影响SMT回流焊接（Reflow）焊接成功率的因素

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一、回流焊接中的常见缺陷

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在现代电子产品组装生产中，不恰当的回流炉温曲线设置、不合理的材料选择及较差的焊接环境等因素可能产生很多的焊接缺陷，最终可能带来长期的可靠性问题。常见的主要焊接缺陷包括较差的润湿性（缺焊，冷焊，空焊）、钎料球、钎料珠、墓碑（吊桥）、桥连、元器件开裂、过度的金属间化合物生长、焊点空洞等。因此，了解各种缺陷发生的基本原因，进行合理的材料、工艺组合和优化，可以提高组装焊接的质量和确保其具有长期可靠性。

二、 影响回流焊接成功率的因素

从总体看，影响回 流焊接质量的共性因素主要有以下几方面。

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（1）PCB焊盘设计

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SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接、十分重要的关系。如果PCB焊盘设计正确，贴装时少量的歪斜可以在回流焊接时，由熔融钎料表面张力的作用而得到纠正（自定位或自校正作用）；相反，如果PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置十分准确，回流焊接后反而会出现元器件位置偏移、墓碑等焊接缺陷。

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根据对各种元器件焊点结构的分析，为了满足焊点的可靠性要求，PCB焊盘设计应掌握以下关键要素。

① 对称性——两端焊盘必须对称，这样才能保证熔融钎料表面张力的平衡。

② 焊盘间距——确保元器件电极或引脚与焊盘恰当的搭接。间距过大或过小都会引起焊接缺陷。

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③ 焊盘剩余尺寸——元器件电极或引脚与焊盘搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。

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④ 焊盘宽度——应与元器件电极或引脚的宽度基本一致。

如果违反了上述的设计规则，回流焊接时就会产生焊接缺陷，而且PCB焊盘设计的问题在生产中是很难用工艺方法解决的。

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● 当焊盘间距 G 过大或过小时，回流焊接时由于元器件焊接端不能与焊盘搭接交叠，会出现墓碑、移位现象。

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● 当焊盘大、小不对称，或两个元器件的电极设计在同一个焊盘上时，由于表面张力不对称，也会出现墓碑（吊桥）、移位现象。

● 导通孔设计在焊盘上，钎料会从导通孔中流失，会造成焊膏量不足。

（2）焊膏质量及焊膏的正确使用

焊膏中的金属粉含量、金属粉的含氧量、焊膏的黏度、触变性都有一定要求。

● 如果焊膏金属粉含量高，回流焊接升温时金属粉随着溶剂蒸发而飞溅。此时，如果金属粉的含氧量高，还会加剧飞溅，形成钎料珠。

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● 如果焊膏黏度过低或焊膏的保形性（触变性）不好，印刷后焊膏图形会塌陷，甚至造成黏连，回流焊接时也会形成钎料珠、桥接等焊接缺陷。

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● 焊膏使用不当，例如从低温柜取出焊膏直接使用，由于焊膏的温度比室温低，产生水汽凝结，即焊膏吸收空气中的水分，搅拌后使水汽混在焊膏中，回流焊接升温时，水汽蒸发带出金属粉末产生钎料小球，在高温下水汽还会使金属粉末氧化，飞溅形成钎料珠，甚至还会产生润湿不良等。

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（3）元器件焊端和引脚、PCB基板的焊盘质量

若元器件焊端和引脚、PCB基板的焊盘氧化或污染，或PCB受潮，回流焊接时会产生润湿不良、虚焊、钎料珠、空洞等焊接缺陷。

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（4）焊膏印刷质量

据统计资料，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有保证的前提下，表面组装质量问题中近70%是出在焊膏印刷工艺上。印刷位置正确与否（印刷精度）、焊膏量的多少、钎料量是否均匀、焊膏图形是否清晰、有无粘连、PCB表面是否被焊膏玷污等，都直接影响PCB组装焊接质量。

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影响印刷质量的因素很多，主要有以下几方面的因素。

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① 网板质量。网板印刷是接触印刷，因此网板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷质量。焊膏量过多会产生桥接，焊膏量过少会产生钎料不足或虚焊。网板开口形状及开口是否光滑也会影响脱模质量。网板开口一定要喇叭口向下，否则脱模时会从喇叭口倒角处带出焊膏。

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② 焊膏的印刷工艺性。焊膏的黏度、印刷性（滚动性、转移性）、触变性、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。如果焊膏的印刷性不好，严重时焊膏只是在网板上滑动，这种情况下是根本印不上焊膏的。

③ 印刷工艺参数。焊膏是触变流体，具有黏性。当刮刀以一定速度和角度向前移动时，对焊膏产生一定的压力，推动焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔所需的压力。焊膏的黏性摩擦力使焊膏在刮板与网板交接处产生切变，切变力使焊膏的黏性下降，有利于焊膏顺利地注入网孔。

刮刀速度、刮刀压力、刮刀与网板的角度及焊膏的黏度之间都存在一定的制约关系，因此只有正确控制这些参数，才能保证焊膏的印刷质量。例如，若刮刀压力过大，印刷时会造成焊膏图形粘连；印刷速度过快容易造成焊膏量不足。若没有及时将网板底部的残留焊膏擦干净，印刷时会使焊膏玷污焊盘以外的区域，这些因素都会引起桥接、虚焊、钎料珠等焊接缺陷。

④ 设备精度。在印刷高密度小间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用，如果印刷机没有配置视觉对中系统，即使人工图形对准时很精细，PCB的焊盘图形与网板网孔图形完全重合，但对于PCB的加工误差还是无法解决的。

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⑤ 对回收焊膏的使用、管理与环境因素的影响。环境温度、湿度及环境卫生对焊点质量都有影响。回收的焊膏与新焊膏要分开存放，环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大时焊膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生针孔。

（5）贴装元器件影响贴装质量的三要素是：

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① 元件正确。要求各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品的装配图和明细表要求，不能贴错位置。

② 位置准确。元器件的电极或引脚要和焊盘图形尽量对齐且居中。元器件贴装位置要满足工艺要求。因为两个电极的片式元器件自定位效应的作用比较大，贴装时元器件长度方向两个电极只要搭接到相应的焊盘上，宽度方向有1/2搭接在焊盘上，回流焊接时就能够自校正。但如果其中一个电极没有搭接到焊盘上，回流焊接时就会产生移位或墓碑。而对于SOP、SOJ、QFP、PLCC等元器件的自定位作用比较小，贴装偏移是不能通过回流焊接的自校正作用纠正的。因此贴装时必须保证引脚宽度的3/4处于焊盘上，引脚的趾部和跟部也应在焊盘上。如果贴装位置超出允许偏差范围，必须进行人工拨正后回进入回流焊接炉焊接，否则回流焊接后必须返修，会造成工时、材料浪费，甚至会影响产品可靠性。生产过程中发现贴装位置超出允许偏差范围时应及时修正贴装坐标。

手工贴装时要求贴装位置准确，引脚与焊盘对齐，居中，切勿贴放不准，在焊膏上拖动找正，以免焊膏图形粘连，造成桥接。

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③ 贴片压力（贴片高度）要恰当合适。元器件焊端或引脚应确保浸入焊膏的深度达到焊膏印刷厚度的1/2。对于一般元器件贴片时的焊膏挤出量（长度）应小于0.2mm，小间距元器件贴片时的焊膏挤出量（长度）应小于0.1mm。贴片压力过小，元器件焊接端或引脚浮在焊膏表面，焊膏粘不住元器件，在传递和回流焊接时容易产生位置移动。此外，由于z轴高度过高，贴片时元器件从高处落下，会造成贴片位置偏移。贴片压力过大，焊膏挤出量过多，容易造成焊膏粘连，回流焊接时容易产生桥接，严重时还会损坏元器件。

（6）回流焊接温度曲线

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① 峰值温度和回流时间。温度曲线是保证焊接质量的关键，实时温度曲线和焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致。160℃前的升温速度控制在1～2℃/s。如果升温斜率太大，一方面使元器件及PCB受热太快，易损坏元器件和造成PCB变形；另一方面，焊膏中的溶剂挥发速度太快，容易溅出金属成分，产生钎料珠。峰值温度对有铅钎料Sn37Pb一般设定在比焊膏中钎料合金的熔点高20～40℃，回流时间为30～60s；而对无铅合金（如SAC305）一般设定在比焊膏中钎料合金的液化线高15～35℃，回流时间为40～70s。峰值温度低或回流时间短，会使焊接不充分，严重时会造成焊膏钎料不熔化。峰值温度过高或回流时间过长，易造成金属粉末氧化，影响焊接质量，甚至会损坏元器件和PCB。

② 设置回流焊接温度曲线。根据使用焊膏的温度曲线进行设置。不同成分的合金含量和助焊剂成分的焊膏有不同的温度曲线，应按照焊膏制造商提供的温度曲线进行。

（7）回流焊接设备的质量

回流焊接设备的质量与设备有着十分密切的关系。影响回流焊接质量的主要参数是：

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① 温度控制精度应达到±0.1～±0.2℃（温度传感器的灵敏度要满足的要求）。

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② 传输带横向温差要求小于±2℃，否则很难保证焊接质量。

③ 传送带宽度要满足最大PCB尺寸要求。

④ 加热区长度越长、加热区数量越多，越容易调整和控制温度曲线。一般中、小批量生产选择4、5温区，加热区长度为1.8m左右也能满足要求。另外，上、下加热器应独立控温，以方便调整和控制温度曲线；

⑤ 最高加热温度一般为300～350℃，如果考虑无铅钎料或金属基板，应选择350℃以上。

⑥ 传送带运行要平稳，传送带振动会造成移位。

从以上分析可以看出，回流焊接质量与PCB焊盘设计、元器件可焊性、焊膏质量、PCB的加工质量、生产线设备及SMT每道工序的工艺参数，甚至与操作人员的操作都有密切的关系。同时也可以看出PCB设计、PCB加工质量、元器件和焊膏质量等是保证回流焊接质量的基础，因为这些问题在生产工艺中是很难甚至是无法解决的。

因此，只要PCB设计正确，PCB制造、元器件和焊膏都是合格的，回流焊接质量是可以通过印刷、贴装、回流焊接等每道工序的工艺参数来控制的。

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焊盘，锡膏，温度，设备