86 SMT电子厂DIP插件与SMT贴片焊接虚焊及假焊不良原因分析汇总.docx
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86SMT电子厂DIP插件与SMT贴片焊接虚焊及假焊不良原因分析汇总
【SMT】电子厂DIP插件与SMT贴片焊接虚焊及假焊不良缘由分析汇总!
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功能引见OT技术（工艺+精益+自动化+机器人）和IT技术（云计算+大数据+物联网+人工智能）深度融合，在场景中构建：
外形感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的机器智能认知系统，实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新制造的产业互联生态链。
2018-06-11原文
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全球电子制造业正进入一个创新密集和新兴企业快速进展的时期，随着元件封装的飞速进展，越来越多的PBGA、CBGA、CCGA、QFN、0201、01005，03015阻容元件等得到广泛运用，表面贴装技术亦随之快速进展，在其生产过程中，焊接质量越来越遭到工程师们的留意，作为电子元件的基础工程和核心构成，SMT技术（表面贴装技术）与电子信息技术保持同步进展的态势，并且在电子信息产业中所发挥的作用越来越突出，地位越来越重要。
随着电子技术的飞速进展，电子元器件的小型化、微型化、BGA、间距为0.3mm~0.5mm高密度的芯片越来越普遍，对电子焊接技术的要求也就越来越高。
众所周知，虚焊会导致产品的功能不稳定。
尤其困扰的是，不象其他品种的不良，虚焊甚至不能被后续的ICT和FT测试所发觉，从而导致有问题的产品流向市场，甚至使品牌和信誉蒙受巨大损失。
SMT已经广泛使用，工程师晓得如何做但不晓得为什么这样做，一直不能从根本上处理质量问题。
同时随着电子高密度、新型元器件的广泛使用以及产品牢靠性要求的不断提高，电子企业面临新一轮的技术，成本，质量的挑战。
关于SMT贴片与DIP插件元件焊接虚焊，成因当然繁杂纷扰，尚若汇总分析并不简约：
1.元件焊锡性不良惹起的虚焊（包含功能模块焊锡性不良）
2.PCB焊锡性不良惹起的虚焊
3.共面性惹起的虚焊
4.焊锡膏功能不足惹起的虚焊（包含锡膏变质）
5.工艺管控不当惹起的虚焊
------ 此种最简约，包含锡膏在钢板上无效使用寿命；钢板开孔大小与锡膏颗粒度选择；印刷少锡、拉尖、马鞍形、屋顶型等多种；
------人员操作不当如抹板、锡膏内加助焊剂或稀释剂、贴装高度不合适、贴装偏位、锡膏印刷后板子停留在室温下时间过久、Reflow温度曲线设置不当、离子风扇使用不当、车间环境落尘不合格、车间温湿度管控不合格、MSD元件使用管控失效等等。
虚焊和假焊是SMT回流焊接和THT波峰焊焊接中最常见的两种不良现象，构成这类现象的缘由不是单一的，预防的措施也不是单一的。
虚焊和假焊的定义:
虚焊是指元件引脚、焊端、PCB焊盘处上锡不充分，焊锡在此处的润湿角大于90°，而且只需少量的焊锡润湿引脚、焊端、PCB焊盘，构成接触不良而时通时断。
假焊是指元件引脚、焊端上锡良好，从表面上看已构成了良好焊点，而焊点内部焊锡与PCB焊盘之间没有构成良好焊接，当焊点遭到外力时就可以从焊盘轻易脱离。
这两个缺陷常见于单面覆铜PCB焊接工艺中。
更为詳細的虚焊和假焊产生缘由分析：
（1）元件焊端、引脚、PCB焊盘氧化或污染，导致可焊性不良；
（2）焊点位置被氧化物等杂质污染，难以上锡；
（3）元件焊端金属电极附着力差，或接受单层电极在焊接温度下产生脱帽现象；
（4）元件/焊盘热容大，元件引脚、焊盘未达到焊接温度；
（5）助焊剂选用不当、或活性差、或已失效，构成焊点润湿不良；
1. 助焊剂所引发的焊接缺陷现象 虚焊分析：
任何金属在空气环境中其表面都将遭到氧或其它含氧气体等的不同程度的化学浸蚀，在自然界金属的表面外形都不是纯洁的单金属外形。
因此，不管实行何种疼惜措施，其表面所表现的焊接功能都不会是抱负化的，仅靠金属本身的特性而不需借助其它物质的挂念（如助焊剂）达到抱负化的焊接效果几乎是不行能的。
即便存在这种可能，那也是在付出了昂扬的成本代价后的结果，这明显是不实现的。
金属表面外形的不良，是诱发虚焊现象的关健要素。
在软钎接过程中接受了助焊剂（液体的或气体的）后，就可借助于助焊剂的作用来猎取抱负的洁净表面。
被焊表面的洁净度是所用助焊剂活性的函数。
60年月初以前，我国军用电子产品生产中普遍接受松香酒精作助焊剂，由于该类助焊剂与很多金属反应的固有化学活性弱，因此产品的虚焊现象特殊严峻，几乎成了一大公害。
60年月初我国从原苏联引进的XX导弹末制导雷达生产线时，苏方还特地供应了该武器系统带“隐秘”级的公用助焊剂配方。
国内很多军工单位在军品生产中还宁可坚持接受活性松香助焊剂+清洗工艺，而禁用活性较弱的免清洗助焊剂，其目的就是为了避开虚焊隐患给该武器系统牢靠性带来严峻的不测后果危害。
2. 抱负助焊剂在波峰焊接过程中的作用机理及模式
2.1抱负助焊剂的作用模式
分析整个波峰焊接的物理化学过程，助焊剂虽然参与了全过程，但是它在每一个区间所发挥的作用却是不一样的。
而且不同类型的助焊剂，其参与物化过程的载体也是不同的，下面我们仅以松香型助焊剂、活性松香助焊剂和免清洗型助焊剂分别来解释其具体的物化过程。
2.2松香助焊剂在波峰焊接过程中的作用机理 虚焊分析：
松香助焊剂的作用机理和模式的描述如图6所示。
2.3活性松香助焊剂在波峰焊接中的作用机理与模式
松香助焊剂活性弱，对被焊金属表面洁净力气差，当被焊金属表面可焊性不大抱负时，将普遍毁灭虚焊、桥连等焊接缺陷。
为克服上述缺陷，提高焊接质量和效率，将虚焊和桥连现象尽可能地降到最低，目前国内军用设备中还广泛使用活性松香助焊剂的缘由就在此。
活性松香助焊剂在波峰焊接中的作用机理与模式的描述如图7所示。
2.4免清洗助焊剂在波峰焊接中的作用机理与模式
活性松香助焊剂固体含量高，波峰焊后残余物多，且残余物中可能还含有未分解完的离子性的活性物质，若不认真清除将遗害无穷。
由于清冼中要大量使用ODS、VOC或消耗和污染水资源，对疼惜地球环境不利。
因此，目前在一些通用型电子产品生产中正大力推广免清洗助焊剂的使用。
免清洗助焊剂在波峰焊接中的作用机理与模式的描述如图8所示。
免清洗助焊剂的工艺温度规范比较严格，只需充分满足了其特性要求的条件下，才能充分发挥其助焊作用。
因此，供货方必需供应完整的温度使用特性。
例如：
比利时INTERFLUXELECTRONICS公司生产的IF2005M免清洗助焊剂就给出了完整的使用温度规范值如下：
预热温度为：
95℃－130℃（元件面）；
钎料槽温度：
最低为235℃，正常为250℃，最高为275℃；
PCB与熔化钎料接触时间应为4秒。
（熱風迴焊爐温度曲线图）
纵观现代电子设备的软钎接（手工焊、波峰焊和再流焊）中，助焊剂从头到尾都扮演了一个格外关键的角色。
通过上述对波峰焊接过程的描述，足以证明在软钎接工艺中如何强调助焊剂的重要性都是不过份的。
3在波峰焊接中如何评估助焊剂的力气目标
3.1如何评价助焊剂助焊剂功能的好坏通常是接受下述两方面的作用力气来描述：
⑴活性：
为了无效地进行软钎接，助焊剂必需通过化学反应来净化被焊金属表面，只需在充分净化后的表面，被焊金属和熔化钎料之间才能构成无效的冶金连接，才可根除虚焊等缺陷。
因此，在评价助焊剂时活性是必需要充分关注的。
⑵疼惜功能：
在上述分析中可见助焊剂在波峰焊接过程中的另一个极为重要的作用是助焊剂的疼惜功能。
疼惜功能的实现在松香型助焊剂中是通过松香这一媒介来实现的，而在免清洗助焊剂中则是通过高沸溶剂这一媒质来贯彻一直的。
免清洗助焊剂中疼惜功能的强弱对波峰焊接的成败关系很大。
而且该功能必需通过上机运转才能调查出来。
3.2如何理解助焊剂的腐蚀性
从化学角度看，每一种无效的助焊剂均必定在某种程度上具有腐蚀性，否则，它就不能从被焊表面清洗掉氧化膜。
我们所说的腐蚀性关注的是指在完成钎接后在拆卸件上残留的助焊剂及其残余物的化学危急性，并由此而确定助焊剂的理化目标要求。
虚焊的推断
1. 人工目视（含用放大镜、显微镜）检验。
当目视发觉焊点焊料过少焊锡浸润不良，或焊点两头有断缝，或焊锡表面呈凸球状，或焊锡与SMD不相亲融等，就要惹起留意了，即便略微的现象也会构成隐患，应马上推断能否是存在批次虚焊问题。
推断的方法是：
看看能否较多PCB上同一位置的焊点都有问题，如只是个别PCB上的问题，可能是焊膏被刮蹭、引脚变形等缘由，如在很多PCB上同一位置都有问题，此时很可能是元件不好或焊盘有问题构成的。
2. 导入AOI自动光学检测仪代替人工自动检测。
虚焊的缘由及处理
1.焊盘设计有缺陷。
焊盘上不应存在通孔，通孔会使焊锡流失构成焊料不足；焊盘间距、面积也需要标准婚配，否则应尽早更正设计。
2.PCB板有氧化现象，即焊盘发乌不亮。
如有氧化现象，可用橡皮擦去氧化层，使其亮光重现。
PCB板受潮，如怀疑可放在干燥箱内烘干。
PCB板有油渍、汗渍等污染，此时要用无水乙醇清洗洁净。
3.印过焊膏的PCB，焊膏被刮、蹭，使相关焊盘上的焊膏量削减，使焊料不足。
应准时补足。
补的方法可用点胶机或用竹签挑少许补足。
4.SMD（表贴元器件）质量不好、过期、氧化、变形，构成虚焊。
这是较多见的缘由。
（1）氧化的元件发乌不亮。
氧化物的熔点上升，此时用三百多度度的电铬铁加上松香型的助焊剂能焊接，但用二百多度的SMT回流焊再加上使用腐蚀性较弱的免清洗焊膏就难以熔化。
故氧化的SMD就不宜用再流焊炉焊接。
买元件时确定要看清能否有氧化的情况，且买回来后要准时使用。
同理，氧化的焊膏也不能使用。
（2）多条腿的表面贴装元件，其腿细小，在外力的作用下极易变形，一旦变形，确定会发生虚焊或缺焊的现象，所以贴前焊后要认真检查准时修复。
（3）印过焊膏的PCB，焊膏被刮、蹭，使相关焊盘上的焊膏量削减，使焊料不足,应准时补足。
虚焊和假焊预防措施：
（1）严格管理供应商，确保物料质量稳定；
（2）元件、PCB等先到先用，严格进行防潮，保证无效期内使用；
（3）若PCB受污染或过期氧化，需进行确定清洗才可使用；
（4）清理锡炉、流道及喷嘴处氧化物，保证流淌焊锡清洁；
（5）接受三层端头结构电极，保证能经受两次以上260℃波峰焊接的温度冲击；
（6）对于热容较大的元件和PCB焊盘，进行预热方式的改进和确定的热补性；
（7）选择活性较强的助焊剂，并保证助焊剂按操作规定储存和使用；
（8）设置合适的预热温度，防止助焊剂提前老化。
锡膏的使用和管理方法
锡膏中有很多合金粉末颗粒，这些金属粉末颗粒很简约氧化、潮湿不良，构成焊接毁灭虚焊，因此，要严格进行使用和管理。
通常锡膏要冷藏在0～10℃的冰箱中，防止助焊剂发生化学反应变质和挥发，使用前取出回温4～24h到常温外形。
且由于冷藏和回温过程中助焊剂和合金粉末的密度不一样，简约分层，因此，使用前要进行3～10min的均匀搅拌。
需留意锡膏搅拌的时间和力度，假如时间太长力气太大合金粉末很可能被粉碎，构成锡膏中的金属粉末被氧化。
一旦锡膏粉末被氧化，回流焊之后产生空洞的机率将大大添加。
同时，PCB印刷锡膏后尽量不要长时间放置在空气中（通常2h内完成作业），应尽块进行贴片、回流作业，避开锡膏吸取空气中的水分或者与空气接触发生氧化现象，会额外添加空洞现象的产生。
正确的使用锡膏将是保证各种焊接质量的前提条件，必需高度留意。
SMT自动光學檢測仪
您还担忧突如其来的少锡、多锡、连锡、偏位等质量问题吗？
还为锡膏检测频繁报警而苦恼吗？
还担忧人为放过印锡不良而得不到准时改善吗？
AOI的光線照射有白光和彩色光兩類設備﹐白光是用256層次的灰度﹐彩色是用紅光﹐綠光﹐藍光﹐光線照射至焊錫/元器件的表面﹐之后光線反射到鏡頭中﹐產生二維圖像的三維顯示﹐來反映焊點/元器件的高度和色差.人看到和認識物體是通過光線反射回來的量進行判斷﹐反射量為亮﹐反射量少為暗.AOI與人判斷的原理相同.
AOI從鏡頭數量來說有單鏡頭和多鏡頭﹐這只是技朮方案的一種選擇﹐很難說那種方式就确定好﹐因為單鏡頭通過多個光源的不同角度照射也能行到很好的檢測圖像.特別是針對無鉛焊接的表面比較粗糙﹐會產生形狀不同的焊點﹐简约构成氣泡﹐并且简约出現零件一端翹立的特點﹐新的AOI設備也都進行了適應性的硬件和算法的更新.
AOI自動光學檢測設備,它是基于光學原理的檢測設備,在SMT制程中AOI具備锡膏印刷质量檢測.电子元器件檢驗.焊后組件及焊点檢測等功能。
隨著PCBA印制電路組裝密度的添加和元器件的越來越小﹐如元器件腳距0.3mm至0.5mm﹐PCB線距5mil ，01005，03015的元件出現﹐人的目視和ICT都不能適應這一情況,AOI因此在高端電子產品中行到了廣泛的應用。
在现代工业与科技进展中，各行业的外观检查都是传统的人工视觉质量QC检测员，人的视觉因长时间的乏累、心理素养的不同、外在缘由的各种干扰等，使产品漏检、误检等导致客户赞扬&退货的；还有节假日人工短缺、人工成本不断上涨......AOI代替人工视觉自动检测的时代已经到来！
......人工检测已经不能满足现代化生产的需要。
AOI自動光學檢測設備的使用：
AOI可放置在印刷后、焊前、焊后及波峰焊DIP炉前或炉后不同位置。
1.AOI放置在印刷后——可对焊膏的印刷质量作工序检测。
可检测焊膏量过多、过少，焊膏图形的位置有无偏移、焊膏图形之间有无粘连。
2.AOl放置在贴装机后、焊接前——可对贴片质量作工序检测。
可检测元件贴错、元件移位、元件贴反（如电阻翻面）、元件侧立、元件丢失、极性错误、以及贴片压力过大构成焊膏图形之间粘连等。
3.AOl放置在再流焊及波峰焊炉后——可作焊接质量检测。
可检测元件贴错、元件移位、元件贴反（如电阻翻面）、元件丢失、极性错误、焊点润湿度、焊锡量过多、焊锡量过少、漏焊、虚焊、桥接、焊球（引脚之间的焊球）、元件翘起（竖碑）等焊接缺陷。
AOI检测所掩盖的电路板的不良分为两类，一类称为元件类不良，错件、缺件、反向、偏位、多件、破损等等。
另外一类称之为焊点类不良，即立碑、锡球、开焊、短路、少锡、及虚焊。
电子元件的本体外形规章，图像处理中，对元件本体的搜索，以及色度、亮度的提取简约，所以使用过AOI的人晓得，元件类不良的检出相对简约，AOI真正的检出难点在于焊点类不良，尤其是虚焊的检查。
從SMT制程角度﹐AOI可以檢測出.多件.錯件.偏移.極反.少錫.空焊.短路.側立等制程缺陷,AOI只能做外觀檢測﹐不能測隐含的焊點如無法對BGA.CSP.FlipChip等不行見的焊點進行檢測﹐AOI也不具備電路邏輯判斷力气﹐因此不能完全代替ICT.對BGA這類隱含的焊點除了資深的SMT制程人員可以用經驗目測外﹐用另一種光學儀器X-RAY做檢測是比較好的方式.那是另一個專題 。
AOI自动光学检测仪行业背景 :
在SMT表面贴装技术领域内PCBA印刷电路板组装行业中，電子元件的微型化和密集化是一直以来的进展趋势。
依靠传统的人工目检方法已经不行能对分布细密的元件进行快速、牢靠而且全都的检测，并且无法保存精确的检测记录。
面对这样的情况，AOI自动光学检测仪设备应运而生，目前大多数PCB组装加工厂商都已渐渐为其生产线安装AOI（自动光学检测仪）设备，以实现提高产能、提升质量、降低修理成本、改善制程的目的。
AOI可对组装过程中和组装完成后的PCB板进行精确而稳定的检测，并且同时还可以实现检测结果的电子化存贮和发布。
从而使得产品组装的速度、精确度和牢靠性都得到提高，成品率也因此得到了极大的提高。
SMT自动光学检测仪产品分类:
依据安装工位来划分，AOI自动光学检测仪可分为印刷后AOI、炉前AOI、炉后AOI、以及通用型AOI；印刷后AOI安装于锡膏印刷机后，次要用于检测锡膏印刷的质量情况。
依据检测功能的差异，印刷后AOI又可细分为2DAOI和3DAOI，2DAOI可检测锡膏的面积，而3DAOI则还可以检测出锡膏的体积，其中3DAOI也被特地命名为3D-SPI锡膏厚度检测仪（SolderPasteInspection）是指锡膏检测系统系全自动非接触式测量，用于锡膏印刷机之后，贴片机之前。
次要的功能用于检测锡膏印刷的质量，包括体积，面积，高度，XY偏移，外形，桥接等；炉前AOI安装于片式贴片机之后或者泛用贴片机之后，次要用于检测元件贴置的情况；炉后AOI安装于回流焊炉后或者波峰焊炉后，次要用于检测包含元件贴置，以及焊锡的情况；顾名思义，通用型AOI则可机警使用于上述各制程和工位，并可完成上述全部检测功能。
AOI自动光学检测仪依据使用方式来划分，AOI自动光学检测仪可分为在线AOI，和离线AOI；在线AOI安装于生产线内，可实时同步检测。
而离线AOI则无需安装在生产线内，可机警检测多条生产线上的电路板。
离线AOI包含在线型用于离线使用的AOI、和桌上型AOI。
机器代替人工目视检测，削减人工参与，提升产质量量与全都性。
影响PCBA焊接质量的要素分析：
从PCB设计到全部元件焊接完成为一个质量很高的电路板，需要PCB设计工程师乃至焊接工艺、焊接工人的水公正诸多环节都有着严格的把控。
次要有以下要素：
PCB设计图、电路板的质量、器件的质量、器件管脚的氧化程度、锡膏的质量、锡膏的印刷质量、贴片机的程序编制的精确程度、贴片机的贴装质量、回流焊炉的温度曲线的设定等等要素。
人工智能赛博物理操作系统
AI-CPSOS
“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPSOS”：
云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）分支用来的今日，企业领导者必需了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中，利用AI-CPSOS构成数字化+智能化力气，实现行业的重新规划、企业的重新构建和自我的焕然重生。
AI-CPS OS的真正价值并不来自构成技术或功能，而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务和数据+分析一体化，这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。
假如不能实现跨功能的更大规模融合，没有颠覆现状的志愿，这些将不行能实现。
领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。
面对新一代技术+商业操作系统AI-CPSOS颠覆性的数字化+智能化力气，领导者必需外行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位：
1.重新行业规划：
你的世界观要怎样转变才算足够？
你必需对行业典范进行怎样的反思？
2.重新构建企业：
你的企业需要做出什么样的变化？
你预备如何重新定义你的公司？
3.重新打造本人：
你需要成为怎样的人？
要重塑本人并在数字化+智能化时代保有领先地位，你必需如何去做？
AI-CPSOS是数字化智能化创新平台，设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端，可以挂念企业将创新成果融入本身业务体系，实现各个前沿技术在云端的优势协同。
AI-CPSOS构成的数字化+智能化力气与行业、企业及个人三个层面的交叉，构成了领导力模式，使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置：
1.精细：
这种力气能够使人在愈加真实、细致的层面观看与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切，进而理解和愈加精细地进行产品共性化把握、微观业务场景大事和结果把握。
2.智能：
模型随着时间（数据）的变化而变化，整个系统就具备了智能（自学习）的力气。
3.高效：
企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型猜想和响应决策力气，这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。
4.不确定性：
数字化变更颠覆和转变了领导者已经仰仗的思维方式、结构和实践阅历，其结果就是构成了复合不确定性这种颠覆性力气。
次要的不确定性包含于三个领域：
技术、文化、制度。
5.边界模糊：
数字世界与现实世界的不断融合成CPS不只让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化，还模糊了不同行业间的界限。
这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速集中。
AI-CPSOS构成的数字化+智能化力气通过三个方式激发经济增长：
1.制造虚拟劳动力，担当需要顺应性和灵敏性的简约任务，即“智能自动化”，以区分于传统的自动化处理方案；
2.对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升，提高资本效率；
3.人工智能的普及，将推动多行业的相关创新，开辟簇新的经济增长空间。
给决策制定者和商业领袖的建议：
1.超越自动化，开启新创新模式：
利器具有自主学习和自我把握力气的动态机器智能，为企业制造新商机；
2.迎接新一代信息技术，迎接人工智能：
无缝整合人类才智与机器智能，重新
评估将来的学问和技能类型；
3.制定道德规范：
切实为人工智能生态系统制定道德准绳，并在智能机器的开
发过程中确定愈加明晰的标准和最佳实践；
4.留意再支配效应：
对人工智能可能带来的冲击做好预备，制定战略挂念面临
较高失业风险的人群；
5.开发数字化+智能化企业所需新力气：
员工团队需要乐观把握推断、沟通及想象力和制造力等人类所特有的重要力气。
对于中国企业来说，制造兼具包涵性和多样性的文化也格外重要。
子曰：
“君子和而不同，小人同而不和。
” 《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和人工智能，像君子一般融合，一起体现科技就是生产力。
假如说上一次哥伦布地理大发觉，拓展的是人类的物理空间。
那么这一次地理大发觉，拓展的就是人们的数字空间。
在数学空间，建立新的商业文明，从而发觉新的创富模式，为人类社会带来新的财宝空间。
云计算，大数据、物联网和区块链，是进入这个数字空间的船，而人工智能就是那船上的帆，哥伦布之帆！
新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPSOS作为新一轮产业变革的核心驱动力，将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量，并制造新的强大引擎。
重构生产、支配、交换、消费等经济活动各环节，构成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。
引发经济结构严峻变革，深刻转变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的全体跃升。
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