現在，PCBA電子工廠做SMT貼片已經越來越方便，但是，不少工程師在研發驗證階段，為節省時間，會找工廠做SMT貼片打樣，但由于工廠工藝水平不一，某些工程師曾碰到板子到手后，發現短路或開路，無法正常測試，一時也找不到問題在哪，無法確定是工廠的問題，還是自己設計出了錯，一來二去費時費錢...

所以本文收集了：在SMT貼片焊接制造中，較為常見的5項工藝缺陷，幫助大家了解SMT貼片工藝，少走彎路，少“翻車”。

缺陷一：

“立碑”現象

即片式元器件發生“豎立”。 立碑現象發生主要原因是元件兩端的濕潤力不平衡，引發元件兩端的力矩也不平衡，導致“立碑”。

回流焊“立碑”現象動態圖 什么情況會導致回流焊時元件兩端濕潤力不平衡，導致“立碑”？

因素A：焊盤設計與布局不合理

①元件的兩邊焊盤之一與地線相連接或有一側焊盤面積過大，焊盤兩端熱容量不均勻; ②PCB表面各處的溫差過大以致元件焊盤兩邊吸熱不均勻; ③大型器件QFP、BGA、散熱器周圍的小型片式元件焊盤兩端會出現溫度不均勻。

解決辦法：工程師調整焊盤設計和布局。

因素B：焊錫膏與焊錫膏印刷存在問題

①焊錫膏的活性不高或元件的可焊性差，焊錫膏熔化后，表面張力不一樣，將引起焊盤濕潤力不平衡。 ②兩焊盤的焊錫膏印刷量不均勻，一側錫厚，拉力大，另一側錫薄拉力小，致使元件一端被拉向一側形成空焊，一端被拉起就形成立碑。 解決辦法：需要工廠選用活性較高的焊錫膏，改善焊錫膏印刷參數，特別是鋼網的窗口尺寸。

因素C：貼片移位Z軸方向受力不均勻

會導致元件浸入到焊錫膏中的深度不均勻，熔化時會因時間差而導致兩邊的濕潤力不平衡，如果元件貼片移位會直接導致立碑。

解決辦法：需要工廠調節貼片機工藝參數。

因素D：爐溫曲線不正確

如果再流焊爐爐體過短和溫區太少就會造成對PCB加熱的工作曲線不正確，以致板面上濕差過大，從而造成濕潤力不平衡。 解決辦法：需要工廠根據每種不同產品調節好適當的溫度曲線。

缺陷二：

錫珠

錫珠是回流焊中常見的缺陷之一，它不僅影響外觀而且會引起橋接。錫珠可分為兩類：一類出現在片式元器件一側，常為一個獨立的大球狀（如下圖）;另一類出現在IC引腳四周，呈分散的小珠狀。

位于元器件腰部一側（來源網絡）

錫珠產生的原因主要有以下幾點：

因素A：溫度曲線不正確

回流焊曲線可以分為預熱、保溫、回流和冷卻4個區段。預熱、保溫的目的是為了使PCB表面溫度在60～90s內升到150℃，并保溫約90s，這不僅可以降低PCB及元件的熱沖擊，更主要是確保焊錫膏的溶劑能部分揮發，避免回流焊時因溶劑太多引起飛濺，造成焊錫膏沖出焊盤而形成錫珠。 解決辦法：工廠需注意升溫速率，并采取適中的預熱，使溶劑充分揮發。

因素B：焊錫膏的質量

①焊錫膏中金屬含量通常在(90±0.5)℅，金屬含量過低會導致助焊劑成分過多，因此過多的助焊劑會因預熱階段不易揮發而引起飛珠； ②焊錫膏中水蒸氣和氧含量增加也會引起飛珠。由于焊錫膏通常冷藏，當從冰箱中取出時，如果沒有充分回溫解凍并攪拌均勻，將會導致水蒸氣進入；此外焊錫膏瓶的蓋子每次使用后要蓋緊，若沒有及時蓋嚴，也會導致水蒸氣的進入； ③放在鋼網上印制的焊錫膏在完工后，剩余的部分應另行處理，若再放回原來瓶中，會引起瓶中焊錫膏變質，也會產生錫珠。 解決辦法：要求工廠選擇優質的焊錫膏，注意焊錫膏的保管與使用要求。

其他因素還有：

①印刷太厚，元件下壓后多余錫膏溢流； ②貼片壓力太大，下壓使錫膏塌陷到油墨上； ③焊盤開口外形不好，未做防錫珠處理； ④錫膏活性不好，干的太快，或有太多顆粒小的錫粉； ⑤印刷偏移，使部分錫膏沾到PCB上； ⑥刮刀速度過快，引起塌邊不良，回流后導致產生錫球...

缺陷三：

橋連

橋連也是SMT生產中常見的缺陷之一，它會引起元件之間的短路，遇到橋連必須返修。

電子元器件IC芯片橋連示意圖 造成橋連的原因主要有：

因素A：焊錫膏的質量問題

①焊錫膏中金屬含量偏高，特別是印刷時間過久，易出現金屬含量增高，導致IC引腳橋連; ②焊錫膏粘度低，預熱后漫流到焊盤外; ③焊錫膏塔落度差，預熱后漫流到焊盤外。 解決辦法：需要工廠調整焊錫膏配比或改用質量好的焊錫膏。

因素B：印刷系統

①印刷機重復精度差，對位不齊(鋼網對位不準、PCB對位不準)，導致焊錫膏印刷到焊盤外，尤其是細間距QFP焊盤； ②鋼網窗口尺寸與厚度設計失準以及PCB焊盤設計Sn-pb合金鍍層不均勻，導致焊錫膏偏多。 解決方法：需要工廠調整印刷機，改善PCB焊盤涂覆層。

因素C：貼放壓力過大

焊錫膏受壓后滿流是生產中多見的原因，另外貼片精度不夠會使元件出現移位、IC引腳變形等。

因素D：再流焊爐升溫速度過快，焊錫膏中溶劑來不及揮發

解決辦法：需要工廠調整貼片機Z軸高度及再流焊爐升溫速度。

缺陷四：

芯吸現象

芯吸現象，也稱吸料現象、抽芯現象，是SMT常見的焊接缺陷之一，多見于氣相回流焊中。焊料脫離焊盤沿引腳上行到引腳與芯片本體之間，導致嚴重的虛焊現象。

芯吸：是指熔化的焊料潤濕元件引腳并向上流動而脫離PCB焊盤區域，未與PCB焊盤產生潤濕或部分潤濕，從而形成開路或焊點強度不足現象，此缺陷經常發生在QFP、SOP、PLCC等翼型形引腳和J形引腳的器件中。如下圖所示。

芯吸現象-焊錫脫離PCB焊盤區域

產生原因：

通常是因引腳導熱率過大，升溫迅速，以致焊料優先濕潤引腳，焊料與引腳之間的潤濕力遠大于焊料與焊盤之間的潤濕力，引腳的上翹回更會加劇芯吸現象的發生。 解決辦法：需要工廠先對SMA（表面貼裝組件）充分預熱后在放爐中焊接，應認真的檢測和保證PCB焊盤的可焊性，元件的共面性不可忽視，對共面性不好的器件不應用于生產。

注意：

在紅外回流焊中，PCB基材與焊料中的有機助焊劑是紅外線良好的吸收介質，而引腳卻能部分反射紅外線，故相比而言焊料優先熔化，焊料與焊盤的濕潤力就會大于焊料與引腳之間的濕潤力，故焊料不會沿引腳上升，從而發生芯吸現象的概率就小得多。

缺陷五：

BGA焊接不良

BGA：即Ball Grid Array（球柵陣列封裝），BGA封裝由于優勢明顯，封裝密度、電性能和成本上的獨特優點讓其取代傳統封裝方式。隨著市場對芯片集成度要求的提高，對集成電路封裝更加嚴格。

正常的BGA焊接

不良癥狀①：連錫

連錫也被稱為短路，即錫球與錫球在焊接過程中發生短接，導致兩個焊盤相連，造成短路。 解決辦法：工廠調整溫度曲線,減小回流氣壓,提高印刷品質。

紅圈部分為連錫（來源網絡）

不良癥狀②：假焊

假焊也被稱為“枕頭效應(Head-in-Pillow,HIP)”，導致假焊的原因很多（錫球或PAD氧化、爐內溫度不足、PCB變形、錫膏活性較差等）。BGA假焊特點是“不易發現”“難識別”。類似一個人把頭靠在枕頭上的形狀而得名，"枕頭效應"是BGA封裝的一種典型且特有的失效模式。

枕頭效應發生在BGA器件的回流過程中，由于器件、電路板的板翹或者其他原因導致的變形，使BGA焊球和錫膏分開，各自的表面層被氧化，當再接觸時就形成枕頭形狀的焊接，而不是完整的良好焊接。BGA焊接失效，大部分原因是在生產過程中某些環節的工藝控制有所欠缺導致。 另外，枕頭效應(HIP)一般也很難從現在的2DX-Ray檢查機發現得到，因為X-Ray大多只能由上往下檢查，看不出來BGA錫球斷頭的位置，如果可以有上下旋轉角度的X-Ray應該可以觀察得出來。有些時候或許可以經由板內測試(ICT, In Circuit Test)及功能測試(FVT, FunctionVerification Test)檢測出來，因為這類機器通常使用針床的作業方式，需要添加額外的外界壓力于電路板上，讓原本互相挨著的錫球與錫膏有機會分開，但還是會有許多的不良品流到市場，通常這類不良品很快的就會被客戶發現有功能上的問題而遭到退貨，所以如何防治枕頭效應的發生實為SMT的重要課題。 另外，也可以考慮透過燒機(Burn/In)的方式來篩選出有HIP的板子（如果單板燒機要加溫度），因為燒機的時候會有升高板子的溫度，溫度會讓板子變形，板子有變形，空/假焊的焊點就有機會浮現出來，所以燒機的時候還得加上程序作自我診斷測試，如果HIP的位置不在程序測試的線路上，就查不出來了。 目前比較可靠可以分析HIP不良現象的方法是使用染紅試驗(Red Dye Penetration)，以及微切片分析(Cross Section)，但這兩種方法都屬于破壞性檢測，所以非到必要不建議使用。

新近【3DX-Ray CT】的技術有了突破，可以有效的檢查到這類HIP或是NWO(Non-Wet-Open)焊接缺點，而且也慢慢普及了起來，但機臺的費用還是不夠便宜就是了。

下圖為BGA虛焊的 3D形貌及截面斷層掃描圖，畫面左側金色球體為BGA焊球3D形貌圖，紅色圓圈中的焊球為虛焊焊球；畫面右側為焊球的斷層掃描截面圖，紅色圓圈中為虛焊焊球。

BGA虛焊的3D形貌及截面圖 枕頭效應檢測： 與虛焊類似，枕頭效應也很難通過二維X射線檢測來觀測，而是需要借助3D斷層掃描來檢測。

BGA焊球枕頭效應X射線3D形貌

BGA焊球枕頭效應截面斷層掃描形貌

BGA假焊示意圖

BGA“枕頭效應”側視圖

以下是幾個形成枕頭效應(HIP)缺點的可能原因：

1、BGA封裝(Package)如果同一個BGA的封裝有大小不一的焊球(solderball)存在，較小的錫球就容易出現枕頭效應的缺點。 另外BGA封裝的載板耐溫不足時也容易在回流焊的時候發生載板翹曲變形的問題，進而形成枕頭效應。 2、錫膏印刷(Solder paste printing)錫膏印刷于焊墊上面的錫膏量多寡不一，或是電路板上有所謂的導通孔在墊(Vias-in-pad)，就會造成錫膏無法接觸到焊球的可能性，并形成枕頭效應。 另外如果錫膏印刷偏離電路板的焊墊太遠、錯位，這通常發生在多拼板的時候，當錫膏熔融時將無法提供足夠的焊錫形成橋接，就會有機會造成枕頭效應。

3、貼片機的精度不足(Pick&Place)貼片機如果精度不足或是置件時XY位置及角度沒有調好，也會發生BGA的焊球與焊墊錯位的問題。 另外，貼片機放置IC零件于電路板上時都會稍微下壓一定的Z軸距離，以確保BGA的焊球與電路板焊墊上的錫膏有效接觸，這樣在經過回流焊時才能確保BGA焊球完美的焊接在電路板的焊墊。如果這個Z軸下壓的力量或形成不足，也有機會讓部份焊球無法接觸到錫膏，而造成HIP的機會。

4、回流焊溫度(Reflow profile)當回流焊(reflow)的溫度或升溫速度沒有設好時，就容易發生沒有融錫或是發生電路板及BGA載板板彎或板翹…等問題，這些都會形成HIP?？梢詤⒖糂GA同時空焊及短路可能的原因一文，了解BGA載板與電路板因為CTE的差異過大，以及TAL(Time Above Liquids)過長，而造成的板彎板翹所形成的BGA空焊及短路的分析。 另外，要注意預熱區的溫度升溫如果太快的話容易驅使助焊劑過早揮發，這樣就容易形成焊錫氧化，造成潤濕不良。其次最高溫度(Peak Temperature)也最好不要調得過高及過久，建議最好參考一下零件的溫度及時間的建議。

5、焊球氧化(Solder ball Oxidization)BGA在IC封裝廠完成后都會使用探針來接觸焊球作功能測試，如果探針的潔凈渡沒有處理的很好，有機會將污染物沾污于BGA的焊球而形成焊接不良。其次，如果BGA封裝未被妥善存放于溫濕度管控的環境內，也很有機會讓焊球氧化至影響焊錫的接合性。

如何改善與防止HIP(Head-In-Pillow)焊接不良 既然已經知道HIP形成的原因最主要來自電路板的FR-4以及IC載板高溫變形，所以要防止或避免HIP發生就有兩個方向可以進行。 方法一：是提高電路板板材及IC載板的剛性。一般會才用較高（Tg≥ 170℃）的材料，不過費用也會跟著提高。一般無鉛制程電路Tg板的材質使用中Tg（Tg≥150℃）。 方法二：是增加錫膏量來填補電路板及IC載板因為高溫翹曲所形成的間隙，也就是在所有的回焊過程中讓BGA錫球與印刷在電路板上的錫膏都保持接觸的狀態，不過要小心錫膏量如果增加太多反而會造成焊接短路的問題，不可不慎。

不良癥狀③：冷焊

冷焊不完全等同與假焊，冷焊是由于回流焊溫度異常導致錫膏沒有熔化完整，可能是溫度沒有達到錫膏的熔點或者回流區的回流時間不足導致。 解決辦法：工廠調整溫度曲線,冷卻過程中,減少振動。

不良癥狀④：氣泡

氣泡（或稱氣孔）并非絕對的不良現象，但如果氣泡過大，易導致品質問題，氣泡的允收都有IPC標準。氣泡主要是由盲孔內藏的空氣在焊接過程中沒有及時排出導致。 解決方法：要求工廠用X-Ray檢查原材料內部有無孔隙,調整溫度曲線。

BGA氣泡示意圖

一般說來，氣泡大小不能超過球體20%

不良癥狀⑤：錫球開裂

不良癥狀⑥：臟污

焊盤臟污或者有殘留異物，可能因生產過程中環境保護不力導致焊盤上有異物或者焊盤臟污導致焊接不良。 除上面幾點外，還有： ①結晶破裂（焊點表面呈玻璃裂痕狀態）； ②偏移（BGA焊點與PCB焊盤錯位）； ③濺錫（在PCB表面有微小的錫球靠近或介于兩焊點間）等。

審核編輯 ：李倩