如今PCBA电子厂做SMT贴片已经越来越方便了。但很多工程师在研发验证阶段会找工厂做SMT贴片，以节省时间。但由于工厂工艺水平参差不齐，部分工程师收到板子后就遇到了短路或断路的情况，无法正常测试。他们一时找不到问题所在，无法确定是工厂问题还是自己设计的。错了，来回浪费时间又浪费钱……
所以本文收集了：SMT贴片焊接制造中常见的5种工艺缺陷，帮助大家了解SMT贴片工艺，避免走弯路和“翻车”。
01
缺陷一：“立碑”现象
即贴片元件“立起来”。
产生立碑现象的主要原因是元件两端润湿力不平衡，导致元件两端扭矩不平衡，产生“立碑”。
回流焊“墓碑”现象动态图
什么情况会导致回流焊时元件两端润湿力不平衡，产生“墓碑”？
因素A：焊盘设计及布局不合理
①元件两侧焊盘之一接地线或一侧焊盘面积过大，焊盘两端热容量不均匀；
②PCB表面温差过大，造成元件焊盘两侧吸热不均匀；
③QFP、BGA等大型器件以及散热片周围的小型贴片元件，其焊盘两端都会出现温度不均的现象。
解决方案：工程师调整焊盘设计和布局。
因素B：锡膏和锡膏印刷问题
①焊膏活性不高或元件可焊性差。焊膏熔化后，表面张力不同，会造成焊盘润湿力不平衡。
② 两个焊盘上印刷的锡膏量不均匀。一侧锡厚，拉力大，另一侧锡薄，拉力小。结果，元件的一端被拉向一侧，形成空焊料，而一端被拉起，形成垂直焊缝。纪念碑。
解决办法：工厂需要选择活性较高的焊膏，并改善焊膏印刷参数，特别是钢网的开窗尺寸。
因素C：贴片发生位移，Z轴方向受力不均匀
会造成元件浸入锡膏不均匀，熔化时的时间差会导致两侧润湿力不平衡。如果组件补丁发生移位，会直接导致墓碑。
解决办法：工厂需要调整贴片机的工艺参数。
因素D：炉温曲线不正确
如果回流焊炉的炉体太短、温区太少，就会导致PCB加热的工作曲线不正确，导致板面湿度差异过大，造成润湿不平衡力量。
解决方案：工厂需要根据每个不同的产品调整合适的温度曲线。
02
缺陷2：锡珠
仙珠是回流焊中常见的缺陷之一，它不仅影响外观，还会造成桥接。锡珠可分为两类：一类出现在片式元件的一侧，常呈独立的大球状（如下图）；另一种类型以分散的珠子形状出现在 IC 引脚周围。
位于组件腰侧（来源网络）
产生锡珠的主要原因如下：
因素 A：温度曲线不正确
？回流焊曲线可分为4段：预热、保温、回流和冷却。预热保温的目的是使PCB表面温度在60～90秒内升至150℃，并保温90秒左右。
这样不仅可以减少PCB和元件的热冲击，而且可以保证锡膏中的溶剂能够部分蒸发，避免回流焊时因溶剂过多而喷溅，导致锡膏冲出垫并形成锡珠。
解决方法：工厂需注意升温速度，采用适度预热，使溶剂充分蒸发。
因素B：焊膏质量
①焊膏中的金属含量通常为（90±0.5）℅。金属含量过低会导致焊剂过多。因此，助焊剂过多会因预热阶段挥发低而造成飞珠；
②焊膏中水蒸气和氧气含量增加也会造成飞珠。由于锡膏通常是冷藏的，如果从冰箱中取出时没有充分解冻和搅拌均匀，就会有水蒸气进入；另外，焊膏瓶的盖子每次使用后必须盖紧。如果不及时关闭严密，也会造成水蒸气的进入；
钢网上的锡膏印刷完毕后，剩余部分要单独加工。如果放回原来的瓶子里，瓶子里的锡膏会变质，也会产生锡珠。
解决方法：要求工厂选择优质焊膏，并注意焊膏的储存和使用要求。
其他因素包括：
①印刷过厚，元件压下后多余锡膏溢出；
②贴片压力过大，向下的压力导致锡膏塌陷到油墨上；
③焊盘开口形状不良，未经过防焊珠处理；
④锡膏活性差，干燥过快，或含有过多小颗粒锡粉；
⑤印刷偏移，导致部分锡膏粘在PCB上；
⑥刮刀速度过快，造成边缘下垂不良，回流焊后产生锡球...
03
缺陷3：桥接
桥连也是SMT生产中常见的缺陷之一。它可能会导致组件之间短路，如果遇到桥接则必须进行修复。
电子元件IC芯片桥接示意图
桥接的主要原因有：
因素A：锡膏质量问题
①焊膏中的金属含量比较高，特别是印刷时间过长，金属含量容易增加，导致IC引脚桥接；
②锡膏粘度低，预热后从焊盘中流出；
③锡膏塔预热后滴落不良，从焊盘中流出。
解决办法：工厂需要调整锡膏比例或改用质量好的锡膏。
因素 B：打印系统
①印刷机重复性差，对位不均匀（钢网对位不准，PCB对位不准），造成焊膏印刷到焊盘外，尤其是细间距QFP焊盘；
②钢网开窗尺寸及厚度设计不准确及PCB焊盘设计Sn-pb合金镀层不均匀，导致锡膏过多。
解决办法：工厂需要调整印刷机，改进PCB焊盘涂层。
因素C：压力太大
锡膏受压后变成全流，这是生产中常见的原因。另外，贴装精度不够会导致元件移位、IC引脚变形等。
因素D：回流炉升温太快，锡膏中的溶剂来不及蒸发
解决办法：工厂需要调整贴片机Z轴高度和回流焊炉加热速度。
04
缺陷4：芯吸现象
Wicking现象又称吸料现象、抽芯现象，是SMT常见的焊接缺陷之一，多见于气相回流焊。焊料从焊盘上脱离并沿引脚向上移动到引脚和芯片本体之间，造成严重的虚焊。
芯吸：是指熔化的焊料润湿元件引脚并向上流动并脱离PCB焊盘区域。它不会润湿或部分润湿PCB焊盘，导致开路或焊点强度不足。现象，这种缺陷常出现在QFP、SOP、PLCC等具有翼形引线和J形引线的器件中。如下所示。
芯吸现象 - 焊料与 PCB 焊盘区域分离
原因：
通常是因为引脚导热系数过大，温度上升较快，使焊料先润湿引脚。焊料与引脚之间的润湿力远大于焊料与焊盘之间的润湿力。销钉上部翘曲回缩会加剧芯吸现象的发生。
解决方案：工厂需要将SMA（表面贴装组件）充分预热后再放入炉中焊接。 PCB焊盘的可焊性应仔细测试并确保。元件的共面性不容忽视。共面性较差的器件不应用于生产。
注：
在红外回流焊中，PCB基材和焊料中的有机助焊剂是红外线的良好吸收介质，但引脚可以部分反射红外线，所以相比较而言，焊料先熔化，焊料和焊盘先熔化被润湿的力会大于焊料与引脚之间的润湿力，因此焊料不会沿着引脚上升，芯吸的概率会小很多。
05
总结缺陷五：BGA焊接不良
BGA：Ball Grid Array（球栅阵列封装）。 BGA封装在封装密度、电气性能和成本方面具有明显的优势和独特的优势，使其能够取代传统的封装方式。
随着市场对芯片集成度要求的提高，集成电路封装变得更加严格。
正常BGA焊接
不良症状①：莲溪
锡连接也叫短路，即焊接过程中焊球与焊球短路，导致两个焊盘接触，造成短路。
解决办法：工厂调整温度曲线，降低回风压力，提高印刷质量。
红圈部分是连曦（来源网络）
不良症状②：假焊
假焊也称为“头枕式（HIP）”。造成虚焊的原因有很多（焊球或PAD氧化、炉内温度不够、PCB变形、锡膏活性不良等）。 BGA假焊的特点是“难发现”、“难识别”。
“枕头效应”因形状酷似人把头枕在枕头上而得名，是BGA封装典型而独特的失效模式。
BGA器件回流焊过程中会出现枕头效应。由于器件、电路板的变形或其他原因，BGA焊球和焊膏分离，各自的表层被氧化。
重新接触时，形成枕形焊缝，而不是完整的良好焊缝。 BGA焊接失败大多是由于生产过程中某些环节缺乏过程控制造成的。
另外，枕头效应（HIP）一般很难用目前的2DX-Ray检测机检测出来，因为大多数X-Ray只能从上到下检测，无法看到BGA焊球破损的位置。如果是可以上下旋转的X-Ray应该可以观察到。有时可能会通过板内测试（ICT，In Circuit Test）和功能测试（FVT，FunctionVerification Test）来检测，因为此类机器通常采用针床操作方式，需要对电路板添加额外的外部压力。这使得原本紧挨着的焊球和焊膏有机会分离，但许多缺陷产品仍然会流向市场。通常，此类缺陷产品很快就会被客户发现存在功能问题并被退回。因此，如何预防和控制枕头效应实际上是SMT的一个重要问题。
另外，还可以考虑通过烧入（Burn/In）的方式筛选出有HIP的板子（如果是单板烧入，则需要提高温度），因为烧制时板子的温度会升高。温度会使板变形。如果电路板变形，空焊点/假焊点就有机会出现。因此，烧机时必须添加程序进行自诊断测试。如果HIP的位置不在程序测试线上，则无法查出。
目前，分析HIP不良现象比较可靠的方法是红色染料渗透试验和横截面分析。不过这两种方法都是破坏性测试，除非必要，不推荐使用。使用。
最近[3DX-Ray CT]技术取得了突破，可以有效检测此类HIP或NWO（Non-Wet-Open）焊接的缺点，并逐渐普及，但机器的成本只是不够便宜而已。
下图为BGA虚拟焊接的3D形貌和横截面断层扫描。屏幕左侧的金色球体是BGA焊球的3D形态。红圈内的焊球为虚拟焊球；屏幕右侧是焊球。球的断层横截面，虚拟焊球位于红色圆圈中。
BGA虚拟焊接的3D形貌和横截面
枕头效应检测：
与虚拟焊接类似，枕头效应也很难通过二维X射线检查观察到。相反，它需要借助 3D 断层扫描来检测。
BGA焊球枕效应X射线3D形貌
BGA 焊球枕效应横截面断层扫描
BGA假焊图
BGA“枕头效应”侧视图
以下是造成枕头效应 (HIP) 缺点的一些可能原因：
1。 BGA封装（Package）
如果同一个BGA封装有不同尺寸的焊球，较小的焊球容易出现枕头效应的缺点。
另外，当BGA封装的载板耐温不足时，在回流焊时很容易使载板翘曲变形，从而形成枕头效应。
2。锡膏印刷
焊盘上印刷的焊膏量不一，或者电路板上存在所谓的过孔（Vias-in-pad），都会导致焊膏无法接触到焊球。可能性并创造枕头效果。
另外，如果锡膏印刷距离电路板的焊盘太远且未对准，这种情况通常发生在多块板组装时，当锡膏熔化时，将无法提供足够的焊料形成桥梁，这可能会导致枕头效应。 。
3。贴片机（Pick&Place）精度不够
如果贴片机精度不够或贴片元件时XY位置和角度调整不当，也会出现BGA焊球和焊盘错位的情况。
另外，在电路板上放置IC零件时，贴片机会稍微下压一定的Z轴距离，以确保BGA的焊球与电路板上的焊膏有效接触焊盘，以便在回流焊时可以对其进行回流焊。确保 BGA 焊球完美焊接到电路板的焊盘上。如果Z轴压紧力或平整度不够，部分焊球可能无法接触到锡膏，造成HIP的可能。
4。回流温度（回流曲线）
当回流焊温度或加热速率设置不当时，很容易造成锡不熔或电路板、BGA载板弯曲或翘曲等问题，从而形成HIP。您可以参考《BGA同时空焊和短路的可能原因》一文，了解由于BGA载板与线路板CTE相差较大、线路板长度过大而导致板弯、翘曲的BGA空焊。 TAL（液体上方时间）。和短路分析。
另外，需要注意的是，如果预热区温度升得太快，很容易带动助焊剂过早蒸发，从而容易造成焊料氧化，造成润湿不良。其次，最高温度（PeakTemperature）最好不要调得太高或时间太长。建议参考零件的温度和时间建议。
5。锡球氧化（Solder ball Oxidization）
IC封装厂完成BGA后，会用探针接触锡球进行功能测试。如果探针的清洁度处理不好，污染物就有可能污染BGA焊球，造成焊接不良。其次，如果BGA封装没有正确存放在温度和湿度受控的环境中，焊球很可能会氧化并影响焊接性能。
如何改善和预防HIP（头枕式）焊接不良
现在已知HIP的主要原因是电路板的FR-4和IC载板的高温变形，因此有两个方向来预防或避免HIP的发生。
方法一：提高电路板片材和IC载板的刚性。一般采用Tg≥170℃较高的材料，但成本也会相应增加。无铅工艺电路的Tg板材料一般采用中等Tg（Tg≥150℃）。
方法二：增加锡膏用量，以填补电路板与IC载板因高温翘曲而产生的间隙，即在所有回流焊过程中，BGA焊球与印刷在电路上的锡膏board 他们都是接触的，但是要小心。如果焊膏用量增加过多，会造成焊接短路。不要粗心。
不良症状③：冷焊
冷焊和假焊不完全一样。冷焊是由于回流温度异常导致焊膏未完全熔化而引起的。这可能是由于回流区温度未达到焊膏熔点或回流时间不足造成的。
解决方案：工厂调整温度曲线，减少冷却过程中的振动。
不良症状④：气泡
气泡（或气孔）并不是绝对的不良现象，但如果气泡太大，很容易导致质量问题。气泡的验收以IPC标准为准。气泡主要是由于焊接过程中盲孔内含有的空气没有及时排出而造成的。
解决方法：要求工厂用X-Ray检查原料内部是否有气孔，调整温度曲线。
BGA气泡图
一般来说，气泡大小不能超过球体的20%
不良症状⑤：焊球开裂
不良症状 ⑥：肮脏
焊盘脏或有残留异物。可能是由于生产过程中环保不好，焊盘上有异物或者焊盘脏了，导致焊接不良。
除了以上几点之外，还有：
①晶体破裂（焊点表面出现玻璃裂纹）；
②偏移（BGA焊点与PCB焊盘未对准）；
③ 锡溅（靠近或位于两个焊点之间的 PCB 表面出现微小锡球）等
来源：SMT行业头条-END-
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