如何在回流銲接過程中預防銲錫缺陷
1 分鐘
- 回流焊接常見焊點缺陷：
- 焊錫橋接缺陷：
- 冷焊點與空洞：
- 立碑缺陷：
- 其他較少見焊點缺陷：
- 焊點缺陷 6 大主因：
- 焊點缺陷預防措施：
- 與波峰焊比較：
- 結論：
回流焊接是表面貼裝技術（SMT）組裝中的關鍵步驟，透過熔化焊膏在元件與 PCB 之間形成牢固可靠的焊點。然而，此過程中的缺陷可能導致組裝失敗、返工及可靠度下降。了解焊點缺陷的成因並採取預防措施，可顯著提升良率與品質。了解 JLCPCB 工廠如何進行PCB 組裝 。
回流焊接常見焊點缺陷：
- 焊錫橋接
- 冷焊點
- 空洞形成
- 焊球形成
- 立碑效應
讓我們逐一詳細討論。
焊錫橋接缺陷：
焊錫橋接是常見缺陷，當焊錫在相鄰的走線、焊盤或引腳之間形成異常連接，產生導電路徑時發生。
橋接成因包括：
- 焊盤間距過近。
- PCB 表面或焊盤殘留異物。
- 鋼網底部沾錫髒污。
- 焊膏印刷偏移。
冷焊點與空洞：
如何在 SMT 回流製程中預防焊點空洞與冷焊缺陷
焊點空洞是焊點內部出現空腔的現象，常見於 BGA 與大焊盤。空洞與焊膏內包覆的助焊劑及氧化有關，大量空洞會降低焊點可靠度。
可能原因為焊膏助焊劑過多、助焊劑未能在焊錫固化前充分逸散、預熱溫度過低使溶劑無法完全揮發、回流浸潤區時間過短。無鉛焊錫冷卻固化時體積收縮約 4%，大焊盤冷卻不均亦可能產生空洞。
空洞改善方法：
- 回流曲線優化：精心設計並優化回流溫度曲線，適當預熱與控制冷卻可減少空洞。
- 真空回流：必要時採用真空回流，可在回流過程中抽除被困氣體，降低空洞率。
焊球缺陷：
焊球是 SMT 組裝中最常見的缺陷之一，為焊接過程中在 PCB 表面形成的小焊錫球。這些焊球可能未附著於任何焊盤或元件引腳，僅落在板面附近，嚴重時可能橋接兩焊盤或引腳造成短路。焊球通常被困於表面殘留助焊劑中。
距離走線 0.13 mm 內的焊球將違反最小電氣間距，影響電氣可靠度。依 IPC-A-610 標準，若 600 mm² 內有 5 顆 ≤0.13 mm 的焊球，亦視為缺陷。
焊球成因與焊膏內空氣或水分急速逸出有關，氣體瞬間膨脹將微量液態焊錫帶離焊點，冷卻後即形成焊球。
立碑缺陷：
立碑的根本成因在於焊膏開始熔化時，元件兩端潤濕特性（如潤濕速度）不均，產生不平衡力矩。常見相關因素如下：
- 焊盤設計不當：兩焊盤間距過大，元件端頭覆蓋 PCB 焊盤不足 50%，導致潤濕不均。
- 焊膏印刷不均：焊膏沉積量與分布差異，使各焊點熔化行為不一致。
- 元件貼裝偏移：貼裝精度不足，造成各焊點受熱不均。
- 回流溫度曲線不合理：無鉛焊膏在達熔點前升溫過快，熱應力加劇立碑風險。
其他較少見焊點缺陷：
1. 葡萄效應（Graping）：預熱與浸潤區熱量過高，助焊劑在回流前耗盡。降低該段時間與溫度。
2. 枕頭效應（HIP）：預熱與浸潤區過熱使助焊劑提前耗盡，焊點氧化。可縮短該段時間/溫度，或採用氮氣環境與高活性焊膏。
3. 焊點龜裂：元件可焊性不佳、焊膏品質不良、回流曲線冷卻速率不當。檢查元件可焊性、焊膏品質，並依焊膏規格調整回流曲線。
4. 焊點不完整：焊盤上有絲印阻擋焊點成形。要求 PCB 供應商將元件腳印內的絲印去除。
焊點缺陷 6 大主因：
1. 氧化：
焊接表面氧化常導致不潤濕，氧化物阻礙焊錫與基材金屬結合，凡氧化處皆無法良好附著。
2. 焊膏量不足：
焊膏體積過低易致不潤濕，足量焊膏才能確保焊點穩定；量不足將無法與板面金屬良好接合。
3. 焊膏選擇不當：
高活性焊膏比低活性焊膏更能防止不潤濕，可提升焊錫性並降低風險。
4. 焊膏過期：
過期焊膏助焊劑活性不足，無法有效去除板面氧化物，導致潤濕不良。
6. 焊接溫度不穩：
溫度波動無法充分激活助焊劑，使局部區域焊錫附著失敗，導致不潤濕。
焊點缺陷預防措施：
- 優化 PCB 設計：採用適當焊盤尺寸與間距，避免橋接與立碑；增設熱隔離與散熱過孔，平衡回流熱分布。
- 設計精準鋼網：依元件與焊盤大小選擇鋼網厚度與開口，必要時採用雷射切割以提升精度。
- 保持清潔：清除 PCB 與元件表面灰塵、油脂與氧化物；回流時可導入氮氣防止氧化。
- 監控與檢測：利用 X-ray 檢測空洞，導入 AOI 確認焊膏印刷與焊點品質。
與波峰焊比較：
相較於多用於插件元件的波峰焊，回流焊精度更高，適合細間距與高密度組裝；但波峰焊因製程單純，較不易出現立碑等缺陷。想深入了解 PCB 的旅程，s請參閱這篇部落格。
結論：
預防回流焊缺陷需從設計、材料與製程控制著手。透過優化 PCB 設計、鋼網精度、焊膏選擇與回流曲線，可大幅降低缺陷並提升組裝可靠度。亦可導入焊膏檢測（SPI）與 X-ray 等先進技術。
焊膏檢測（SPI）：利用 SPI 設備監控焊膏印刷品質，及早發現易空洞區域。
X-ray 檢測：透過 X-ray 非破壞性檢查回流後焊點內部空洞分布，評估焊點品質。
落實上述策略並維持嚴謹製程管制，可有效降低 SMT 元件下方空洞風險，提升電子組裝品質與可靠度。透過高效檢測與監控，快速發現並修正問題，降低成本，滿足現今電子業的高品質需求。
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