解析不上锡的发生原因，提出对策措施

图4-2　波峰锡炉的构成

随着基板的高密度化、小型化的推进,加之SMD的使用,生产现场的不良品也变得从无到有了。锡桥、不上锡等现象,在生产现场也变得多发,这样的现象为什么会发生?怎样进行对策呢?接下来会对采取的技巧进行说明。

4.1　锡桥发生的原因及对策

波峰锡炉焊接时发生的不良品,锡桥占大多数。小间距的零件(IC、接座等),引脚的间距在2.5~3.0mm,引脚的焊盘间的间隙在1mm以下时,会经常有发生锡桥的可能。还有对于波峰锡炉焊接,与小小的焊盘相比,流向焊盘的锡量,可以用无限大来比喻,这当然也会成为容易产生锡桥的诱因之一。

图4-3　IC引脚锡桥

图4-4　SMD零件、IC的锡桥

图4-5　接座引脚的锡桥

图4-3是插件零件IC (2.5mm间距的DIP-IC)的锡桥,图4-4是表面贴片零件IC(SOP-IC)、图4-5是接座引脚的锡桥。这样的不良品发生,有其各自不同的原因,只要知道真正的原因,锡桥现象如果再次发生,就知道如何应对了。

小间距零件(如IC、接座等)在进行波峰锡炉焊接时,有一个重要的应遵循的技巧,那就是为了尽量避免发生锡桥不良,规定采用基板流过波峰锡炉的“流入方向”的技巧。现在,搭载有小间距IC、接座的高密度基板如图4-6所示有A、B两种不同布局的基板。对于流向而言,零件布局A、B中哪一种锡桥不良发生概率会比较低呢?测试结果在下面表示出来了。

图4-6　A、B基板发生锡桥概率比较

A、B两种不同布局的基板测试结果(各20台)如下。

DIP-IC(16PIN、2.5mm间距)

A布局基板中,锡桥压倒性地多发,B布局基板锡桥较少。因此,在基板铜箔线路设计阶段,按照B布局基板那样来配置零件,生产现场的责任者,要对“流动方向”有必要予以注意。为了遵守流向之事,首先技术部的铜箔线路设计者必须要做的事情是像图4-7所示那样,将IC、接座等的小间距的零件按照一定的方向配置,在基板的板边处设计上,基板流动方向的箭头丝印。如果不遵守这个约定,从波峰锡炉中出来的基板,锡桥就会过多地发生,从而在生产中的烙铁操作者的修正操作就会增加。但是,虽然按照B布局基板的流动方向焊接,会比在A布局基板的情况下,锡桥数量会极端减少,然而不会完全被杜绝。如图4-4、图4-5所示那样,在引脚的最后部分无论如何也会有锡桥的发生。这样锡桥发生的原因及对策将在下文进行说明。

图4-7　流动方向的指示箭头

为什么在流动方向的最后的引脚之间,会有这样的锡桥发生呢?来分析这个原因。请看图4-8, IC引脚的1脚和2脚,正是刚从熔化的焊锡槽中出来的状态。1脚和2脚由于间距小,当然有发生锡桥的可能性。然而随着基板从左到右的移动,图中的1脚和2脚间的熔化的焊锡,由于引脚3的存在,随即移动到了3引脚,从而1、2引脚间的锡桥就没有了。

同样后面的2、3引脚间想要形成锡桥的熔化的焊锡,会移动到引脚4。以此类推,后面的引脚之间也不会有锡桥发生,直到倒数第1个和第2个引脚之间的熔化焊锡,由于其移动的位置没有了,所以移动不了,结果便成了图4-9那样的引脚间发生锡桥。这个对策,就是生成一个使没有地方可去的焊锡有一个可以去的地方(空焊盘),有效的具体对策会在下面进行说明,但是这个对策除了在基板的铜箔线路设计阶段对应之外,而别无他法。在A布局基板的测试时,发生了38处之多的锡桥,可以想到的就是各个引脚间的熔化焊锡,没有各自可去的地方,从而发生了这么多的锡桥。

图4-8　锡桥原因分析

图4-9　引脚间发生锡桥

测试时,遗憾的是即使按照B布局基板那样的零件,锡桥还是不能完全消失。测试的结果还是有9件在最后的焊盘间发生了不良现象,对策就是生成一个让焊锡有一个可以去的地方,图4-10给出了具体的例子。这个对策如果仅仅在生产现场实施的话是非常困难的,首先要对从炉中出来的基板进行全数检查,对于检出的不良品进行修正、修理,除此之外别无他法。然而如果这个对策可以在基板铜箔线路设计阶段进行正确实施的话,不良品发生概率就会变为零,对生产现场将是莫大的帮助。

图4-10　锡桥对策、铜箔线路例子(后部设有焊锡停留焊盘)

因此,图4-9的IC也像图4-11那样设计有焊锡停留焊盘的话,锡桥就会没有。

综上所述,作为铜箔设计部门的对策技巧,追加如图4-11所示的焊盘时,会产生很大的效果。

随着基板高密度化的推进,焊盘的间距也变得越来越小,生产现场对锡桥也是伤透了脑筋。不仅是最后的焊盘间,途中的焊盘间也有锡桥存在(参见图4-12)。对于这样的锡桥对策,就是使焊盘与焊盘之间尽量保持有足够距离。当然,零件引脚间距是不可能变大的,但是看起来,相邻的焊盘之间的间隙却是有变大的可能性。像图413那样,采用通过阻焊层设计而形成中间部分变窄的焊盘,就可以成为这样的锡桥对策。对于焊接的强度方面,左右方向由于焊接轮廓多少会有些变窄,在强度上会产生担心,但是这个部分会由于焊盘的前后面积变大而成为椭圆形焊盘,从而对左右方向可能会减弱的强度进行了弥补,因此可以消除此担心。

图4-11　锡桥対策(www.xing528.com)

图4-12　引脚间锡桥

图4-13　锡桥对策(椭圆形焊盘)

图4-14椭圆形焊盘阻焊层设计的一个实例。

图4-14　通过阻焊层设计的椭圆形焊盘实例

像这样的锡桥对策,在生产现场部门实施也是不可能的,只有在铜箔线路的设计阶段实施这样的对策。上述的两点对策,在基板的铜箔线路设计阶段实施的话,生产现场的产品品质就一定会非常稳定。

4.2　不上锡发生的原因及对策

在波峰锡炉焊接现场,会发生像图4-15所示的三极管的引脚不上锡的不良现象。在波峰锡炉的锡槽处,会有大量的熔化焊锡喷向焊盘,发生不上锡的现象,可能会认为是不可思议之事,但实际上这样的不良品现象每天都有发生。

图4-15　不上锡的不良例子

这个所谓的不上锡现象是如何发生的呢?还有该如何进行对策?关于这些内容将会在此节进行说明。

本来微型3脚贴片零件是作为表面贴装零件(SMD零件),在SMT回流锡炉焊接中非常多地被使用。然而,随着基板高密度化、小型化的推进,这样的微型3脚贴片零件、普通的贴片零件等通过黏结剂固定,也变得可以通过波峰锡炉进行焊接了。在这样的情况下,搭载有微型3脚贴片零件的基板,在通过波峰锡炉时,通过对其所受制约的观察,不良品发生原因也就变得清晰了。图4-16所示的基板,在通过熔化焊锡的锡槽上面的时间约为4~5s,在这么短的时间内,必须实现没有问题的焊接。然而,在熔化焊锡的锡槽中,基板底面和微型贴片三极管(TR)、微型贴片复合二极管(DA)的树脂面之间的空间处,如图4-17所示那样会有松香气体、空气等的气体存在,这样的气体会对熔化焊锡与TR引脚、基板焊盘的接触造成障碍,在4~5s之间成为不上锡的结果。当然,大部分的三极管的引脚,在1次喷流槽处已经被正确焊接,只有残留的气体没有被放净的焊盘处,会发生这样的不上锡。对于图4-16中的方形贴片零件,其电极自身已经被熔化的焊锡覆盖,很快焊盘也被焊锡覆盖,因此不用担心会有这样的不合格现象发生。

图4-16　焊锡槽中的零件

图4-17　微型三极管和空气、气体

由于已经搞清楚了前述的发生原因,作为其对策如下。

(1)除去松香气体、空气。

(2)在松香气体、空气没有被完全除去时,通过诱导熔化的焊锡到达焊盘部,短时间对焊锡进行强行引流的焊接。

(1)在基板上设置放气孔(铜箔线路设计阶段的对策)

如图4-18所示孔径:ϕ0.8~1.0mm

图4-18　放气孔的对策例子

(2)设置焊锡通道(铜箔线路设计阶段的对策)

波峰锡炉焊接约在4~5s内决定胜负,要在这么短的时间内必须完成整个焊接过程。基板浸入锡槽时,插件零件引脚、普通贴片零件当然比较容易上锡,为了将已经上锡处的焊锡进行快速的诱导,采用如图4-19那样,设置“焊锡通道”的对策,在短时间内将焊锡进行诱导(在铜箔线路设计阶段时对“阻焊层”进行处理,就有可能实现)。

图4-19　焊锡通道对策例子

如果实施以上这两种对策,不上锡现象就不会发生。这个改善的例子如图4-20所示。

当不合格现象发生时,应进行对策防止其再次发生,是从事生产现场工作者(生产部门、品质管理部门、现场技术等的负责者)的责任。这些应对方法及再发生防止对策,经常会在会议室等的场所,大家聚集起来进行各种各样的讨论后,然后将其决定下来。也会经常出现既不对不合格产品进行仔细的观察,也没有对生产现场的状况进行把握,就匆忙地得出结论,从而成为偏离目标的对策。出现不合格的原因,有零件不好、基板不好,甚至会出现焊锡不好之类的现象,像这样的推卸责任到其他上面的事情,实际上有很多。还有通过对不合格原因进行追究,会列举出4、5个原因,真正的原因却没有发现,这样会造成现场混乱,结果不合格现象会再次出现也是实情。不合格的原因,不能说100%,大多数的原因都在制造现场。推卸责任到其他上面,不合格就会再次出现。前辈们会经常说,发生了不合格,首先去现场,然后在现场对不合格产品进行仔细观察。笔者认为这样的话,是王道。在会议室中进行讨论不会看到本质,在现场对不合格现象进行彻底的观察,是非常重要之事。通过彻底的观察,不合格的原因就会被彻底地搞清楚。列举4、5个不合格原因,就是因为没有对不合格产品进行彻底观察的缘故。不合格发生的原因,大多数情况只有一个原因(最多也就有两个),没有4、5个如此之多。

图4-20　不上锡的对策例子

事物并不是因为存在而被看见,而是因为看见而“被存在”!