曼哈顿现象
几种SMT焊接缺陷及其解决措施
几种SMT焊接缺陷及其解决措施1．引言表面组装技术在减少电子产品体积重量和可靠性方面的突出优点，迎来了未来战略武器洲际射程机动发射安全可靠技术先进的特点对制造技术的要求。
但是，要制定和选择合适于具体产品的表面组装工艺不是简单的事情`因为SMT技术是涉及到了多项技术复杂的系统工程，其中任何一向因素的改变都会影响电子产品的焊接质量。
元器件焊点的焊接质量直接是直接影响印制电路组件（PWA）乃至整机质量的关键因素，他它受许多因素的影响，如焊膏基板元器件可焊性`丝印贴装精度以及焊接工艺等。
我们在进行SMT工艺研究和生产中，深知合理的表面组装工艺技术在控制和提高SMT生产质量中起到至关重要的作用本文就针对所遇到的几种典型焊接缺陷产生原因进行分析，并提出相应的工艺方法来解决。
2．几种SMT焊接缺陷及其解决措施2-1 波峰焊和回流焊中的锡球锡球的存在表明工艺不完全正确，而且电子产品存在短路的风险，因此需要排除。
国际上对锡球的存在认可标准是：印制电路板组件在600范围内不能出现5个锡球。
产生锡球的原因有多种。
需要找到根源。
2-1-1波峰焊中的锡球波峰焊中常常出现锡球，主要原因有两个方面：第一，由于焊接印制板时，印制板上的通孔附近的水分受热而变蒸汽。
如果孔壁金属镀层较薄或有空隙，水汽就会通过孔隙排除，如果孔内有焊料，当焊料凝固时水汽就会在焊料内产生空隙（针眼），或挤出焊料在印制板正面产生锡珠。
第二，在印制板反面（既接触波峰的一面）产生的锡珠是由于波峰焊接中一些工艺设置不当而造成的，如果助焊剂涂覆量增加或预热温度设置过低，就可能影响原剂内组成成分的蒸发，在印制板进入波峰时，多余的焊剂受高温蒸发，将焊料从锡槽中溅出来，在印制板上产生不规则的焊料球。
针对上述的原因我们采取以下相应的解决措施：第一，通孔内适当厚度的金属层是很关键的，孔壁上的铜度层最小应为25UM，而且无空隙。
第二。
使用喷雾或发泡途覆助焊剂。
发泡方式中，在调节助焊剂空气含量时，应保持尽可能产生最小的气泡，泡沫与PCB接触面相对减小。
回流焊常见质量缺陷及解决方法
回流焊常见质量缺陷及解决方法回流焊的品质受诸多因素的影响，最重要的因素是电子生产加工过程中回流焊炉的温度曲线及焊锡膏的成分珍数。
现在常用的高性能回流焊炉，已能比较方便地精确控制、调整温度曲线，相比之下，在高密度与小型化的趋势中，焊锡膏的印刷就成了回流焊质量的关键，焊锡膏、模板与印刷三个因素均能影响焊锡膏印刷的质量。
1、立碑现象回流焊中，片式元器件常出现立起的现象，称为立碑，又称为吊桥、曼哈顿现象这是在回流焊工艺中经常发生的一种缺陷。
产生原因：立碑现象发生的根本原因是元器件两边的润湿力不平衡，因而元器件两端的力矩也不平衡，从而导致立碑现象的发生。
下列情形均会导致回流焊时元器件两边的润湿力不平衡。
1、焊盘设计与布局不合理。
如果焊盘设计与布局有以下缺陷，将会引起元器件两边的润湿力不平衡。
元器件的两边焊盘之一与地线相连接或有一侧焊盘面积过大，焊盘两端热容量不均匀PCB表面各处的温差过大以致元器件焊盘两边吸热不均匀；大型器件QFP、BGA、散热器周围的小型片式元器件焊盘两端会出现温度不均匀现象。
解决办法：改善焊盘设计与布局2、焊锡膏与焊锡膏印刷。
焊锡膏的活性不高或元器件的可焊性差，焊锡膏熔化后，表面张力不一样，同样会引起焊盘润湿力不平衡。
两焊盘的焊锡膏印刷量不均匀，多的一边会因焊锡膏吸热量增多，熔化时间滞后，以致润湿力不平衡。
解决办法：选用活性较高的焊锡膏，改善焊锡膏印刷参数，特别是模板的窗口尺寸。
3、贴片。
Z轴方向受力不均匀，会导致元器件浸入到焊锡膏中的深度不均匀，熔化时会因时间差而导致两边的润湿力不平衡。
元器件偏离焊盘会直接导致立碑。
解决方法：调节贴片机工艺参数。
4、炉温曲线。
对PCB加热的工作曲线不正确，以致板面上温差过大，通常回流焊炉炉体过短和温区太少就会出现这些缺陷。
解决方法：根据每种产品调节好适当的温度曲线。
5、N2回流焊中的氧浓度。
采用N2保护回流焊会增加焊料的润湿力，但越来越多的报导说明，在氧含量过低的情况下发生立碑的现象反而增多；通常认为氧含量控制在(100-500)×10-6mg/m3左右最为适宜。
元件立碑问题探讨
? 回流炉内温度分布不均匀﹕ ? 板面温度分布不均匀。
解决办法﹕
a﹕炉温区与温区温差大﹐更换多温区炉 b﹕改变炉发热板的加热方式或热风回流方式 c﹕在炉内增加控制热风方式软﹑硬件。 d﹕设计PCB时﹐尽量考虑“阴影效应”. e: 物料选购时﹐对于特殊位置应具体分析。
4.“立碑”成因分析
性﹐
及金属含量不同所致﹗
4.“立碑”成因分析
4.6.预热温度 ? 预热温度太低﹔
解决办法﹕ a﹕按要求对炉温进行调校和测试﹔ b﹕适当的提升预热区温度﹔
4.“立碑”成因分析
图例
? 右图是一个试验﹕
试验条件﹕玻纤板﹐钢网厚度 200um﹐锡膏sn63pb37﹐采用 了0603和0805两种电容﹐在相 同的条件下过IR炉和VPS炉 结 果如下﹕
SMT Technology Center
SMT技术中心
SMT Technology Development Committee
目录
?序 言 ? 立碑的释义 ? 产生原因 ? 竖碑的成因分析 ? 竖碑的分布 ? 结束语
1.序 言
? 目前, 随着世界高科技的飞速发展﹐电子产 品已向小型化和高功能化发展﹐短小轻薄是 全世界的主流趋势﹐所以印刷电路板也愈来 愈高精度化﹒越来越小的元器件将趋于主流 随着组件重量越来越轻﹐组件竖碑的现象并 不少见﹐成为 SMT课题中急须解决的一环。
4.“立碑”成因分析
4.5.锡膏
? 锡膏中助焊剂的均性差或活性差﹔ ? 两个焊盘上的锡膏厚度差异太大或太厚﹔ ? 印刷精度差﹐错位严重。 解决办法﹕ a﹕选择合适的锡膏﹔ b﹕锡膏使用前应严格按要求解冻﹔
4.“立碑”成因分析
4.5.锡膏
c﹕锡膏使用前要搅拌均匀﹔ d﹕对于钢网要定期检查﹐发现变形﹐立即停止使
焊锡膏使用常见问题分析
表 １ 不 良品的判定 和调整方法
缺陷类 型 判定 标准 产 生原 因及 解决措 施 ① 漏孔 堵 塞 ：擦 模 板底 部 ，严 重 时用 软毛 刷 蘸无水 乙醇擦拭
Байду номын сангаас
１ ）清楚模板漏孔 中的焊膏 ，印刷时经常擦洗模板 ；如开 口小 ，应 扩大开 口尺寸 ； ２ ） 更换焊膏 ； ３ ） 在加工前清洗 Ｐ Ｃ Ｂ板 ，加工过程 中不应触摸 焊盘。
应一 致 ，错 位不 大 于 整 丝 印机参 数 ；Ｘ向 、 Ｙ 向 、０向使模 板 孔
坏将直接影响 Ｓ ｂ ｔ Ｄ组装的质量和效率，本文就焊锡 膏的主要性能及其焊 接质 量不良因素的影响进行了详细介绍， 分析了其不良原因及其解决对策。
焊锡膏 的特性 焊膏是 由合金焊料粉 、 糊状焊剂 和一些添加剂混合而成的具有一定 粘性 和良好 触变特 性的膏状体通常合金 比重 占 ９ ０ ％左右 ，其余 部分为 助焊剂 。根据工艺要求和元器件能承受的温度来 选择 不同熔点 的焊膏 ， 焊膏熔点 由合金成分所决定 ， 对于 Ｓ Ｍ Ｔ生产来说 ， 一般 选择 ６ ３ ８ ｎ 一 ３ ７ Ｐ ｂ 或 ６ ２ ８ ｎ 一 ３ ６ Ｐ ｂ 一 ２ Ａ ｇ ，熔点分别为 １ ８ ３ ｏ Ｃ ，１ ７ ９ ℃，这几类焊膏不但具有 较低 的熔点 ，而且焊点强度也 比较高 ，可较好地满足焊接要求 。 常温下 ， 焊膏可将 电子元器件暂时 固定在 Ｐ Ｃ Ｂ 的既定位置上。当 焊膏加热到一定温度时 ，焊膏变为液态 ，浸润元器件 的焊端 与 Ｐ Ｃ Ｂ焊 盘 ，冷却后元器件 的焊端与 Ｐ Ｃ Ｂ焊盘被焊料互连在一起 。形成 电气和
３ 、桥 接 、短 路
②缺焊膏或刮刀宽度方 向焊膏不均匀 ： 加 印刷不完全，部 焊膏， 使均匀 分焊盘上没有印 未印上部分应小于焊 ③焊膏粘度不好 盘面积的 ２ ５ ％ 印刷性不好：更换焊膏 上焊 膏 ④ 焊膏 滚动 性 不好 ：减 慢 印刷 速 度 ，适 当
电子产品制造工艺常用术语
表面组装技术术语1.表面组装元器件surface mounted components/surface mounteddevices(SMC/SMD)外形为矩形片状、圆柱形或异形，其焊端或引脚制作在同一平面内，并适用于表面组装的电子元器件。
同义词：表面安装元器件；表面贴装元器件。
2．表面组装技术surface mount technology(SMT)无需对印制板钻插装孔，直接将表面组装元器贴、焊到印制板表面规定位置上的装联技术。
同义词：表面安装技术；表面贴装技术。
3.表面组装组件surface mounted assemblys(SMA)采用表面组装技术完成装联的印制板组装件。
简称组装板或组件板。
同义词：表面安装组件。
4.再流焊reflow soldering通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。
5.波峰焊wave soldering将熔化的软钎焊料，经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰，使预先装有电子元器件的印制板通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。
6. 组装密度assembly density单位面积内的焊点数目。
7.矩形片状元器件rectangular chip component两端无引线，有焊端，外形为薄片矩形的表面组装元件。
8.圆柱形表面组装元器件metal electrode face(MELF)component；cylindricaldevices两端无引线，有焊端的圆柱形表面组装元器件。
9.小外形封装small outline package(SOD)小外形模压塑料封装；两侧具有翼开或J形短引线的一种表面组装元器件封装形式。
10.小外形晶体管small outline transistor(SOT)采用小外形封装结构的表面组装晶体管。
11.小外形二极管small outline diode(SOD)采用小外形封装结构的表面组装二极管。
SMT零件立碑(墓碑)原因解析及应对处理
SMT零件立碑（墓碑）原因解析及应对处理SMT零件立碑（墓碑）原因解析及应对处理前言:下面几期讲讲SMT工艺知识首先，我们先了解下立碑的概念。
立碑：又称吊桥、曼哈顿现象。
立碑的根本原因是元件两边的润湿力不平衡。
立碑原因与锡膏、零件、基版设计、回流焊都有直接关系，当立碑效应发生时都应予确认改善，藉以提高SMT生产良率。
立碑现象是怎样产生的？1、钢网太厚，锡膏量太多；2、钢网与PCB间距过大；3、印刷机刮刀压力过小；4、多次印刷；5、锡膏坍塌（粘度低）；6、锡膏印刷偏移；7、零件置放偏移；8、回流炉预热温度太高。
如何解决立碑（墓碑）现象1、改薄钢网；2、调整锡膏印刷机参数；3、调整锡膏印刷机刮刀压力；4、只印刷一次锡膏；5、缩短锡膏印刷后放置时间（调整锡膏粘度）；6、调整锡膏印刷机参数；7、调整贴片机座标；8、调整回流炉设置。
其它容易造成立碑（墓碑）问题的原因：PCB PAD过大：当PCB PAD外侧长度到零件电极端的长度若≧t/2时，(t为零件厚度)易发生墓碑效应,当PAD过大时，因为锡膏本身内聚的特性，造成T3过大而产生立碑效应，一般业界而言：0603 PCB PAD长宽大约为0.9mm*0.762mm。
使用氮气炉一般而言，若使用氮气炉，因为在加热过程中，有氮气保护作用，故其零件脚PCB PAD，锡粉颗粒等再度氧化情形，皆会有效地被遏阻，故其FLUX可在无太多氧化物的阻挠下，快速焊接，因为润湿时间的降低，其溶锡时间更为快速，其瞬间的拉力变为更强。
若此时零件只要稍为不平衡氮气更易将此不平衡表现出来，造成立碑。
使用焊锡性较佳的锡膏使用焊锡性较佳的锡膏与开氮气有异曲同工之妙，氮气属于"预防措施"避免零件脚，PCB PAD锡粉颗粒在加热过程中再度氧化，使用焊锡性较佳的锡膏属于"治疗措施"，将已生成的氧化物能快速有效地去除，从润湿平衡可看出，焊锡性较佳的锡膏其润湿时间较快，若此时零件只要稍为不平衡时，焊锡性较佳的锡膏，易将此不平衡给表现出来，造成立碑。
SMT立碑分析
SMT⽴碑分析在表⾯贴装⼯艺的回流焊接⼯序中，贴⽚元件会产⽣因翘⽴⽽脱焊的缺陷，⼈们形象的称之为"竖碑"现象（即曼哈顿现象）。
...."竖碑"现象发⽣在CHIP元件（如贴⽚电容和贴⽚电阻）的回流焊接过程中，元件体积越⼩越容易发⽣。
其产⽣原因是，元件两端焊盘上的锡膏在回流融化时，对元件两个焊接端的表⾯张⼒不平衡。
具体分析有以下7种主要原因：1）加热不均匀回流炉内温度分布不均匀板⾯温度分布不均匀2）元件的问题焊接端的外形和尺⼨差异⼤焊接端的可焊性差异⼤元件的重量太轻3）基板的材料和厚度基板材料的导热性差基板的厚度均匀性差4）焊盘的形状和可焊性焊盘的热容量差异较⼤焊盘的可焊性差异较⼤5）锡膏锡膏中助焊剂的均匀性差或活性差两个焊盘上的锡膏厚度差异较⼤锡膏太厚印刷精度差，错位严重6）预热温度预热温度太低7）贴装精度差，元件偏移严重。
"竖碑"现象是以上各种因素混合作⽤的结果，下⾯对以上这些主要因素做简单分析。
表1焊接⽅法发⽣率GRM39（1.6×0.8×0.8mm） GRM40（2.0×1.25×1.25mm）⽓相加热 6.6％ 2.0％红外热风回流焊 0.1％ 0预热期：表1是红外线加热和⽓相加热回流焊中竖碑现象的试验统计结果，在试验中采⽤了1608和2125贴⽚电容，试验是红外与热风回流焊和⽆预热的⽓相加热回流焊，从表中可以很明显看出竖碑现象的发⽣率，后者远⼤于前者，这是因为⽓相加热没有预热区，使升温速度很快，结果元件两端锡膏不同时熔化的概率⼤⼤增加。
预热温度和时间相当重要，我们分别对预热时间1-3分钟，预热温度130-160度条件下的回流焊接作了试验统计，结果可以很明显的看出，预热温度越⾼、预热时间越长，"竖碑"现象的发⽣率就越低。
我们进⾏试验的预热最⾼温度是170度，⽐正常⽣产时的预热温度要稍⾼⼀点，发现预热温度从140度上升到170度时，"竖碑"现象的发⽣率⼤⼤降低。
SMT 常用术语解释
SMT 常用术语解释1．空焊——零件脚或引线脚与锡垫间没有锡或其它因素造成没有接合。
2．假焊——假焊之现象与空焊类似，但其锡垫之锡量太少，低于接合面标准。
3．冷焊——锡或锡膏在回风炉气化后，在锡垫上仍有模糊的粒状附着物。
4．桥接——有脚零件在脚与脚之间被多余之焊锡所联接短路，另一种现象则因检验人员使用镊子、竹签…等操作不当而导致脚与脚碰触短路，亦或刮CHIPS 脚造成残余锡渣使脚与脚短路。
5．错件——零件放置之规格或种类与作业规定或BOM、ECN不符者，即为错件。
6．缺件——应放置零件之地址，因不正常之缘故而产生空缺。
7．极性反向——极性方位正确性与加工工程样品装配不一样，即为极性错误。
8．零件倒置——SMT之零件不得倒置，另CR因底部全白无规格标示，虽无极性也不可倾倒放置。
9．零件偏位——SMT所有之零件表面接着焊接点与PAD位偏移不可超过1/2面积。
10．锡垫损伤——锡垫（PAD）在正常制程中，经过回风炉气化熔接时，不能损伤锡垫，一般锡垫损伤之原因，为修补时使用烙铁不当导致锡垫被破坏，轻者可修复正常出货，严重者列入次级品判定，亦或移植报废。
11．污染不洁——SMT加工作业不良，造成板面不洁或CHIPS脚与脚之间附有异物，或CHIPS修补不良、有点胶、防焊点沾漆均视为不合格品。
但修补品可视情形列入次级品判定。
12．SMT爆板——PC板在经过回风炉高温时，因板子本身材质不良或回风炉之温度异常，造成板子离层起泡或白斑现象属不良品。
13．包焊——焊点焊锡过多，看不到零件脚或其轮廓者。
14．锡球、锡渣——PCB板表面附着多余的焊锡球、锡渣，一律拒收。
15．异物——残脚、铁屑、钉书针等粘附板面上或卡在零件脚间，一律拒收。
16．污染——严重之不洁，如零件焊锡污染氧化，板面残余松香未清除，清洗不注意使CHIPS污染氧化及清洗不洁（例如SLOT槽不洁，SIMM不洁，板面CHIP 或SLOT旁不洁，SLOT内侧上附有许多微小锡粒，PC板表面水纹…等）现象，则不予允收。
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表面贴装工艺立碑（侧立、曼哈顿）现象(图)
立碑
在表面贴装工艺的回流焊接过程中，贴片元件会产生因翘立而脱焊的缺陷，如图 4 ，人们形象地称之为“ 立碑” 现象( 也有人称之为“ 曼哈顿” tomb stone现象) 。
“ 立碑” 现象常发生在CHIP 元件( 如贴片电容和贴片电阻) 的回流焊接过程中，元件体积越小越容易发生。
特别是1005 或更小钓0603 贴片元件生产中，很难消除“ 立碑” 现象。
“ 立碑” 现象的产生是由于元件两端焊盘上的焊膏在回流熔化时，元件两个焊端的表面张力不平衡，张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转而致。
造成张力不平衡的因素也很多，下面将就一些主要因素作简要分析。
1.预热期
当预热温度设置较低、预热时间设置较短，元件两端焊膏不同时熔化的概率就大大增加，从而导致两端张力不平衡形成“ 立碑” ，因此要正确设置预热期工艺参数。
根据我们的经验，预热温度一般150+ 10℃，时间为60-90 秒左右。
2.焊盘尺寸
设计片状电阻、电容焊盘时，应严格保持其全面的对称性，即焊盘图形的形状与尺寸应完全一致，以保证焊膏熔融时，作用于元件上焊点的合力为零，以利于形成理想的焊点。
设计是制造过程的第一步，焊盘设计不当可能是元件竖立的主要原因。
具体的焊盘设计标准可参阅IPC-782 《表面贴装设计与焊盘布局标准入事实上，超过元件太多的焊盘可能允许元件在焊锡湿润过程中滑动，从而导致把元件拉出焊盘的一端。
对于小型片状元件，为元件的一端设计不同的焊盘尺寸，或者将焊盘的一端连接到地线板上，也可能导致元件竖立。
不同焊盘尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盘加热和锡膏流动时间。
在回流期间，元件简直是飘浮在液体的焊锡上，当焊锡固化时达到其最终位置。
焊盘上不同的湿润力可能造成附着力的缺乏和元件的旋转。
在一些情况中，延长液化温度以上的时间可以减少元件竖立。
3.焊膏厚度
当焊膏厚度变小时，立碑现象就会大幅减小。
这是由于：(1) 焊膏较薄，焊膏熔化时的表面张力随之减小。
(2) 焊膏变薄，整个焊盘热容量减小，两个焊盘上焊膏同时熔化的概率大大增加。
焊膏厚度是由模板厚度决定的，表 2 是使用o ．1mm 与0 ．2mm 厚模板的立碑现象比较，采用的是1608 元件。
一般在使用1608 以下元件时，推荐采用0 ．15mm 以下模板。
4.贴装偏移
一般情况下，贴装时产生的元件偏移，在回流过程中会由于焊膏熔化时的表面张力拉动元件而自动纠正, 我们称之为“ 自适应” ，但偏移严重，拉动反而会使元件立起产生“ 立碑” 现象。
这是因为：(1) 与元件接触较多的焊锡端得到更多热容量，从而先熔化。
(2) 元件两端与焊膏的粘力不同。
所以应调整好元件的贴片精度，避免产生较大的贴片偏差。
5.元件重量
较轻的元件“ 立碑” 现象的发生率较高，这是因为不均衡的张力可以很容易地拉动元件。
所以在选取元件时如有可能，应优先选择尺寸重量较大的元件。
焊接缺陷还有很多，本文列举的只是三种最为常见的缺陷。
解决这些焊接缺陷的措施也很多，但往往相互制约。
如提高预热温度可有效消除立碑，但却有可能因为加热速度变快而产生大量的焊锡球。
因此在解决这些问题时应从多个方面进行考虑，选择一个折衷方案，这一点在实际工作中我们应切记。