SMT质量控制

胥路平，李军

（中国工程物理研究院 电子工程研究所，四川 绵阳 621900）

0 引 言

随着电子产业的蓬勃发展，集成电路在尺寸、种类、形态结构等方面有了很大的变化。由于电子行业对电子产品小型化的追求，表面贴装技术（SMT）越来越普及，表面贴片封装形式也逐渐成为业界的主流。表贴器件的采用使得电子产品的体积缩小，重量减轻，可靠性提高。同时也使得生产流程自动化，提高了生产效率、降低了生产成本。与此同时，市场对SMT 产品的质量要求日益增高，SMT 质量控制越来越成为大家关注和研究的热点。针对不同的产品，SMT 装配过程采用不同的流程。虽然存在多种不同的装配流程，但是最主要的装配流程还是：印制板丝印焊膏→贴片→回流焊接。本文基于该SMT 装配流程的实际情况，探讨SMT 生产的质量相关控制技术。

1 SMT 装配前质量控制

分析印制板丝印焊膏→贴片→回流焊接这个流程，可以看到影响SMT 产品质量的因素主要有：丝印模板、PCB 板、表贴元件、焊膏、装配工艺等。针对这个装配流程，除了需要在丝印、贴片后设置检测点以及采取措施控制回流焊接质量外，为了控制SMT 产品的质量，还需要在装配前对元件、PCB 板和丝印模板等进行检测。

对表贴元件，要对其进行外观检验，重点是检查元件的焊端表面层有无氧化变色现象，检查表贴元件，尤其是表贴集成电路的共面性。通过检验将存在焊端变形，尺寸超差和可焊性差的元件筛除，以保证SMT 装配质量。

对进行SMT 装配的PCB 板的质量应有如下的要求：PCB 板焊前翘曲度小于0.005；PCB 板需采用热风整平，焊盘上焊料涂覆均匀平整；阻焊需与焊盘对应，焊盘上不得存在阻焊。

焊膏使用环境温度为20～25 ℃，相对湿度为30%～60%。平时应密封保存在冰箱里。使用前从冰箱取出后，放置使其达到室温，并使得焊膏中的水分完全干燥后方可使用。使用前要充分搅拌。

另外，装配前还需要对丝印模板进行检查，检查其是否平整，整洁。各漏印孔几何形状是否规则以及它们的一致性是否符合要求，必要时需对丝印模板进行清洁。

2 焊膏丝印过程控制

焊膏丝印是使用印刷机，通过印刷模板，将焊膏漏印到印制电路板焊盘上的过程。焊膏丝印涉及到较为复杂的工艺控制，焊膏丝印效果与工艺控制参数有直接关系。主要的工艺控制参数有：印刷速度、印刷压力、印刷距离、脱模距离、脱模速度、焊膏黏性和模板洁净度等。通过对丝印过程中的因素进行控制，可以防止在丝印中出现常见的缺陷。

焊膏丝印常见的缺陷有：

1）焊膏塌落。表现形式是焊膏图形不清晰，边缘不齐整或塌落。导致该焊接缺陷的可能因素：焊膏质量差或印刷间隙过大、印刷压力过大。

2）焊膏连印。表现形式是相临焊膏之间连接成片。导致该焊接缺陷的可能因素：模板反复印刷。

3）焊膏错位。表现形式：焊膏图形与焊盘不重合。导致该焊接缺陷的可能因素：模板对位不准。

4）焊膏厚度过大。表现形式是局部或全部焊盘焊膏超厚或焊膏大量堆集，表面不平整，图形不清晰。导致该焊接缺陷的可能因素：模板厚度过大、开孔尺寸过大或印刷间隙偏大、印刷速度偏慢。

5）焊膏厚度过小。表现形式是印制板上的焊膏图形非常薄，厚度小于规定的要求。导致该焊接缺陷的可能因素：模板过薄、焊膏流动性差。

6）焊膏漏印。表现形式是部分焊盘没有焊膏覆盖或焊膏覆盖不完整。导致该焊接缺陷的可能因素：模板开孔堵塞或印刷速度过快、印刷压力过小。

7）焊膏覆盖不足。表现形式是印制板焊盘同侧缺少焊膏或焊膏呈斜坡状。导致该焊接缺陷的可能因素：模板开孔堵塞或印刷速度过快、印刷压力过小。

从上面分析的产生缺陷的原因可以看出，为了保证焊膏丝印的质量，防止缺陷的产生，需要做到如下几点：a.根据SMT 产品的实际情况选用厚度适宜的丝印模板；b.合理设置丝印机的工艺参数：印刷速度、印刷压力等；c.对丝印模板要及时进行清洗，防止开孔堵塞。

3 贴片过程控制

贴片是使用贴片机将表贴元件帖覆在对应位置的过程。该过程涉及的主要设备是贴片机。影响贴片质量的因素主要有：元器件、贴片位置和贴片的压力。

对于贴片元件而言，应当选择合适的元器件，注意元器件的大小尺寸符合要求，元器件的重心位于其几何中心处。

对于贴片位置而言，焊盘设计应符合业界规范。焊盘设计应对称、大小相同。焊盘表面光亮整洁。

贴片压力是影响贴片的重要工艺控制参数。通常而言，贴片压力与贴片高度呈线性的关系。同时贴片压力因为元器件的不同而不同，随着元器件体积和质量的增大，其对应的贴片压力也在加大。设定贴片压力时还得考虑印制板的形变因素。

现今的贴片机主要采用负压来吸取元器件，因此设置吸取元器件的负压应当保证稳定吸取元器件并能适应贴片头的运动。当元器件被贴覆到对应位置后应尽快清除负压。

贴片过程中常见的缺陷是贴片不准确，造成该缺陷的可能因素是以上所述的元器件和贴片工艺参数等。因此，控制元器件质量，合理设置贴片机工艺参数即能基本杜绝贴片缺陷的产生。

4 回流焊接过程控制

回流焊接是使用回流焊炉将元器件焊接在对应焊盘上的过程。回流焊接是SMT 装配过程中最复杂的环节，焊接质量与工艺控制参数有直接关系。

SMT 中常见的焊接缺陷有：

1）焊锡球。表现形式是通过低倍放大镜可见焊点周围有许多微小的焊球。该焊接缺陷的危害：短路、虚焊以及焊料球污染电路板。导致该焊接缺陷的可能因素是焊膏质量差；回流焊工艺与焊膏性能不相适应；焊盘氧化严重。针对该焊接缺陷的预防处理措施是使用能抑制焊料球产生的焊膏；调整回流焊工艺参数使之与焊膏特性相适应；改善印制板的可焊性；人工去除焊料球并维修焊点。

2）曼哈顿现象，表现形式是通过目视可见片式元件一端脱离焊盘或直立。该焊接缺陷的危害：导致电路开路。导致该焊接缺陷的可能因素是焊盘设计不规范；焊前元件贴装位置偏差大；元件两端升温不均匀。针对该焊接缺陷的预防处理措施是按规范设计焊盘；提高元件贴装位置精度；人工维修焊点。

3）IC 引脚桥接。表现形式是通过低倍放大镜可见细间距IC 引线之间有焊料桥联。该焊接缺陷的危害：短路和虚焊。导致该焊接缺陷的可能因素是焊膏印刷太厚、桥印、元件贴装位置偏差大。针对该焊接缺陷的预防处理措施：减少焊膏印刷模板厚度；减少印刷间隙和重印次数；提高贴片精度；人工维修焊点。

4）冷焊。表现形式是通过目视可见焊点发黑，焊膏未完全熔化。该焊接缺陷的危害：虚焊和短路。导致该焊接缺陷的可能因素是回流焊参数错误；焊接温度太低，传送速度太快，印制板相隔太近。针对该焊接缺陷的预防处理措施：严格按照焊膏生产厂家提供的或经试验认可的回流焊温度曲线焊接电路板。

5）边界焊点。表现形式是通过低倍放大镜可见焊点焊料不足，主根部没有焊料湿润。该焊接缺陷的危害：焊点可焊性差、虚焊。导致该焊接缺陷的可能因素是焊膏印刷薄，焊料已丢失，元件引脚异面，元件可焊性差焊盘设计不合理。针对该焊接缺陷的预防处理措施是增加模板厚度；加大焊膏印刷间隙；控制好元器件质量；改善印制板焊盘设计；防止焊料丢失；人工维修边界焊点。

6）焊点焊料过量。表现形式是通过目视可见焊点焊料突出，焊料高度超过了元件焊端高度。该焊接缺陷的危害：焊点可靠差、引发电路故障。导致该焊接缺陷的可能因素是焊膏印刷太厚。针对该焊接缺陷的预防处理措施是改进焊膏印刷质量，人工去除焊点上多余的焊料。

7）元件引脚未湿润。表现形式是通过低倍放大镜可见焊料能湿润焊盘，但不能湿润元件引脚，焊点表面没有弯月反射面，湿润角大于90°。该焊接缺陷的危害：虚焊、开路。导致该焊接缺陷的可能因素是元件引脚氧化严重，元件引脚已被污物污染。针对该焊接缺陷的预防处理措施是保证元件可焊性，防止元件被异物污染，人工维修焊点。

5 结 语

作为先进的电子装联技术，SMT 可以改善产品性能，促进电子产品升级换代，利于实现产品规模化生产，降低生产成本，提高经济效益。为了保证SMT 产品的质量，本文针对主要的SMT 生产流程，探讨了在装配前准备、焊膏丝印、贴片和回流焊接各环节中的质量控制措施。在未来的研究工作中，需要对质量控制措施进行进一步细化。

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