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  自動焊接的不良原因及對策  
  2008-6-14 8:36:58 來源:  
     
    吃錫不良
   
    其現象為線路的表面有部份未沾到錫,原因為:
    1.表面附有油脂、雜質等,可以溶劑洗凈。
    2.基板制造過程時打磨粒子遺留在線路表面,此為印刷電路板制造廠家的問題。
    3.硅油,一般脫模劑及潤滑油中含有此種油類,很不容易被完全清洗干凈。所以在電子零件的制造過程中,應盡量避免化學品含有硅油者。焊錫爐中所用的氧化防止油也須留意不是此類的油。
    4.由于貯存時間、環境或制程不當,基板或零件的錫面氧化及銅面晦暗情形嚴重。換用助焊劑通常無法解決此問題,重焊一次將有助于吃錫效果。
    5.助焊劑使用條件調整不當,如發泡所需的空氣壓力及高度等。比重亦是很重要的因素之一,因為線路表面助焊劑分布數量的多寡受比重所影響。檢查比重亦可排除因卷標貼錯,貯存條件不良等原因而致誤用不當助焊劑的可能性。
    6.焊錫時間或溫度不夠。一般焊錫的操作溫度較其熔點溫度高55~80℃
    7.不適合之零件端子材料。檢查零件,使得端子清潔,浸沾良好。
    8.預熱溫度不夠?烧{整預熱溫度,使基板零件側表面溫度達到要求之溫度約90℃~110℃。
    9.焊錫中雜質成份太多,不符合要求?砂磿r測量焊錫中之雜質,若不合規定超過標準,則更換合于標準之焊錫。
   
    退錫
   
    多發生于鍍錫鉛基板,與吃錫不良的情形相似;但在欲焊接的錫路表面與錫波脫離時,大部份已沾在其上的焊錫又被拉回到錫爐中,所以情況較吃錫不良嚴重,重焊一次不一定能改善。原因是基板制造工廠在渡錫鉛前未將表面清洗干凈。此時可將不良之基板送回工廠重新處理。
   
    冷焊或焊點不光滑
   
    此情況可被列為焊點不均勻的一種,發生于基板脫離錫波正在凝固時,零件受外力影響移動而形成的焊點。
    保持基板在焊錫過后的傳送動作平穩,例如加強零件的固定,注意零件線腳方向等;總之,待焊過的基板得到足夠的冷卻再移動,可避免此一問題的發生。解決的辦法為再過一次錫波。
    至于冷焊,錫溫太高或太低都有可能造成此情形。
   
    焊點裂痕
   
    造成的原因為基板、貫穿孔及焊點中零件腳等熱膨脹收縮系數方面配合不當,可以說實際上不算是焊錫的問題,而是牽涉到線路及零件設計時,材料及尺寸在熱方面的配合。
   
    另,基板裝配品的碰撞、得疊也是主因之一。因此,基板裝配品皆不可碰撞、得疊、堆積。又,用切斷機剪切線腳更是主要殺手,對策采用自動插件機或事先剪腳或采購不必再剪腳的尺寸的零件。
   
    錫量過多
   
    過大的焊點對電流的流通并無幫助,但對焊點的強度則有不影響,形成的原因為:
    1.基板與焊錫的接觸角度不當,改變角度(10~70),可使溶錫脫離線路滴下時有較大的拉力,而得到較薄的焊點。
    2.焊錫溫度過低或焊錫時間太短,使溶錫豐線路表面上未及完全滴下便已冷凝。
    3.預熱溫度不夠,使助焊劑未完全發揮清潔線路表面的作用。
    4.調高助焊劑的比重,亦將有助于以免大焊點的發生;然而,亦須留意比重太高,焊錫過后基板上助焊劑殘余物愈多。
   
    錫尖
   
    在線路上零件腳步端形成,是另一種形狀的焊錫過多。
    再次焊錫可將此尖消除。有時此情形亦與吃錫不良及不吃錫同時發生,原因如下:
    1.基板的可焊性差,此項推斷可以從線路接點邊緣吃錫不良及不吃錫來確認。在此情形下,再次過焊錫爐并不能解決問題,因為如前所述,線路表面的情況不佳,如此處理方法將無效。
    2.基板上未插件的大孔。焊錫進入孔中,冷凝時孔中的焊錫因數量太多,被重力拉下而成冰柱。
    3.在手焊錫方面,烙鐵頭溫度不夠是主要原因,或是雖然溫度夠,但烙鐵頭上的焊錫太多,亦會有影響。
    4.金屬不純物含量高,需加純錫或更換焊錫。
   
    焊錫沾附于基板材上
   
    1.若有和助焊劑配方不兼容的化學品殘留在基板上,將會造成如此情況。在焊錫時,這些材料因高溫變軟發粘,而沾住一些焊錫。用強的溶劑如酮等清洗基板上的此類化學品,將有助于改善情況。如果仍然發生焊錫附于基材上,則可能是基板在烘烤過程時處理不當。
    1.基板制造工廠在積層板烘干過程處理不當。在基板裝配前先放入箱中以80℃~100℃烘烤2~3小時,或可改善此問題。
    2.焊錫中的雜質及氧化物與基板接觸亦將造成此現象,此為一設備維護的問題。
   
    白色殘留物
   
    焊錫或清洗過后,有時會發現基板上有白色殘留物,雖然并不影響表面電阻值,但因外觀的因素而仍不能被接受。造成的原因為:
    1.基材本身已有殘留物,吸收了助焊劑,再經焊錫及清洗,就形成白色殘留物。在焊錫前保持基板無殘留物是很重要的。
    2.積層板的烘干不當,偶爾會發現某一批基板,總是有白色殘留物問題,而使用一下批基板時,問題又自動消失。因為此種原因而造成的白色殘留物一般可以溶劑清洗干凈。
    3.銅面氧化防止劑之配方不兼容。在銅面板上一定有銅面氧化防止劑,此為基板制造廠涂抹。以往銅面氧化防止都是松香為主要原料,但在焊錫過程卻有使用水溶性助焊劑者。因此在裝配線上清洗后的基板就呈現白色的松香殘留物。若在清洗過程加一鹵化劑便可解決此問題。目前亦已有水溶劑銅面氧化防止劑。
    4.基板制造時各項制程控制不當,使基板變質。
    5.使用過舊的助焊劑,吸收了空氣中水份,而在焊錫過程后形成白色殘留的水漬。
    6.基板在使用松香助焊劑時,焊錫過后時間停留太久才清洗,以致不易洗凈,盡量縮短焊錫與清洗之間的延遲時間,將可改善此現象。
    7.清洗基板的溶劑中水分含量過多,吸收了溶劑中的IPA成份局部積存,降低清洗能力。解決方法為適當的去除溶劑中水份,如使用水分離器或置吸收水份的材料于分離器中等。
   
    深色殘留物及侵蝕痕跡
   
    在基板的線路及焊點表面,雙層板的上下兩面都有可能發現此情形,通常是因為助焊劑的使用及清除不當。
    1.使用松香助焊劑時,焊錫后未在短時間內清洗。時間拖延過長才清洗,造成基板上殘留痕跡。
    2.酸性助焊劑的遺留亦將造成焊點發暗及有腐蝕痕跡。解決方法為在焊錫后立即清洗,或在清洗過程加入中和劑。
    3.因焊錫溫度過高而致焦黑的助焊劑殘留物,解決方法為查出助焊劑制造廠所建議的焊錫溫度。使用可容許較高溫度的助焊劑可免除此情況的發生。
    4.焊錫雜質含量不符合要求,需加純錫或更換焊錫。
   
    針孔及氣孔
   
    外表上,針孔及氣孔的不同在針孔的直徑較小,現于表面,可看到底部。針孔及氣孔都代表著焊點中有氣泡,只是尚示擴大至表層,大部份都發生在基板底部,當底部的氣泡完全擴散爆開前已冷凝時,即形成了針孔或氣孔。形成的原因如下:
    1.在基板或零件的線腳上沾有機污染物。此類污染材料來自自動插件機,零件成型機及貯存不良等因素。用普通溶劑即可輕易的去除此類污染物,但遇硅油及類似含有硅產品則較困難。如發現問題的造成是因為硅油,則須考慮改變潤滑油或脫模劑的來源。
    2.基板含有電鍍溶液和類似材料所產生之水氣,如果基板使用較廉價的材料,則有可能吸入此類水氣,焊錫時產生足夠的熱,將溶液氣化因而造成氣孔。裝配前將基板在烤箱中烘烤,可以改善此問題。
    3.基板儲存太多或包裝不當,吸收附近環境的水氣,故裝配前需先烘烤。
    4.助焊劑槽中含有水份,需定期更換助焊劑。
    5.發泡及空氣刀用壓縮空氣中含有過多的水份,需加裝濾水器,并定期排氣。
    6.預熱溫度過低,無法蒸發水氣或溶劑,基板一旦進入錫爐,瞬間與高溫接觸,而產生爆裂,故需調高預熱溫度。
    7.錫溫過高,遇有水份或溶劑,立刻爆裂,故需調低錫爐溫度。
   
    短路
   
    1.焊墊設計不當,可由圓形焊墊改為橢圓形,加大點與點之間的距離。
    2.零件方向設計不當,如SOIC的腳如果與錫波平行,便易短路,修改零件方向,使其與錫波垂直。
    3.自動插件彎腳所致,由于IPC規定線腳的長度在2mm以下(無知路危險時)及擔心彎腳角度太大時零件會掉,故易因此而造成短路,需將焊點離開線路2mm以上。
    4.基板孔太大,錫由孔中穿透至基板的上側而造成短路,故需縮小孔徑至不影響零件裝插的程度。
    5.自動插件時,余留的零件腳太長,需限制在2mm以下。
    6.錫爐溫度太低,錫無法迅速滴回,需調高錫爐溫度。
    7.輸送帶速度太慢,錫無法快速滴回,需調快輸送帶速度。
    8.板面的可焊性不佳。將板面清潔之。
    9.基板中的玻璃材料溢出。在焊接前檢查板面是否有玻璃物突出。
    10.阻焊膜失效。檢查適當的阻焊膜型式和使用方式。
    11.板面污染,將板面清潔之。
   
    暗色及粒狀的接點
   
    1.多肇因于焊錫被污染及溶錫中混入的氧化物過多,形成焊點結構太脆。須注意勿與使用含錫成份低的焊錫造成的暗色混淆。
    2.焊錫本身成份產生變化,雜質含量過多,需加純錫或更換焊錫。
   
    斑痕
   
    玻璃起纖維積層物理變化,如層與層之間發生分離現象。但這種情形并非焊點不良。
    原因是基板受熱過高,需降低預熱及焊錫溫度或增加基板行進速度。
   
    焊點呈金黃色
   
    焊錫溫度過高所致,需調低錫爐溫度。
   
    焊接粗糙
   
    1.不當的時間--溫度關系,可在輸送帶速度上改正焊接預熱溫度以建立適當的關系。
    2.焊錫成份不正確,檢查焊錫之成份,以決定焊錫之型式和對某合金的適當焊接溫度。
    3.焊錫冷卻前因機械上震動而造成,檢查輸送帶,確;逶诤附訒r與凝固時,不致碰撞或搖動。
    4.焊錫被污染。檢查引起污染之不純物型式及決定適當方法以減少或消除錫槽之污染焊錫(稀釋或更換焊錫)。
   
    焊接成塊與焊接物突出
   
    1.輸送帶速度太快,調慢輸送帶速度
    2.焊接溫度太低,調高錫爐溫度。
    3.二次焊接波形偏低,重新調整二次焊接波形。
    4.波形不當或波形和板面角度不當及出端波形不當?芍匦抡{整波形及輸送帶角度。
    5.板面污染及可焊性不佳。須將板面清潔之改善其可焊性。
   
    基板零件面過多的焊錫
   
    1.錫爐太高或液面太高,以致溢過基板,調低錫波或錫爐。
    2.基板夾具不適當,致錫面超過基板表面,重新設計或修改基板夾具。
    3.導線徑與基板焊孔不合。重新設計基板焊孔之尺寸,必要時更換零件。
   
    基板變形
   
    1.夾具不適當,致使基板變形,重新設計夾具。
    2.預熱溫度太高,降低預熱溫度。
    3.錫溫太高,降低錫溫。
    4.輸送帶速度太慢,致使基板表面溫度太高,增加輸送帶速度。
    5.基板各零件排列后之重量分布不平均,乃設計不妥,重新設計板面,消除熱氣集中于某一區域,以及重量集中于中心。
    6.基板儲存時或制程中發生堆積疊壓而造成變形。
   
    結論
   
    以上各項焊錫不良問題,除斑點及白色殘留物外,都將影響電氣特性或功能,甚至使整個線路故障。盡早在生產過程中查出原因并適當地處置,以減少及避免昂貴的修理工作,經由適當的基板設計及良好的制程管制。定可減少許多發生的缺點進而達到零缺點的目標。
    使用高品質焊錫,選擇適合應用的助焊劑,留意并改善零件的可焊性,焊錫過程中各項變量控制適當,定可保證達到高品質的焊錫效果。
   
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