Causas e soluções para formação de cordões de solda no processo SMT

Fenômeno da solda de contasO defeito da superfície é um dos principais defeitos na produção da tecnologia de montagem de superfície (SMT).

Os mecanismos de formação das contas de solda e das bolas de solda são diferentes e, por conseguinte, as contramedidas necessárias também são diferentes.

As contas de solda concentram-se principalmente em um lado dos resistores e condensadores de chips e, às vezes, aparecem perto dos pinos do IC.

As contas de solda não só afetam a aparência dos produtos de nível de placa, mas mais importante, devido à alta densidade de componentes na placa de circuito impresso,representam um risco de causar curto-circuito durante a utilização, afetando assim a qualidade dos produtos electrónicos.

Há muitas causas das contas de solda, muitas vezes resultantes de um ou vários fatores. Por conseguinte, devem ser tomadas medidas de prevenção e melhoria para cada causa para alcançar um controlo eficaz.

Mecanismos de grânulos e bolas de solda

1Mecanismo de formação das bolas de solda

A principal causa das bolas de solda é o "espalhamento" de liga de metal fundido da junção de solda durante a sua formação devido a várias razões, resultando em muitos pequenos,Esferas de solda dispersas ao redor da articulação.

Eles geralmente aparecem como pequenas partículas discretas agrupadas presas em resíduos de fluxo em torno de terminações de componentes ou almofadas.especialmente em processos de alta temperatura sem chumboDurante a solda por refluxo, evaporação excessivamente rápida do fluxo fundido, uma elevada proporção de solventes na composição do fluxo,um excesso de solventes de ponto de ebulição elevado, aquecimento inadequado, etc., podem aumentar a probabilidade de formação de esferas de solda.A oxidação excessiva das superfícies a soldar ou do estanho na pasta de soldadura pode causar aquecimento inconsistente e fusão dentro da massa de soldadura durante a soldadura, afetando assim a condução térmica e o comportamento de transferência de calor do fluxo, aumentando também a possibilidade de formação de esferas de solda.tais como aquecimento inadequado da pasta de solda, levando à absorção de umidade (devido a componentes higroscópicos no fluxo), pode causar salpicamento da pasta de solda durante a solda, formando bolas de solda.

2Mecanismo de formação das contas de solda

As contas de solda referem-se a bolas de solda relativamente grandes. Antes da solda, a pasta de solda pode se estender além das almofadas de solda impressas devido a queda, compressão ou outras razões.Esta pasta de solda em excesso não se funde com a pasta de solda nas almofadas e torna-se independenteNo entanto, a maioria das contas de solda ocorre em ambos os lados dos componentes de chips (ver Figura 1).

Tomando como exemplo um componente de chip com pastilhas quadradas (Figura 2), se a pasta de solda se estender além da pastilha após a impressão, é provável que se formem contas de solda.

A pasta de solda que se estende para além do pad consiste em duas partes: a extensão externa (área azul) e a extensão interna (área amarela).As contas de solda não se formarão se se fundirem com a pasta de solda na almofada durante a solda ao formar o filete.

Para a extensão interna, quando o volume da solda é pequeno, a pasta de solda pode formar um filete adequado com a terminação do componente.A pressão de colocação do componente pode espremer a pasta de solda sob o corpo do componente (isolante)Durante o refluxo, a solda derretida, devido à energia da superfície, forma uma forma esférica.O peso do componente, em vez disso, aperta a bola de solda para ambos os lados do componenteSe o peso do componente for alto e uma grande quantidade de pasta de solda for espremida, várias contas de solda podem até se formar.

3Diferenças entre contas de solda e bolas de solda

As pessoas muitas vezes confundem contas de solda e bolas de solda, mas elas são diferentes.

A principal diferença reside no seu mecanismo de formação.

Além disso, em termos de aparência e tamanho, as contas de solda são maiores do que as bolas de solda, tipicamente com um diâmetro superior a 5 mils (0,127 mm).

No que diz respeito à localização, as contas de solda concentram-se principalmente no meio dos componentes de chips e nos lados inferiores do corpo do componente,Considerando que as bolas de solda podem aparecer em qualquer parte do resíduo de fluxo.

No que diz respeito à quantidade, as contas de solda normalmente têm um número de 1 a 4, enquanto o número de bolas de solda é variável, muitas vezes muitos.

Fatores que afetam a formação de grânulos de solda

Com base nas causas da formação de contas de solda, os principais fatores que influenciam incluem:

• Desenho do pad pad pad

• Limpeza de estênceis

• Precisão da repetibilidade da máquina

• Perfil de temperatura da solda por refluxo

• Pressão de colocação

• Quantidade de pasta de solda fora da almofada

Contramedidas e experiência na redução das contas de solda

1. Projetar aberturas de estêncil de acordo com normas

Escolha a espessura apropriada do estêncil e controle estritamente a relação de aspecto da abertura com base nas normas IPC-7525A.selecionar uma opção mais fina dentro da faixa padrão com base nos componentes reais no PCBPor exemplo, para QFP/Pin 0,5 mm de passo, uma espessura de 0,125 mm-0,15 mm é permitida.12 mm não afeta a solda de outros componentes, escolha 0,12 mm em opções mais grossas. A relação de aspecto típica da abertura é 1:1Para componentes que necessitem de mais pasta de solda, a relação pode ser ligeiramente aumentada para 1:1.05 ou 1:1.2No entanto, os estênceis com uma relação de aspecto > 1: 1 exigem uma limpeza frequente e eficaz do fundo durante a impressão; caso contrário, a acumulação de pasta de solda no fundo pode causar bolas de solda.Para componentes que requerem menos pasta de solda, o rácio pode ser reduzido para 1:0.9Para os componentes de chips, as aberturas anti-soldagem de contas podem não ser necessárias para tamanhos inferiores a 0402, mas para 0603 e superiores, devem ser aplicadas seletivamente.Considerando a relação entre as contas de solda e a pasta de extensão pad interna, a extensão da almofada interna pode ser eliminada ou mesmo projetada com um valor negativo.

2. Selecione pad pad pad pad design e tamanho apropriado

O design inadequado do tamanho da almofada também pode levar a contas de solda.As empresas deverão estabelecer as suas próprias normas de projeto das almofadas com base nas dimensões medidas dos componentes dos fornecedoresOs desenhos devem também ser modificados de acordo com as condições reais.

• Jt = filete de solda no dedo

• Jh = filete de solda no calcanhar

• Js = filete de solda na lateral

Para os componentes do chip (usando o 0402 como exemplo), a figura 3 mostra um esquema do projeto da placa de resistência (os padrões reais variam de acordo com o componente),e a Figura 4 mostra o esquema de dimensão inferior do resistor correspondenteUtilizando uma máquina de colocação de alta velocidade FUJI 143E (precisão 0,001 mm), as dimensões das pastilhas de PCB medidas são mostradas na Tabela 1.A comparação entre as dimensões dos componentes medidos (usando FUJI 143E) e as dimensões fornecidas pelo fornecedor é mostrada no quadro 2As dimensões medidas estão dentro das faixas especificadas pelo fornecedor.

As fórmulas de cálculo para os três valores de referência são:

• Jt = (Z - L) / 2

• Jh = (S - G) / 2

• Js = (X - W) / 2

Se Jh for positivo, indica que não há excesso de pasta de solda na terminação após a colocação; alguma pasta de solda será "excedente".fatores como a taxa de aquecimento excessivamente rápida durante a soldaSe Jh for positivo, mas pequeno, favorece uma boa formação de filete.

Análise empírica e medidas de melhoria para problemas de contas de solda

Análise dos dados medidos da Fenghua (fornecedora) de acordo com o IPC-SM-782A:

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

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

Embora ambos os valores de Jh sejam positivos, são pequenos, permitindo bons filés de calcanhar e ângulos de moldagem sem formar contas de solda.e a qualidade da solda é boaO intervalo empírico para Jh é de -0,1 a 0,15 mm. Na Tabela 2, o intervalo de valores S é amplo. Na prática, os fornecedores devem ser solicitados a controlar esse intervalo; um bom intervalo para capacitores e resistores é 0.35 a 0..65mm. Caso contrário, o desenho do estêncil deve ser ajustado em conformidade. Jt, Js, etc., podem ser analisados de forma semelhante.

Para componentes de circuito integrado, projeto baseado em padrões/dimensões fornecidos pelo fornecedor.A principal consideração é evitar a concentração de tensão típica das almofadas quadradas e a extrusão de pasta de solda em cantos sob alta pressão de colocação, o que pode causar contas de solda.

3. Melhorar a qualidade da limpeza de estênceis

Uma melhor limpeza dos estênceis melhora a qualidade da impressão. Uma limpeza insuficiente permite que resíduos de pasta de solda no fundo das aberturas se acumulem, causando excesso de pasta e contas de solda.Quando se utiliza limpeza automática de estênceis em impressoras, combinando limpeza molhada, limpeza a seco e vácuo é mais eficaz. Aumente a frequência de limpeza com base no layout do componente. Monitore a eficácia e adicione limpeza manual se necessário.

4. Garantir a precisão da repetibilidade do equipamento

Durante a impressão, o desalinhamento entre o estêncil e as almofadas pode fazer com que a pasta se mancha além das almofadas, levando a contas de solda ao aquecer.É necessário 3σ ou superiorCaso contrário, a probabilidade de soldagem aumenta.

5. Controlo de colocação Máquina de colocação Pressão

A altura do eixo Z durante a colocação do componente é controlada pela pressão de colocação ou pelo controle da espessura do componente.um fator significativo para as contas de soldaApesar do método de controle, as configurações devem ser otimizadas para evitar que as contas apareçam.O princípio é colocar o componente "sobre" a pasta com apenas pressão suficiente para que a pasta não é espremido das almofadasA pressão necessária varia consoante o fornecedor, modelo e embalagem; ajuste durante a produção conforme necessário.

6. Otimizar o perfil de temperatura

Durante a solda de refluxo, os estágios de rampa e de imersão visam reduzir o choque térmico do PWB e dos componentes e permitir a volatilização parcial do solvente da pasta de solda.Isto impede que o solvente excessivo cause queda ou salpicos durante a fase de refluxoControle o perfil de refluxo: certifique-se de que a taxa de rampa seja moderadamente inferior a 2,0°C/s (Nota: o original disse 20°C/S, provavelmente um erro de digitação,corrigido para 2°C/s típicos ou menos, embora o texto do usuário diga que 20 °C/S

Resumo e sugestões de colaboração

Há muitas causas para as contas de solda, a nossa empresa concentra-se na prevenção durante o design.Primeiro analisamos estatisticamente as dimensões dos componentes e sua correspondência com pad designs para guiar pad design e seleção de abertura estêncilSe ainda ocorrerem contas de solda, realizamos análises adicionais, inspecionando e verificando todo o processo, desde a impressão até a colocação, identificando as causas e implementando melhorias.Isto tem sido bastante eficaz., o que resulta numa baixa probabilidade de soldagem de contas durante a produção.

Esperamos trocar ideias e aprender com colegas com experiência em questões de contas de solda e gostaríamos de apontar quaisquer deficiências neste artigo.

O controlo de processos SMT envolve muitos aspectos; uma falha em qualquer área pode causar problemas.Os departamentos de aquisição e controlo de materiais devem coordenar proativamente com os engenheiros de processoA comunicação relativa a alterações ou substituições de materiais é necessária para evitar defeitos causados por alterações de parâmetros de processo devido a variações de materiais.Os designers de layout de PCB também devem se comunicar mais com os engenheiros de processo, referindo e implementando as suas sugestões de melhoria sempre que possível.