传递
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烧坏的焊点(更像烧坏的阻焊层)

2)解决办法

过热的接头通常可以在清洁后修复,用刀尖小心刮擦,或少量异丙醇和牙刷将去除烧焦的助焊剂。

3)预防:

干净的热烙铁,正确的烙铁温度和用助焊剂清洁接头将有助于防止接头过热。


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qbwww|  楼主 | 2022-11-23 19:40 | 显示全部楼层
焊锡桥接是最常见的问题。当电路板上两个不应该连接的两个焊点在PCB 焊接过程中不经意地被焊锡连接时,就会形成桥联。根据电路结构的不同,可能会造成各种损坏

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QuakeGod| | 2022-11-24 11:19 | 显示全部楼层
资料是不错,但是错误太多,
就说镀层厚度吧,一会儿说0.002um 一会儿又说1-3um,复制粘贴都不检查对错吗?
电镀1u的锡镀层约需要1.5分钟,如要求镀层厚度4u,则需镀4.5分钟。
按这个计算,90秒镀1um,那0.002um就是0.18秒的电镀时间,我就问你这个咋加工?
另外,你用啥仪器能测出0.002um的镀层厚度?

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