Oorzaken en oplossingen van de vorming van soldeerkralen in SMT-processen

Het fenomeen van de soldeerkralenHet is een van de belangrijkste gebreken in de productie van Surface Mount Technology (SMT). Vanwege de vele oorzaken en de moeilijkheid om te beheersen, zorgt het vaak voor problemen bij SMT-technici.

De vormingsmechanismen van de soldeerkralen en de soldeerballen verschillen, en daarom verschillen ook de vereiste tegenmaatregelen.

Soldeerkralen concentreren zich hoofdzakelijk aan één kant van chipweerstanden en condensatoren en verschijnen soms in de buurt van IC-pins.

Soldeerkralen beïnvloeden niet alleen het uiterlijk van producten op bordniveau, maar nog belangrijker, vanwege de hoge dichtheid van componenten op de printplaat,zij een risico vormen op kortsluiting tijdens het gebruik, waardoor de kwaliteit van elektronische producten wordt beïnvloed.

Er zijn veel oorzaken van soldeerkralen, die vaak het gevolg zijn van één of meerdere factoren.

Mechanismen van soldeerkralen en soldeerballen

1. Vormingsmechanisme van soldeerballen

De belangrijkste oorzaak van soldeerballen is het "spatten" van gesmolten metaallegering uit de soldeerverbinding tijdens de vorming ervan om verschillende redenen, wat resulteert in veel kleine,verspreide soldeerballen rond het gewricht.

Ze verschijnen vaak als geklusterde, discrete kleine deeltjes die gevangen zitten in fluxresidu rond de eindpunten of pads van componenten.met name in loodvrije hoogtemperatuurprocessenBij terugstromingsploten ontstaat een te snelle verdamping van de gesmolten stroom, een hoog aandeel oplosmiddelen in de stroomcompositie,een overschot aan oplosmiddelen met een hoog kookpunt, onjuiste verwarming, enz., kan de kans op de vorming van een soldeerbal vergroten.Overmatige oxidatie van de te solderen oppervlakken of van het tin in de soldeerpasta kan bij het solderen tot onregelmatige verhitting en smelting van de soldeermassa leiden, waardoor de thermische geleiding en het warmteoverdrachtsgedrag van de stroom worden beïnvloed, waardoor ook de mogelijkheid van de vorming van een soldeerbal toeneemt.zoals onjuiste opwarming van soldeerpasta die leidt tot vochtabsorptie (vanwege hygroscopische componenten in de stroom), kan het spatten van de soldeerpasta tijdens het solderen veroorzaken, waardoor soldeerballen ontstaan.

2. Vormingsmechanisme van soldeerkralen

Soldeerkralen zijn relatief grote soldeerballen. Voor het solderen kan de soldeerpasta zich uitstrekken buiten de gedrukte soldeerplaten als gevolg van slop, knijpen of andere redenen.deze overtollige soldeerpasta versmelt niet met de soldeerpasta op de pads en wordt onafhankelijkDe meeste soldeerkralen bevinden zich echter aan beide zijden van chipcomponenten (zie figuur 1).

Als we een chipcomponent met vierkante pads als voorbeeld nemen (figuur 2), kunnen er na het printen van de soldeerpasta waarschijnlijk soldeerkralen ontstaan als de soldeerpasta zich verder uitstrekt dan het pad.

De soldeerpasta die zich verder uitstrekt dan het pad bestaat uit twee delen: de buitenverlenging (blauw gebied) en de binnenverlenging (geel gebied).soldeerkralen worden niet gevormd als ze samenvoegen met de soldeerpasta op het pad tijdens het solderen bij het vormen van het filet.

Voor de binnenverlenging, wanneer het soldeervolume klein is, kan de soldeerpasta een goed filet vormen met de componentterminatie.de onderdeelplaatsdruk kan de soldeerpasta onder het onderdeel (isolatie) knijpenBij terugstroming vormt de gesmolten soldeer door oppervlakteenergie een bolvormige vorm.Het gewicht van het onderdeel in plaats daarvan knijpt de soldeer bal naar beide zijden van het onderdeelAls het gewicht van het onderdeel hoog is en er een grote hoeveelheid soldeerpasta uit wordt geperst, kunnen er zelfs meerdere soldeerkralen ontstaan.

3Verschil tussen soldeerkraal en soldeerbal

Mensen verwarren soldeerkralen vaak met soldeerballen, maar ze zijn verschillend.

Het belangrijkste verschil ligt in hun vormingmechanisme.

Bovendien zijn soldeerkralen qua uiterlijk en grootte groter dan soldeerballen, meestal met een diameter van meer dan 5 mil (0.127 mm).

Wat de locatie betreft, zijn de soldeerkralen voornamelijk geconcentreerd in het midden van de chipcomponenten en aan de onderzijde van het onderdeel,terwijl soldeerballen overal in het vloeistofresidu kunnen verschijnen.

Wat de hoeveelheid betreft, zijn de soldeerkralen meestal geteld van 1 tot 4, terwijl het aantal soldeerballen variabel is, vaak veel.

Factoren die van invloed zijn op de vorming van soldeerkralen

Op basis van de oorzaken van de vorming van soldeerkralen zijn de belangrijkste factoren:

• Ontwerp van de schemering van de opening en het patroon

• Schoonmaak van schablonen

• Machinaal herhaalbare nauwkeurigheid

• Temperatuurprofiel van terugvloeiend solderen

• Plaatsdruk

• Hoeveelheid soldeerpasta buiten het pad

Tegenmaatregelen en ervaringen met betrekking tot de vermindering van de hoeveelheid soldeerkralen

1. Ontwerp van stensilopeningen volgens normen

Selecteer de geschikte stencildikte en controleer de diafragma-afmetingsverhouding strikt op basis van de IPC-7525A-normen.selecteer een dunnere optie binnen het standaardbereik op basis van de werkelijke componenten op het PCBVoor QFP/Pin 0,5 mm pitch is bijvoorbeeld een dikte van 0,125 mm-0,15 mm toegestaan.12 mm heeft geen invloed op het solderen van andere onderdelenDe typische diafragmaverhouding is 1:1Voor onderdelen die meer soldeerpasta nodig hebben, kan de verhouding licht worden verhoogd tot 1:1.05 of 1:1.2Voor schablonen met een beeldverhouding van meer dan 1:1 is echter een frequente en doeltreffende bodemreiniging tijdens het drukken vereist; anders kan de ophoping van soldeerpasta aan de onderkant soldeerballen veroorzaken.Voor onderdelen die minder soldeerpasta nodig hebben, kan de verhouding worden verlaagd tot 1:0.9Voor chiponderdelen zijn anti-soldeerperlen voor afmetingen kleiner dan 0402 mogelijk niet nodig, maar voor afmetingen van 0603 en hoger moeten ze selectief worden aangebracht.Overwegende de relatie tussen soldeerkralen en de binnenste pad extensie pasta, kan de interne padverlenging worden uitgesloten of zelfs met een negatieve waarde worden ontworpen.

2. Selecteer Passend Pad Patroon en Grootte Ontwerp

Bij het ontwerpen van pads moet u rekening houden met de PCB, de werkelijke grootte van het componentpakket en de afmetingen van de afmetingen om de overeenkomstige pads te bepalen.Bedrijven moeten hun eigen pad-ontwerpstandaarden opstellen op basis van gemeten afmetingen van onderdelen van leveranciersVolgens IPC-SM-782A heeft een soldeersluiting drie referentiewaarden:

• Jt = filé van het soldeerwerk aan de teen

• Jh = Filé van soldeerwerk op de hiel

• Js = filé van de soldeer aan de zijkant

Voor chiponderdelen (bijvoorbeeld 0402) toont figuur 3 een ontwerpschema voor de weerstandsblokken (de werkelijke patronen verschillen per onderdeel),en figuur 4 toont de overeenkomstige dimensie van de onderkant van de weerstandMet behulp van een FUJI 143E hogesnelheidsplaatsmachine (nauwkeurigheid 0,001 mm) worden de afmetingen van de PCB-platen in tabel 1 weergegeven.Een vergelijking tussen de gemeten afmetingen van de onderdelen (met behulp van FUJI 143E) en de door de leverancier verstrekte afmetingen wordt weergegeven in tabel 2.De gemeten afmetingen bevinden zich binnen de door de leverancier gespecificeerde afmetingsbereiken.

De berekeningsformules voor de drie referentiewaarden zijn:

• Jt = (Z - L) / 2

• Jh = (S - G) / 2

• Js = (X - W) / 2

Als Jh positief is, geeft dit aan dat er geen overtollige soldeerpasta aan de beëindiging na plaatsing is; sommige soldeerpasta zal "overschot" zijn.factoren zoals overdreven snel verwarmingssnelheid tijdens het solderenAls Jh positief maar klein is, begunstigt dit een goede filévorming.

Empirische analyse en verbeteringsmaatregelen voor problemen met soldeerkralen

Analyse van gemeten gegevens van Fenghua (leverancier) volgens IPC-SM-782A:

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

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

Hoewel beide Jh-waarden positief zijn, zijn ze klein, waardoor goede hakfiletten en natte hoeken mogelijk zijn zonder soldeerkralen te vormen.En de soldeerkwaliteit is goed.Het empirische bereik voor Jh is -0,1 tot 0,15 mm. In tabel 2 is het S-waardebereik breed. In de praktijk moeten leveranciers worden gevraagd om dit bereik te controleren; een goed bereik voor condensatoren en weerstanden is 0.35-0..65 mm. Anders moet het stensilontwerp dienovereenkomstig worden aangepast. Jt, Js, enz., kunnen op dezelfde manier worden geanalyseerd.

Voor IC-componenten moet het ontwerp gebaseerd zijn op door de leverancier verstrekte patronen/afmetingen.De belangrijkste overweging is om de spanningsconcentratie die typisch is voor vierkante pads en de extrusie van soldeerpasta in hoeken onder hoge plaatsingspanning te voorkomen., wat kan leiden tot soldeerkralen.

3. Verbeter de kwaliteit van het schoonmaken van stencil

Een betere reiniging van stensels verbetert de afdrukkwaliteit.Bij gebruik van automatische stenselreiniging op printers, combinatie van natte reiniging, droge reiniging en vacuüm is het meest effectief. Verhoog de reinigingsfrequentie op basis van de opmaak van de componenten. Monitor de effectiviteit en voeg indien nodig handmatige reiniging toe.

4. Zorg voor de nauwkeurigheid van de herhaalbaarheid van de apparatuur

Tijdens het printen kan een verkeerde uitlijning tussen het stensil en de pads ervoor zorgen dat de pasta buiten de pads smeert, wat leidt tot soldeerkralen bij verhitting.3σ of beter vereistAnders neemt de kans op soldeerkralen toe.

5. Beheersing Plaatsing Machine Placement druk

De hoogte van de Z-as tijdens de plaatsing van de componenten wordt gecontroleerd door de plaatsingsdruk of de dikte van de componenten.een significante factor voor soldeerkralenOnjuiste bediening kan de pasta van de pads knijpen tijdens het plaatsen, waardoor er kralen ontstaan.Het principe is om het onderdeel "op" de pasta te plaatsen met net genoeg druk zodat de pasta niet van de pads wordt geperstDe vereiste druk varieert per leverancier, model en verpakking; indien nodig tijdens de productie aanpassen.

6. Optimaliseer het temperatuurprofiel

Tijdens het terugvloeiend solderen zijn de ramp- en inademingsfasen bedoeld om de thermische schok van de PWB en de onderdelen te verminderen en een gedeeltelijke ontvlieging van de oplosmiddel uit de soldeerpasta mogelijk te maken.Dit voorkomt dat overmatig oplosmiddel tijdens de terugstroomfase een daling of spatten veroorzaaktControleer het reflowprofiel: zorg ervoor dat de rampsnelheid gematigd onder de 2,0°C/s ligt (Nota: oorspronkelijk werd 20°C/S gezegd, waarschijnlijk een typfout,gecorrigeerd tot typische 2°C/s of minder, hoewel de gebruikerstekst zegt dat 20 °C/S

Samenvatting en suggesties voor samenwerking

Er zijn veel oorzaken van soldeerkralen.We analyseren eerst statistisch de afmetingen van de componenten en hun matching met pad ontwerpen om pad ontwerp en stencil diafragma selectie begeleidenAls er nog steeds soldeerkralen optreden, voeren we verdere analyses uit, inspecteren en controleren we het hele proces van druk tot plaatsing, identificeren we de oorzaken en implementeren we verbeteringen.Dit is heel effectief geweest., waardoor er tijdens de productie weinig kans is op soldeerkralen.

We hopen ideeën uit te wisselen en te leren van collega's met ervaring in soldeerkralen kwesties en verwelkomen wijzen op eventuele tekortkomingen in dit artikel.

SMT-procescontrole omvat vele aspecten; storingen op elk gebied kunnen problemen veroorzaken.de aankoop- en materiaalcontroleafdelingen moeten proactief samenwerken met procesingenieursDe communicatie met betrekking tot materiaalwijzigingen of -vervangingen is noodzakelijk om gebreken te voorkomen die worden veroorzaakt door veranderingen in procesparameters als gevolg van materiaalvariaties.PCB-ontwerpers moeten ook meer met procesingenieurs communiceren, waarbij zij naar hun verbeteringsvoorstellen verwijzen en deze waar mogelijk uitvoeren.