在電子制造領(lǐng)域，SMT(表面貼裝技術(shù))已成為PCB組裝的核心工藝。隨著電子產(chǎn)品向小型化、高集成度方向發(fā)展，SMT工藝的復(fù)雜度不斷提高，生產(chǎn)過程中也更容易出現(xiàn)各種工藝缺陷。這些缺陷不僅影響產(chǎn)品的外觀，更可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、可靠性降低。本文將結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際案例，詳細(xì)分析SMT常見的五大工藝缺陷及其產(chǎn)生原因，并提供針對性的解決方法，幫助企業(yè)提升SMT生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

一、立碑現(xiàn)象：元件"站起來"的隱形威脅

現(xiàn)象描述

立碑現(xiàn)象是指片式電阻、電容等小型元件在回流焊過程中，一端脫離焊盤懸空豎立，另一端仍然焊接在焊盤上，形成類似"墓碑"的狀態(tài)。這種缺陷會(huì)導(dǎo)致元件開路，直接影響產(chǎn)品的電氣性能。

成因分析

立碑現(xiàn)象的根本原因是元件兩端焊盤的潤濕力不平衡，導(dǎo)致元件兩端受到的力矩不一致，最終使元件豎立起來。具體原因包括：

焊盤設(shè)計(jì)不對稱：元件一側(cè)焊盤與大面積地銅或散熱區(qū)域連接，導(dǎo)致該焊盤熱容量大，升溫速度慢，焊錫膏熔化時(shí)間晚于另一側(cè)焊盤;

焊錫膏印刷不均：鋼網(wǎng)開窗設(shè)計(jì)不合理或印刷參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致元件兩端焊錫膏厚度不一致，表面張力不同;

貼片精度不足：貼片機(jī)Z軸受力不均勻，導(dǎo)致元件浸入焊錫膏的深度不一致，熔化時(shí)間差引起潤濕力不平衡;

爐溫曲線不合理：回流焊爐溫區(qū)過少或升溫速度過快，導(dǎo)致PCB表面溫差過大，焊錫膏熔化時(shí)間不一致。

解決方法

優(yōu)化焊盤設(shè)計(jì)：避免一側(cè)焊盤連接大面積銅層，必要時(shí)可在焊盤與大面積銅層之間加隔熱阻焊層;

調(diào)整印刷參數(shù)：選擇0.12mm~0.15mm厚的激光鋼網(wǎng)，確保鋼網(wǎng)開窗尺寸對稱，印刷時(shí)刮刀速度控制在20mm/s~40mm/s，壓力以剛好刮凈鋼網(wǎng)表面焊錫膏為宜;

校準(zhǔn)貼片機(jī)：定期校準(zhǔn)貼片機(jī)的Z軸壓力和貼片精度，確保元件兩端浸入焊錫膏的深度一致(通常為焊錫膏厚度的1/3~1/2);

優(yōu)化爐溫曲線：預(yù)熱區(qū)升溫速度控制在1.0℃/s~2.5℃/s，保溫區(qū)溫度設(shè)置為150℃~180℃，保溫60s~90s，確保PCB表面溫差≤5℃，焊錫膏同時(shí)熔化。

二、錫珠缺陷：隱藏在元件下的短路風(fēng)險(xiǎn)

現(xiàn)象描述

錫珠是指回流焊后在PCB表面、片式元件一側(cè)或IC引腳四周形成的球狀焊錫點(diǎn)，大小通常為0.1mm~0.3mm。錫珠不僅影響產(chǎn)品外觀，更可能在振動(dòng)、高溫等環(huán)境下脫落，導(dǎo)致元件短路。

成因分析

錫珠的產(chǎn)生與焊錫膏揮發(fā)、印刷工藝、爐溫曲線等因素密切相關(guān)：

焊錫膏質(zhì)量不佳：焊錫膏中金屬含量過低(通常應(yīng)≥90%)，助焊劑成分過多，預(yù)熱時(shí)助焊劑揮發(fā)劇烈，將焊錫顆粒帶出焊盤;

焊錫膏受潮：焊錫膏從冰箱取出后未充分回溫(通常需要回溫4小時(shí)以上)，或使用后未及時(shí)密封，導(dǎo)致錫膏中含有水分，回流時(shí)水分迅速汽化噴出錫珠;

印刷工藝不當(dāng)：刮刀壓力過大導(dǎo)致焊錫膏被擠出焊盤，或鋼網(wǎng)開孔過大、焊錫膏印刷過厚，元件下壓時(shí)多余焊錫膏溢出;

爐溫曲線不合理：預(yù)熱區(qū)升溫過快，焊錫膏中溶劑來不及揮發(fā)，回流時(shí)溶劑汽化噴出焊錫膏形成錫珠。

解決方法

嚴(yán)格管理焊錫膏：選擇金屬含量≥90%的無鉛焊錫膏，從冰箱取出后回溫4小時(shí)以上并充分?jǐn)嚢?印刷后剩余的焊錫膏單獨(dú)存放，不與新焊錫膏混合使用;

優(yōu)化印刷工藝：選擇激光切割的鋼網(wǎng)，鋼網(wǎng)開口尺寸比焊盤小10%~20%，印刷時(shí)刮刀速度控制在30mm/s左右，壓力以剛好刮凈鋼網(wǎng)表面焊錫膏為宜;

調(diào)整爐溫曲線：預(yù)熱區(qū)升溫速度控制在1.0℃/s~1.5℃/s，保溫區(qū)溫度設(shè)置為150℃~170℃，保溫60s~90s，確保焊錫膏中溶劑充分揮發(fā);

優(yōu)化PCB設(shè)計(jì)：在焊盤四周設(shè)計(jì)阻焊層，防止焊錫膏溢出;對于BGA、QFP等密腳元件，可在焊盤之間設(shè)計(jì)錫珠收集區(qū)。

三、橋接短路：引腳間的致命連接

現(xiàn)象描述

橋接短路是指元件引腳之間或焊盤之間被多余的焊錫連接，導(dǎo)致電路短路。這種缺陷常見于QFP、BGA等密腳元件，會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)品功能失效。

成因分析

橋接短路的主要原因是焊錫過量或焊錫膏印刷/貼裝過程中發(fā)生錯(cuò)位：

焊錫膏印刷過量：鋼網(wǎng)厚度過厚、開口尺寸過大，導(dǎo)致焊錫膏印刷量過多;

印刷錯(cuò)位：印刷機(jī)精度不足或定位基準(zhǔn)點(diǎn)(MARK點(diǎn))不準(zhǔn)確，導(dǎo)致焊錫膏印刷偏移，覆蓋相鄰焊盤;

貼裝壓力過大：貼片機(jī)Z軸壓力過大，導(dǎo)致元件下壓時(shí)將焊錫膏擠出焊盤，形成橋接;

焊錫膏塌邊：焊錫膏粘度低、保形性差，印刷后焊錫膏邊緣塌陷，導(dǎo)致相鄰焊盤之間的焊錫膏連接在一起。

解決方法

優(yōu)化鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)：對于引腳間距≤0.65mm的元件，選擇0.12mm厚的激光鋼網(wǎng)，鋼網(wǎng)開口尺寸為焊盤尺寸的80%~90%，采用"U"型或"V"型開口;

提高印刷精度：采用光學(xué)定位系統(tǒng)，確保MARK點(diǎn)清晰，印刷機(jī)重復(fù)精度≤±0.02mm;印刷后使用AOI設(shè)備檢測焊錫膏印刷質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)印刷錯(cuò)位;

校準(zhǔn)貼片機(jī)：貼片機(jī)Z軸壓力設(shè)置為元件重量的1.5倍~2倍，確保元件與焊錫膏接觸后不會(huì)過度擠壓;對于密腳元件，采用高精度貼裝頭，貼裝精度≤±0.03mm;

選擇合適的焊錫膏：選擇粘度為100Pa·s~200Pa·s的焊錫膏，提高焊錫膏的保形性，防止塌邊;印刷后放置時(shí)間≤4小時(shí)，避免焊錫膏粘度下降。

四、芯吸現(xiàn)象：元件引腳的焊料"攀爬"

現(xiàn)象描述

芯吸現(xiàn)象又稱抽芯現(xiàn)象，是指焊料脫離焊盤沿元件引腳上行到引腳與芯片本體之間，導(dǎo)致焊盤上焊料不足，形成虛焊。這種缺陷常見于引腳較長的元件，如二極管、三極管等。

成因分析

芯吸現(xiàn)象的根本原因是焊料與引腳的潤濕力大于焊料與焊盤的潤濕力，導(dǎo)致焊料沿引腳向上攀爬：

元件引腳可焊性好：引腳表面鍍層(如鍍錫、鍍銀)的可焊性遠(yuǎn)高于PCB焊盤表面鍍層，導(dǎo)致焊料優(yōu)先潤濕引腳;

焊盤設(shè)計(jì)不合理：焊盤尺寸過小，與引腳的接觸面積不足，焊料與焊盤的潤濕力不足;

爐溫曲線不合理：回流焊升溫速度過快，焊料在焊盤未充分預(yù)熱時(shí)就開始熔化，優(yōu)先潤濕溫度較低的引腳;

元件引腳翹起：元件引腳存在翹曲變形，導(dǎo)致引腳與焊盤接觸不良，焊料容易沿引腳上行。

解決方法

優(yōu)化焊盤設(shè)計(jì)：增大焊盤尺寸，確保焊盤與引腳的接觸面積≥引腳截面積的1.5倍;對于引腳較長的元件，可設(shè)計(jì)"防爬錫"焊盤，在引腳與焊盤之間加阻焊層;

選擇合適的元件：選擇引腳鍍層與PCB焊盤鍍層可焊性相近的元件，避免引腳可焊性過高;

調(diào)整爐溫曲線：預(yù)熱區(qū)升溫速度控制在1.0℃/s左右，確保PCB焊盤與元件引腳同時(shí)達(dá)到潤濕溫度;回流區(qū)溫度設(shè)置為焊錫膏熔點(diǎn)+20℃~30℃，保溫10s~20s;

嚴(yán)格管控元件質(zhì)量：選擇引腳平整度≤0.1mm的元件，在貼裝前檢查引腳是否存在翹曲變形，及時(shí)更換不良元件。

五、BGA焊接不良：隱藏在"球"下的隱患

現(xiàn)象描述

BGA(球柵陣列封裝)焊接不良主要表現(xiàn)為焊球與焊盤未完全潤濕、存在氣泡、焊球開裂等缺陷。由于BGA元件引腳隱藏在元件底部，無法通過肉眼直接觀察，這些缺陷容易被忽視，導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性降低。

成因分析

BGA焊接不良的原因較為復(fù)雜，涉及原材料、印刷工藝、貼裝工藝、爐溫曲線等多個(gè)環(huán)節(jié)：

原材料質(zhì)量不佳：BGA元件焊球存在氣孔、氧化，或PCB焊盤表面有污染物，導(dǎo)致焊球與焊盤潤濕不良;

焊錫膏印刷不均：BGA焊盤密集，鋼網(wǎng)開孔設(shè)計(jì)不合理或印刷參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致焊錫膏印刷量不足或不均;

貼裝精度不足：BGA元件貼裝偏移，導(dǎo)致焊球與焊盤對位不良，焊接后存在虛焊;

爐溫曲線不合理：回流焊升溫速度過快或保溫時(shí)間不足，導(dǎo)致焊錫膏中溶劑未充分揮發(fā)，焊接后形成氣泡;或回流溫度過高，導(dǎo)致焊球開裂。

解決方法

嚴(yán)格管控原材料：選擇焊球氣孔率≤10%的BGA元件，PCB焊盤表面鍍層厚度≥0.8μm，確?？珊感?貼裝前檢查BGA焊球是否存在氧化、變形，PCB焊盤是否清潔;

優(yōu)化鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)：BGA鋼網(wǎng)厚度通常為0.12mm~0.15mm，鋼網(wǎng)開口尺寸為焊盤尺寸的85%~95%，采用"圓形"或"方形"開口，確保焊錫膏印刷均勻;

提高貼裝精度：采用高精度貼片機(jī)，BGA貼裝精度≤±0.02mm，貼裝壓力設(shè)置為元件重量的1.2倍~1.5倍;貼裝后使用X-ray設(shè)備檢查貼裝偏移情況，確保焊球與焊盤對位偏差≤1/4焊球直徑;

優(yōu)化爐溫曲線：預(yù)熱區(qū)升溫速度控制在1.0℃/s~1.5℃/s，保溫區(qū)溫度設(shè)置為150℃~170℃，保溫80s~120s，確保焊錫膏中溶劑充分揮發(fā);回流區(qū)溫度設(shè)置為焊錫膏熔點(diǎn)+20℃~30℃，保溫20s~30s;

焊接后檢測：采用X-ray設(shè)備檢查BGA焊接質(zhì)量，確保焊球與焊盤潤濕良好，氣泡率≤20%;對于關(guān)鍵產(chǎn)品，可進(jìn)行剪切力測試，確保焊接強(qiáng)度符合要求。

SMT工藝缺陷的產(chǎn)生往往不是單一因素導(dǎo)致的，而是涉及PCB設(shè)計(jì)、原材料質(zhì)量、印刷工藝、貼裝工藝、爐溫曲線等多個(gè)環(huán)節(jié)。要有效解決SMT工藝缺陷，企業(yè)需要建立從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整質(zhì)量管控體系：

設(shè)計(jì)階段：優(yōu)化焊盤設(shè)計(jì)、鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)，從源頭避免工藝缺陷;

原材料管控：嚴(yán)格篩選元件、PCB、焊錫膏等原材料，確保質(zhì)量穩(wěn)定;

生產(chǎn)過程管控：定期校準(zhǔn)設(shè)備，優(yōu)化工藝參數(shù)，采用AOI、X-ray等檢測設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)質(zhì)量;

數(shù)據(jù)分析：建立缺陷數(shù)據(jù)庫，分析缺陷產(chǎn)生的規(guī)律，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

通過以上措施，企業(yè)可以有效減少SMT工藝缺陷，提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)和返修成本，增強(qiáng)市場競爭力。