Ursachen und Lösungen für die Formation von Lötkugeln im SMT-Verfahren

Phänomen der SchweißperlenDer Schadstoffgehalt der SMT-Technologie ist aufgrund seiner vielfältigen Ursachen und der Schwierigkeiten bei der Steuerung häufig ein Problem für die SMT-Techniker.

Die Formungsmechanismen von Lötkugeln und Lötkugeln sind unterschiedlich, und daher sind auch die erforderlichen Gegenmaßnahmen unterschiedlich.

Lötkugeln konzentrieren sich hauptsächlich auf einer Seite von Chipwiderständen und Kondensatoren und erscheinen manchmal in der Nähe von IC-Pins.

Lötkugeln beeinflussen nicht nur das Erscheinungsbild von Produkten auf Leiterplattenebene, sondern vor allem aufgrund der hohen Dichte an Komponenten auf der Leiterplatte,Sie stellen eine Gefahr von Kurzschaltungen während der Verwendung dar., wodurch sich die Qualität elektronischer Produkte beeinträchtigt.

Es gibt viele Ursachen für Lötkugeln, die häufig auf einen oder mehrere Faktoren zurückzuführen sind. Daher müssen für jede Ursache Präventions- und Verbesserungsmaßnahmen ergriffen werden, um eine wirksame Bekämpfung zu erreichen.

Mechanismen von Lötkugeln und Lötkugeln

1- Formationsmechanismus von Lötkugeln

Die Hauptursache für Lötkugeln ist das "Spritzen" der geschmolzenen Metalllegierung aus der Lötverbindung während ihrer Bildung aus verschiedenen Gründen, was zu vielen kleinen,Verstreute Lötkugeln um das Gelenk.

Sie erscheinen häufig als zusammengefügte, diskrete kleine Partikel, die in Flussrückständen um Komponentenendungen oder Pads gefangen sind.vor allem in bleifreien HochtemperaturverfahrenBei dem Rückflusslöten ist eine zu schnelle Verdunstung des geschmolzenen Flusses, ein hoher Anteil an Lösungsmitteln in der Flusszusammensetzung,Überschuss an Lösungsmitteln mit hohem Siedepunkt, unzureichende Erwärmung usw. können die Wahrscheinlichkeit einer Lötkugelbildung erhöhen.Eine übermäßige Oxidation der zu löternden Oberflächen oder des Zinns in der Lötmasse kann bei der Lötung zu einer inkonsistenten Erhitzung und Schmelze innerhalb der Lötmasse führen, wodurch sich die Wärmeleitung und das Wärmeübertragungsverhalten des Flusses beeinflussen, wodurch auch die Möglichkeit einer Lötkugelbildung erhöht wird.wie eine unsachgemäße Aufwärmung der Lötmasse, die zu Feuchtigkeitsabsorption führt (aufgrund hygroskopischer Komponenten im Fluss), kann bei dem Lötvorgang Lötpaste spritzen und Lötkugeln bilden.

2. Bildung Mechanismus der Lötkugeln

Bei der Lötung kann die Lötmasse sich aufgrund von Einbrüchen, Drücken oder anderen Gründen über die gedruckten Lötplatten hinaus erstrecken.Diese überschüssige Lötmasse verschmilzt nicht mit der Lötmasse auf den Pads und wird unabhängig.Die meisten Lötkugeln treten jedoch auf beiden Seiten von Chipkomponenten auf (siehe Abbildung 1).

Wenn man beispielsweise eine Chip-Komponente mit quadratischen Pads (Abbildung 2) nimmt, dann werden nach dem Drucken wahrscheinlich auch Lötenperlen entstehen, wenn sich die Lötpaste über das Pad hinaus erstreckt.

Die außerhalb des Pads erstreckende Lötpaste besteht aus zwei Teilen: der äußeren Erweiterung (blauer Bereich) und der inneren Erweiterung (gelber Bereich).Lötkugeln werden nicht gebildet, wenn sie sich mit der Lötpaste auf dem Pad während des Lötens beim Bilden von Fillet verschmelzen.

Für die innere Erweiterung kann die Lötmasse, wenn das Lötvolumen gering ist, mit der Komponentenendung ein ordnungsgemäßes Fillet bilden.der Druck der Komponentenplatzierung kann die Lötmasse unter den Komponentenkörper (Isolator) drückenWährend des Rückflusses bildet das geschmolzene Lötwerk aufgrund der Oberflächenenergie eine kugelförmige Form. Es neigt dazu, die Komponente zu heben, aber diese Kraft ist sehr gering.Das Gewicht der Komponente drückt stattdessen die Lötkugel auf beide Seiten der KomponenteWenn das Bauteilgewicht hoch ist und eine große Menge an Lötpaste herausgepresst wird, können sich sogar mehrere Lötperlen bilden.

3Unterschiede zwischen Schweißkugeln und Schweißkugeln

Die Leute verwechseln oft Lötperlen mit Lötkugeln, aber sie unterscheiden sich.

Der Hauptunterschied liegt in ihrem Entstehungsmechanismus.

Darüber hinaus sind Lötkugeln in Bezug auf Aussehen und Größe größer als Lötkugeln, typischerweise mit einem Durchmesser von mehr als 5 mil (0,127 mm).

Was die Lage betrifft, so konzentrieren sich die Lötkugeln hauptsächlich in der Mitte der Chipkomponenten und an den unteren Seiten des Bauteils,wobei Lötenkugeln überall im Flussrückstand auftreten können.

In bezug auf die Menge sind die Lötkugeln typischerweise 1 bis 4, während die Anzahl der Lötkugeln variiert, oft viele.

Faktoren, die sich auf die Entstehung von Lötkugeln auswirken

Auf der Grundlage der Ursachen der Lötkugelbildung sind die wichtigsten Einflussfaktoren:

• Schablonenöffnung und Pad-Muster

• Schablonenreinigung

• Genauigkeit der Maschinenwiederholbarkeit

• Temperaturprofil für das Rücklauflöten

• Aufstelldruck

• Menge der Lötmasse außerhalb des Pads

Gegenmaßnahmen und Erfahrungen bei der Verringerung der Schweißperlen

1. Entwurf von Schablonenöffnungen nach Normen

Wählen Sie die geeignete Schablonendicke aus und kontrollieren Sie streng das Aperture-Seitenverhältnis nach den IPC-7525A-Normen.wählen Sie eine dünnere Option innerhalb des Standardbereichs anhand der tatsächlichen Komponenten auf dem PCBBei der Verwendung von QFP/Pin mit 0,5 mm Abstand ist beispielsweise eine Dicke von 0,125 mm-0,15 mm zulässig.12 mm beeinflusst nicht das Löten anderer Bauteile, wählen Sie 0,12 mm gegenüber dickeren Optionen. Das typische Aperture-Seitenverhältnis ist 1:1Für Bauteile, die mehr Lötpaste benötigen, kann das Verhältnis leicht auf 1 erhöht werden:1.05 oder 1:1.2Schablonen mit einem Seitenverhältnis von mehr als 1:1 erfordern jedoch eine häufige und wirksame Bodenreinigung während des Druckens; ansonsten kann sich die Anhäufung von Lötpaste am Boden zu Lötkugeln führen.Für Bauteile, für die weniger Lötmasse erforderlich ist, kann das Verhältnis auf 1 reduziert werden:0.9Für Chipkomponenten sind für Größen unter 0402 möglicherweise keine Schweißschutzöffnungen erforderlich, aber für Größen ab 0603 sollten sie selektiv angewendet werden.Betrachtet man die Beziehung zwischen Lötkugeln und der inneren Verlängerungspaste, kann die Innenplattenverlängerung eliminiert oder sogar mit einem negativen Wert gestaltet werden.

2. Wählen Sie geeignetes Pad Muster und Größe Design

Bei der Konstruktion von Pads sollten die PCB, die tatsächliche Bauteilgröße und die Endgröße berücksichtigt werden, um die entsprechenden Pad-Maße zu bestimmen.Die Unternehmen sollten ihre eigenen Standards für die Pad-Konstruktion auf der Grundlage der gemessenen Abmessungen von Komponenten von Lieferanten festlegenDie Konstruktion muß auch an den tatsächlichen Bedingungen angepaßt werden.

• Jt = Fillet zum Schweißen

• Jh = Fillet zum Löten an der Spitze

• Js = Lötfilet an der Seite

Für Chip-Komponenten (mit 0402 als Beispiel) zeigt Abbildung 3 ein Widerstandsplattform-Designschema (die tatsächlichen Muster variieren je nach Komponente),und Abbildung 4 zeigt das entsprechende WiderstandsbottenmaßschemaMit einer FUJI 143E Hochgeschwindigkeitsplatziermaschine (Genauigkeit 0,001 mm) sind die gemessenen PCB-Pad-Maße in Tabelle 1 dargestellt.Ein Vergleich zwischen den gemessenen Bauteildimensionen (mit FUJI 143E) und den vom Lieferanten angegebenen Abmessungen ist in Tabelle 2 dargestellt.Die gemessenen Abmessungen liegen innerhalb der vom Lieferanten angegebenen Bereiche.

Die Berechnungsformeln für die drei Referenzwerte sind:

• Jt = (Z - L) /2

• Jh = (S - G) / 2

• Js = (X - W) / 2

Wenn Jh positiv ist, bedeutet dies, dass am Ende nach der Platzierung keine überschüssige Lötpaste vorhanden ist; einige Lötpaste wird "überschüssig" sein.Faktoren wie übermäßig schnelle Erhitzungsrate beim Löt, schlechte Schweißbarkeit der Endung oder des Pads oder übermäßiger Druck nach unten kann Lötperlen verursachen.

Empirische Analyse und Verbesserungsmaßnahmen bei Problemen mit Schweißperlen

Analyse der Messdaten von Fenghua (Lieferant) gemäß IPC-SM-782A:

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

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

Obwohl beide Jh-Werte positiv sind, sind sie klein, so dass gute Filet- und Nasswinkel möglich sind, ohne dass Lötkugeln entstehen.und die Lötqualität ist gut.Der empirische Bereich für Jh beträgt -0,1 bis 0,15 mm. In Tabelle 2 ist der S-Wertbereich breit. In der Praxis sollten Lieferanten aufgefordert werden, diesen Bereich zu steuern; ein guter Bereich für Kondensatoren und Widerstände beträgt 0.35 zu 0..65mm. Andernfalls muss die Schablonenform entsprechend angepasst werden. Jt, Js usw. können ähnlich analysiert werden.

Für IC-Komponenten basiert das Design auf den vom Lieferanten bereitgestellten Mustern/Maßen. Für Chip-Komponenten sind empfohlene bleifreie Pad-Formen äußerlich oder innerlich halbelliptig.Die wichtigste Überlegung besteht darin, die für quadratische Pads typische Spannungskonzentration und die Extrusion von Lötmasse an den Ecken unter hohem Platzierungsdruck zu vermeiden., was Lötperlen verursachen kann.

3Verbesserung der Qualität der Reinigung mit Schablonen

Eine bessere Schablonenreinigung verbessert die Druckqualität.Bei automatischer Schablonenreinigung von Druckern, die Kombination von Nassreinigung, Trockenreinigung und Vakuum ist am effektivsten. Erhöhen Sie die Reinigungsfrequenz basierend auf dem Komponentenlayout. Überwachen Sie die Wirksamkeit und fügen Sie bei Bedarf eine manuelle Reinigung hinzu.

4. Sicherstellung der Genauigkeit der Wiederholbarkeit der Ausrüstung

Während des Drucks kann eine Fehlausrichtung zwischen Schablone und Pads dazu führen, dass Paste über die Pads hinaus verschmiert wird, was beim Erhitzen zu Löten von Perlen führt.3σ oder besser erforderlichAnsonsten steigt die Wahrscheinlichkeit von Lötkugeln.

5. Steuerung Platzierung Maschine Platzierung Druck

Die Höhe der Z-Achse während der Platzierung des Bauteils wird entweder durch Platzungsdruck oder durch die Kontrolle der Bauteilstärke geregelt.ein wesentlicher Faktor für Lötkugeln. Eine unsachgemäße Steuerung kann bei der Platzierung Paste von den Pads abpressen und zu Perlen führen. Unabhängig von der Steuerungsmethode müssen die Einstellungen optimiert werden, um Perlen zu verhindern.Das Prinzip ist, die Komponente "auf" die Paste mit gerade genug Druck, so dass die Paste nicht von den Pads gepresstDer erforderliche Druck variiert je nach Lieferant, Modell und Verpackung.

6. Optimieren Sie das Temperaturprofil

Während des Rückflusslötens zielen die Rampen- und Einsaugstufen darauf ab, den thermischen Schock für das PWB und die Komponenten zu reduzieren und eine teilweise Lösungsmittelflüchtigung aus der Lötpaste zu ermöglichen.Dies verhindert, dass übermäßiges Lösungsmittel während der Rückflussphase zu Einbrüchen oder Spritzen führt, wodurch die Paste von den Pads abgedrückt und Perlen oder Kugeln gebildet werden würde.Korrigiert auf typische 2°C/s oder weniger, obwohl der Benutzertext sagt, dass 20 °C/S

Zusammenfassung und Vorschläge für die Zusammenarbeit

Es gibt viele Ursachen für Schweißperlen, aber unsere Firma konzentriert sich auf die Vorbeugung während des Entwurfs.Wir analysieren zunächst statistisch Komponenten Dimensionen und ihre Übereinstimmung mit Pad-Designs zu führen Pad-Design und Schablonenblende AuswahlWenn immer noch Schweißperlen auftreten, führen wir weitere Analysen durch, indem wir den gesamten Prozess vom Drucken bis zur Platzierung inspizieren und überprüfen, die Ursachen identifizieren und Verbesserungen umsetzen.Das war sehr effektiv., wodurch eine geringe Wahrscheinlichkeit von Lötkugeln während der Produktion besteht.

Wir hoffen, Ideen auszutauschen und von Kollegen zu lernen, die Erfahrung in Problemen mit Schweißperlen haben, und freuen uns, wenn Sie auf Mängel in diesem Artikel hinweisen.

Die SMT-Prozesssteuerung beinhaltet viele Aspekte; Fehler in jedem Bereich können Probleme verursachen.Beschaffungs- und Materialkontrollabteilungen sollten sich proaktiv mit Prozessingenieuren koordinierenDie Kommunikation über Materialänderungen oder -ersetzungen ist notwendig, um Fehler zu vermeiden, die durch Veränderungen der Prozessparameter aufgrund von Materialvariationen verursacht werden.PCB-Layout-Designer sollten auch mehr mit Prozessingenieuren kommunizieren, Verweise auf ihre Verbesserungsvorschläge und deren Umsetzung, soweit möglich.