关于PCB粉尘对SMT工艺影响及改善建议
近期PCBA车间反馈SMT假焊不良较多，对不良进行观察，元件焊盘或元件底部有PCB粉尘，造成元件假焊、立碑等现象较多。残留粉尘为PCB生产制造时，线路板在模具冲压过程中产生，现对PCB粉尘影响SMT工艺问题进行分析如下：
一、PCB粉尘对SMT印刷的影响：
1：由于锡膏（红胶）印刷时，受刮刀压力的影响，在印刷完成脱模过程中，背面会有锡膏粉末（红胶）残留，在锡膏助焊剂（红胶）粘性的影响下，PCB与钢网接触过程中，PCB上的粉尘粘附在钢网背面，造成堵孔、少锡不良现象，且粉尘残留时间越长，印刷时钢网与PCB之间产生间隙，锡膏（红胶）偏厚，间接造成密脚IC、QFN连锡，红胶印刷时，红胶过多而溢胶不良。
二、PCB粉尘对贴片机的影响：
1：PCB粉尘在印刷时，与锡膏混合，由于贴装后焊盘上有杂物，导致元件有倾斜角度，致使吸嘴真空漏气，元件贴装飞料；【如图a(1)】
2：焊盘有杂物，元件贴装产生倾斜，过回流焊后，锡膏由半液态到液态过程中，元件焊接时两端拉力不均匀，导致炉后元件焊接假焊和立碑现象；【如图b(1)、b(2)】
3：IC底部有粉尘，导致IC本体浮高，焊接不良；【如图b(3)】
4：模具冲压成型的PCB，板边有毛刺，增加与机器轨道及传送带的摩擦，损耗机器本身及传送带的使用寿命。
三、PCB粉尘对回流焊的影响：
1：PCB为多层材料冲压而成，边缘未做抛光处理，在过回流焊时，在热效应和热风对流作用下膨胀、粉尘脱落，导致PCB再次污染，焊接不良；【如图c（1）】
2：在挥发锡膏内溶剂时，会在炉壁产生粘性，与PCB粉尘混合滞留在炉内，在长时间积累下，使热风对流孔产生堵塞，热风对流不均匀等现象，影响炉温的正常运作，对回流焊的维护保养造成很大困扰，也间接对回流焊使用寿命产生影响。【如图c（2）】
综合以上问题，PCB粉尘对SMT制程的影响有如下改善建议：
1：作业前用风枪对PCB进行清洁（人为因素不可控，不建议采纳）；
弊端：
a、在没有人监督的情况下，会受作业员执行力的影响，且增加作业员的工作量；
b、使用气枪对PCB上粉尘清洁过程中，会造成粉尘散落在车间和机器内，有再次污染PCB及锡膏的风险。
以上方法为目前正在使用，由于人为因素影响，执行力不够，粉尘问题还是存在。
2：印刷机与上板机前安装感应吹气装置，在有推板动作时，吹气装置工作，对进入印刷机的PCB表面进行清洁（不建议采纳）；
弊端：
a、需对机器进行改装，增加成本；
b、在PCB粉尘清洁过程中，会造成粉尘散落在车间和机器内，有再次污染PCB及锡膏的风险。
3：要求厂商更改PCB切割工艺（模具冲压和CNC切割）。
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第五代真空汽相回流焊
第五代真空汽相回流焊可以在让焊接仓形成一个负压焊接环境，在负压的焊接环境下，焊料的表面张力大为减少，焊料润湿能力可以提升到一个新的水平。
不同类型回流焊接的润湿效果
通过将焊接环境变为负压的焊接环境(所有温区都成为大气压力可以精确控制的过程），我们发现可以完美的解决大部分焊料润湿不良的现象，提高焊点的可靠性。
1、助焊剂污染比较大，清洗后的残留危害大。助焊剂残留中的氯离子和钠离子遇到湿蒸汽会形成盐，腐蚀焊点。造成开路和虚焊的问题。有清洗死角的位置最容易出现问题。
2、目前的回流焊设备焊接过程不可控制。军工产品的特点是种类多，数量少。有些贵重产品没有多余的样品去反复做回流曲线的测试。一旦出现温度曲线参数设置错误或者疏忽，板子在炉子内部的焊接过程是完全无法控制的，会直接导致产品的报废和失效。需要一种新型的回流焊设备，不仅能观察整个焊接的过程（通过可视化的系统和各种传感器），还要能实时干预控制焊接中的各种参数。有了这样的功能，即便是出现人为设置失误，也能在焊接过程中及时发现并及时纠正。保证重点型号的重点产品顺利安全的焊接。
3、目前回流焊设备都有可能发生卡板和烧板的问题，因为炉膛内有高温热风和传动系统以及众多感应器，一旦传动系统和感应器出现小问题，就有可能出现烧板的问题，给单位带来不少的损失。新的回流焊内部没有任何传动系统，产品的焊接都是静止的。不会有卡板和掉板的问题。即便发现人为操作失误导致的焊接温度或者超过要求，也可以使用一键防烧板功能(快速抽真空），保障产品的安全。
正确的回流工艺做法：
回流焊接技术，事实上并不如许多人所认为的那么简单。尤其是当您要求达到零缺陷和焊接可靠性（寿命）保证的情况下。我也只能暂时在做法上和大家分享经验。
要确保有良好的回流焊接工艺，应该有以下的做法：
1．了解您PCBA上的质量和焊接要求，例如最高温度要求和最需要在寿命上得到照顾的焊点和器件；
2．了解PCBA上的焊接难点，例如锡膏印刷大于焊盘的部分，间距特小的部分等等；
3．找出PCBA上最热和最冷的点，并在点上焊接测温热耦；
4．决定其他必需接热耦测温的地方，例如BGA封装和底部焊点，热敏感器件本体等等（尽量利用所有测温通道来获得最多信息）；
5．设置初始参数，并和工艺规范比较（注九）以及调整；
6．对焊接后的PCBA在显微镜下进行仔细观察，观察焊点形状和表面状况、润湿程度、锡流方向、残留物和PCBA上的焊球等等。尤其是对以上第2点记录下的焊接难点处更要注意。一般而言，经过以上的调整后不会出现什么焊接故障。但如果有故障出现，针对故障模式分析，再针对其机理配合上下温区控制进行调整。如果没有故障，从所得曲线和板上焊点情况决定是否要进行微调优化。目的是要使设置的工艺最稳定以及风险最小。调整时一并考虑炉子负荷问题以及生产线速度问题，以便在质量和产量上得到较好的平衡。
以上的工艺曲线的设置调整，必须用实际产品进行才会有把握。使用实际产品的测试板，成本可能是个问题。有些用户所组装的板价格十分昂贵，这造成用户不愿意经常测试温度的原因。用户应该对调试成本和一旦出现问题的成本进行评估。此外，测试板的成本还可以通过使用假件、废板和选择性贴片等做法来进一步节省资源。
焊接工艺管制：
上面我们谈的6个步骤是工艺的设置和调制。当我们对其效果满意后，便可以进入批量生产。由此刻起，工艺管制就十分重要了（注十）。一旦焊接参数（温度、时间、风量、风速、负载因子、排风等）决定了之后，确保这些参数有一定的稳定性是工艺监控的目标。
目前较不理想的，是许多用户对于以上的工艺参数并未进行任何监控。做得稍微好的可能在固定时间段对温度曲线进行认证。做法是使用测试板和测温仪器过炉测量后和原先纪录进行比较。即使如此，这做法上仍然有些缺点。一是测量的频率和时间缺乏科学性的制定，以感性作决策为多。其二是抽样的可靠性偏低。这种做法如果要确保较高的效益，必须配合并建立在对设备有深入的研究和性能认证工作的基础上。
对于从事高质量要求的行业，例如汽车电子、军用品、医疗设备、超级电脑、电力保护等等，以上的抽样式管制是不够的。目前市场上有一种实时监测系统，可以不间断的对炉子内的气流和温度情况进行监测。达到100%的工艺控制目的。唯一不足的，是目前该设计还未能和炉子的温控系统进行闭环整合，所以还是属于一种‘监测系统’而非‘控制系统’。不过这系统已经在工艺管制的领域中带给用户好处。据了解，目前这类技术在欧美使用很多，日本和韩国企业这两年也开始采用，台资企业由于受美国的影响也在近年较多的使用。而唯独中国企业使用得很少。这和采购观念（注十一）以及对技术应用和管理的认识有关。但我觉得只是个认识和学习的过程现象。相信将来中国的企业也会大量使用这门工艺管制技术。我曾对这系统和一些SMT用户交流过，不少用户其实并不了解这技术，常误以为它重复了炉子内部的温度控制功能。事实上炉子内部控制系统一般只监控‘温度’而不监控‘气流’，炉子的回温反应也有一定的延误，绝对不是预防性的。这也就是说，以目前的炉子控制技术来说，炉子本身并不能够保证不会出错。而这实时监测系统，虽然目前也不能预防质量问题的出现，但却有能力告诉用户炉子所不能够提供的故障信息。除了这点，该系统还具备‘风险预测’功能和QA功能。是个值得考虑的工具。
设备要求：
好的回流炉子是确保良好工艺的重要部分。尤其是从事加工服务类的企业（CM或EMS行业），因为缺乏对设计方面的控制力，工艺补偿和调整能力便成为成功的关键了。这除了需要掌握类似本文中的工艺知识外，对设备性能的依赖也就越重。怎么样才算是好的回流焊接设备？我们可以从以下特性进行评估。
1．加热效率
2．热量稳定性（包括温度和风速、风量）
3．热容量
4．回温速度
5．气流渗透能力
6．气流覆盖面和均匀性
7．风速和风量的可调性和可控性
8．温区间隔绝程度
9．温区的数目
10． 加热区的长度
11． 冷却的可调控性
12． 对排风的要求
从以上的特性中我们不难看到，超出一半的特性是不存在设备的技术指标书中的。而这就是为什么选择一台焊接炉子，是绝对不可能从纸面上的讨论和评估得到保障的。唯一的方法就是对实物进行测试（注十二）。
技术整合：
最后我想再强调一个理念。任何工艺，如果要做得最好，就必须考虑到技术整合。这整合包括了设计（DFM）、设备、工艺、材料。，也包括了技术（如何焊接等等）和做法（质量管制方法等等）及管理（如何建立有效的流程和知识队伍等等）上的整合。和锡膏印刷或贴片等工艺一样，回流焊接也是个系统，一个不如我们许多人想象中那么简单的系统。
我在本文较早时候提到工艺故障和回流温度曲线各工序间的关系。读者该紧记的一点，是这些故障并非都由焊接工艺所引起。SMT故障都是综合性的。，以下我举个例子说明。
在处理J型引脚（例如PLCC和SOJ封装）的组装工艺时，如果出现少锡虚焊故障，并不意味就是个焊接问题。首先我们必须了解J型引脚的特点。J型引脚的结构是上方呈直立，到下方往器件的内部弯（接近半圆，底部和焊盘接触部分稍平）。这种结构在焊接时有几个特点：
1．不容易浮游；
2．直立部分容易吸锡（往上爬升）；
3．底部往内弯所形成的夹角有助于焊点的形成（留锡）；
4．质量的重点在于器件内部（封装本体下）的填充（fillet）。
了解以上特点后，我们就可以知道如何处理整个焊接工艺了。首先在设计（DFM ）上我们必须注意：
1．锡膏量不能够太多，适量的锡膏会在熔化时被引脚的夹角‘留’住。太多的锡膏容易助长引脚直立面往上‘拉’锡，而造成少锡问题。
2．由于不容易浮游，即使在器件轻的情况下，引脚材料的选择可以采用60Sn40以外润湿性较差的材料。这有助于防止吸锡现象和增加贴片的光学识别质量和稳定性。
3．焊盘内侧可以稍长，两侧稍窄，外侧稍短。这保证焊点的质量，同时防止吸锡问题。
4．所有焊盘引脚必须加入‘热阻’设计，避免造成‘冷’焊盘；
5．器件周边避免有高的器件以及距离太近；
6．锡膏印刷钢网开口偏内；
7．Ni/Au焊盘镀层为优选。如果因成本采用HASL保护层，裸板交货期短，保持‘新鲜’。（如果钢网稍厚，上述6项中的钢网开口形状最好做微调整）
在工艺上，我们要求：
1．有较高恒温温度容忍性的锡膏；
2．恒温温度设置尽量接近最高点；
3．峰值温度设置尽量接近最低点；
4．采用上冷下热的设置；
5．考虑较缓慢的冷却（补偿3带来的影响）。
为了能够支持以上的工艺要求，在设备（回流炉）上我们要求：
1．良好的加热效率；
2．良好的气流渗透（气旋）能力；
3．风量/风速可调控
以上的设计、材料、工艺和设备综合考虑，就是‘技术整合’。读者可以看到各方面都有本身的功能和责任，只有这样处理，我们才能有把握做到‘零缺陷’。
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