Cause e soluzioni della formazione di perline di saldatura nel processo SMT

Fenomeno delle perline di saldaturaLa tecnologia di montaggio superficiale (SMT) è uno dei principali difetti nella produzione.

I meccanismi di formazione delle perline di saldatura e delle palle di saldatura sono diversi, e quindi anche le contromisure necessarie sono diverse.

Le perline di saldatura si concentrano principalmente su un lato delle resistenze e dei condensatori dei chip e a volte appaiono vicino ai pin dell'IC.

Le perline di saldatura non solo influenzano l'aspetto dei prodotti a livello di scheda, ma soprattutto, a causa dell'alta densità di componenti sulla scheda di circuito stampato,presentano il rischio di causare cortocircuiti durante l'uso, influenzando così la qualità dei prodotti elettronici.

Le cause delle perline di saldatura sono molteplici, spesso causate da uno o più fattori, e per ogni causa devono essere adottate misure di prevenzione e di miglioramento per ottenere un controllo efficace.

Meccanismi delle perline e delle palle di saldatura

1Meccanismo di formazione delle sfere di saldatura

La causa principale delle sfere di saldatura è la "splashing" della lega metallica fusa dalla giunzione di saldatura durante la sua formazione a causa di vari motivi, con conseguente molti piccoli,sfere di saldatura disperse intorno all'articolazione.

Spesso appaiono come piccole particelle discrete raggruppate intrappolate in residui di flusso intorno alle estremità o ai pad dei componenti.specialmente nei processi ad alta temperatura privi di piomboDurante la saldatura a reflusso, evaporazione eccessivamente rapida del flusso fuso, elevata percentuale di solventi nella composizione del flusso,un eccesso di solventi ad alto punto di ebollizione, riscaldamento improprio, ecc., possono aumentare la probabilità di formazione di sfere di saldatura.L'ossidazione eccessiva delle superfici in fase di saldatura o dell'ossido di stagno nella pasta di saldatura può causare un riscaldamento e una fusione incoerenti all'interno della massa di saldatura durante la saldatura, influenzando così la conduzione termica e il comportamento di trasferimento del calore del flusso, aumentando anche la possibilità di formazione di sfere di saldatura.come il riscaldamento improprio della pasta di saldatura che porta all'assorbimento dell'umidità (a causa di componenti igroscopici nel flusso), può causare lo spruzzo della pasta di saldatura durante la saldatura, formando sfere di saldatura.

2Meccanismo di formazione delle perline di saldatura

Le perline di saldatura si riferiscono a palline di saldatura relativamente grandi. Prima della saldatura, la pasta di saldatura può estendersi oltre i pad di saldatura stampati a causa di crollo, spremitura o per altri motivi.questa pasta di saldatura in eccesso non riesce a fondersi con la pasta di saldatura sui pad e diventa indipendenteTuttavia, la maggior parte delle perline di saldatura si trovano su entrambi i lati dei componenti del chip (cfr. figura 1).

Prendendo come esempio un componente di chip con pad quadrati (figura 2), se la pasta di saldatura si estende oltre il pad dopo la stampa, è probabile che si formino perline di saldatura.

La pasta di saldatura che si estende oltre il pad è composta da due parti: l'estensione esterna (zona blu) e l'estensione interna (zona gialla).le perline di saldatura non si formeranno se si fondono con la pasta di saldatura sul pad durante la saldatura durante la formazione del filetto.

Per l'estensione interna, quando il volume della saldatura è piccolo, la pasta di saldatura può formare un filettino con la terminazione del componente.la pressione di posizionamento del componente può spremere la pasta di saldatura sotto il corpo del componente (isolatore)Durante il riflusso, la saldatura fusa, a causa dell'energia superficiale, forma una forma sferica.Il peso del componente invece spremere la palla di saldatura verso entrambi i lati del componenteSe il peso del componente è elevato e viene spremuta una grande quantità di pasta di saldatura, possono persino formarsi più perline di saldatura.

3. Differenze tra perline di saldatura e palle di saldatura

Le persone spesso confondono le perline di saldatura e le palle di saldatura, ma sono diverse.

La differenza principale risiede nel loro meccanismo di formazione.

Inoltre, in termini di aspetto e dimensioni, le perline di saldatura sono più grandi delle sfere di saldatura, in genere con un diametro superiore a 5 mil (0,127 mm).

Per quanto riguarda la posizione, le perline di saldatura sono principalmente concentrate nel mezzo dei componenti del chip e sui lati inferiori del corpo del componente,mentre le sfere di saldatura possono comparire ovunque all'interno del residuo di flusso.

Per quanto riguarda la quantità, le perline di saldatura sono in genere numerate da 1 a 4, mentre il numero di sfere di saldatura è variabile, spesso molti.

Fattori che influenzano la formazione delle perline di saldatura

Sulla base delle cause della formazione di perline di saldatura, i principali fattori influenzanti includono:

• Progettazione dell'apertura dello stencil e del pad pattern

• Pulizia con stencil

• Precisione della ripetibilità della macchina

• Profil di temperatura di saldatura a reflusso

• Pressione di posizionamento

• Quantità di pasta di saldatura all'esterno del pad

Contro misure e esperienza per ridurre le perline di saldatura

1. Progettazione di aperture per stencil secondo gli standard

Selezionare lo spessore appropriato dello stencil e controllare rigorosamente il rapporto di aspetto dell'apertura in base agli standard IPC-7525A.selezionare un'opzione più sottile nell'intervallo standard in base ai componenti effettivi sul PCBPer esempio, per QFP/Pin 0,5 mm di passo, è consentito uno spessore di 0,125 mm-0,15 mm.12 mm non influisce sulla saldatura di altri componenti, scegliere 0,12 mm rispetto alle opzioni più spesse.1Per i componenti che richiedono più pasta di saldatura, il rapporto può essere leggermente aumentato a 1:1.05 o 1:1.2Tuttavia, gli stencil con un rapporto di aspetto > 1: 1 richiedono una pulizia del fondo frequente ed efficace durante la stampa; altrimenti, l'accumulo di pasta di saldatura sul fondo può causare sfere di saldatura.Per componenti che richiedono meno pasta di saldatura, il rapporto può essere ridotto a 1:0.9Per i componenti di chip, le aperture anti-soldering-bead potrebbero non essere necessarie per dimensioni inferiori a 0402, ma per le dimensioni da 0603 in su dovrebbero essere applicate in modo selettivo.Considerando la relazione tra le perline di saldatura e la pasta di estensione del pad interno, l'estensione del pad interno può essere eliminata o anche progettata con un valore negativo.

2. Selezionare il modello e la dimensione del pad appropriati

La progettazione impropria della dimensione del pad può anche portare a perline di saldatura.Le aziende dovrebbero stabilire le proprie norme di progettazione dei pad basate sulle dimensioni misurate dei componenti dei fornitoriSecondo l'IPC-SM-782A, un giunto di saldatura ha tre valori di riferimento:

• Jt = filetto di saldatura al piede

• Jh = filetto di saldatura al tallone

• Js = filetto di saldatura laterale

Per i componenti del chip (usando 0402 come esempio), la figura 3 mostra uno schema di progettazione del pad della resistenza (i modelli effettivi variano a seconda del componente),e la figura 4 mostra lo schema delle dimensioni corrispondenti del fondo del resistore. Utilizzando una macchina di posizionamento ad alta velocità FUJI 143E (precisione 0,001 mm), le dimensioni misurate del pannello PCB sono mostrate nella tabella 1.La tabella 2 illustra un confronto tra le dimensioni dei componenti misurate (usando FUJI 143E) e quelle fornite dal fornitore.Le dimensioni misurate rientrano nelle gamme specificate dal fornitore.

Le formule di calcolo per i tre valori di riferimento sono:

• Jt = (Z - L) / 2

• Jh = (S - G) / 2

• Js = (X - W) / 2

Se Jh è positivo, indica che non c'è un eccesso di pasta di saldatura alla terminazione dopo il posizionamento; un po 'di pasta di saldatura sarà "surplus".fattori quali la velocità di riscaldamento eccessivamente rapida durante la saldaturaSe Jh è positivo ma piccolo, favorisce una buona formazione di filetti.

Analisi empirica e misure di miglioramento per i problemi con le perline di saldatura

Analisi dei dati di misura di Fenghua (fornitore) secondo IPC-SM-782A:

• Resistenza Jh = (0,46 - 0,4) / 2 = 0,03 mm

• Capacitore Jh = (0,56 - 0,4) / 2 = 0,08 mm

Sebbene entrambi i valori di Jh siano positivi, essi sono piccoli, consentendo buoni filettini di tacco e angoli di bagnatura senza formare perline di saldatura.e la qualità della saldatura è buonaL'intervallo empirico per Jh è da -0,1 a 0,15 mm. Nella tabella 2 l'intervallo di valori S è ampio. In pratica si dovrebbe chiedere ai fornitori di controllare questo intervallo; un buon intervallo per condensatori e resistori è 0.35 a 0..65mm. Altrimenti, la progettazione dello stencil deve essere adeguata di conseguenza.

Per i componenti IC, progettazione basata su modelli/dimensioni forniti dal fornitore.La principale considerazione è quella di evitare la concentrazione di sollecitazione tipica dei pad quadrati e l'estrusione della pasta di saldatura agli angoli sotto elevata pressione di posizionamento, che possono causare perline di saldatura.

3. Migliorare la qualità della pulizia con stencil

Una migliore pulizia degli stencil migliora la qualità di stampa. Una pulizia insufficiente consente l'accumulo di residui di pasta di saldatura sul fondo delle aperture, causando un eccesso di pasta e perline di saldatura.Quando si utilizza la pulizia automatica degli stencil sulle stampanti, combinando la pulizia umida, la pulizia a secco e il vuoto è più efficace. Aumentare la frequenza di pulizia in base al layout dei componenti. Monitorare l'efficacia e aggiungere la pulizia manuale se necessario.

4. Assicurare l'accuratezza della ripetibilità delle apparecchiature

Durante la stampa, un disallineamento tra lo stencil e i pad può causare lo smorzamento della pasta oltre i pad, portando a perline di saldatura al riscaldamento.3σ o superiore è necessarioIn caso contrario, la probabilità di coni di saldatura aumenta.

5Controllo di posizionamento

L'altezza dell'asse Z durante il posizionamento del componente è controllata sia dalla pressione di posizionamento che dal controllo dello spessore del componente.un fattore significativo per le perline di saldatura. Un controllo improprio può spremere la pasta dai pad durante il posizionamento, causando perline. Indipendentemente dal metodo di controllo, le impostazioni devono essere ottimizzate per evitare le perline.Il principio è quello di posizionare il componente "sulla" la pasta con la pressione giusta sufficiente in modo che la pasta non viene spremuto dai padLa pressione richiesta varia a seconda del fornitore, del modello e del pacchetto; regolare durante la produzione se necessario.

6. Ottimizzare il profilo di temperatura

Durante la saldatura a reflow, le fasi di rampa e di immersione mirano a ridurre lo shock termico al PWB e ai componenti e a consentire la volatilizzazione parziale del solvente dalla pasta di saldatura.Questo impedisce a un solvente eccessivo di causare un crollo o spruzzi durante la fase di reflowControllare il profilo di reflusso: assicurarsi che la velocità di rampa sia moderatamente inferiore a 2,0°C/s (Nota: l'originale diceva 20°C/S, probabilmente un errore di battitura,corretto a 2°C/s tipici o meno, anche se il testo dell'utente dice che 20°C/S

Riassunto e suggerimenti per collaborare

Ci sono molte cause di perline di saldatura, la nostra azienda si concentra sulla prevenzione durante la progettazione.Prima analizziamo statisticamente le dimensioni dei componenti e la loro corrispondenza con i disegni dei pad per guidare la progettazione dei pad e la selezione dell'apertura dello stencilSe si verificano ancora perline di saldatura, eseguiamo ulteriori analisi, ispezionando e controllando l'intero processo dalla stampa al posizionamento, identificando le cause e implementando miglioramenti.Questo è stato molto efficace., con conseguente bassa probabilità di perline di saldatura durante la produzione.

Speriamo di scambiare idee e imparare da colleghi con esperienza in questioni di perline di saldatura e accogliamo con favore sottolineando eventuali carenze in questo articolo.

Il controllo dei processi SMT comporta molti aspetti; un guasto in qualsiasi area può causare problemi.I dipartimenti di approvvigionamento e controllo dei materiali dovrebbero coordinare in modo proattivo con gli ingegneri di processoLa comunicazione relativa alle modifiche o alle sostituzioni dei materiali è necessaria per prevenire i difetti causati da variazioni dei parametri di processo dovute alle variazioni dei materiali.I progettisti di layout PCB dovrebbero anche comunicare di più con gli ingegneri di processo, facendo riferimento e attuando i loro suggerimenti di miglioramento ogniqualvolta possibile.