SMD器件翼型引脚氧化问题的研究与解决

来源:收集 点击数:88 更新时间:2018/12/5 9:57:42

SMD器件翼型引脚氧化问题的研究与解决
 摘 要: SMD器件高密度封装翼型引脚,在某种原因下引脚产生氧化,对SMD器件的可焊性以及焊接质量造成影响。为了更好地分析并解决此类问题,对在特定情况下,使用非常规性的处理,去除引脚氧化的工艺方法进行了详细阐述,并介绍了焊接后焊点检查和试验验证的情况。在此基础上,通过TSOP芯片的具体案例,详细描述了工艺流程和操作技巧,为解决SMD器件高密度封装翼型引脚氧化问题提供解决方案,供业界同行参考。

关键词: 焊接;翼型引脚器件;氧化问题


随着电子制造行业的飞速发展,越来越多的小封装尺寸、细引脚间距和新型封装材料的集成电路器件被广泛应用到实际电路中,使电子产品达到体积小、质量轻和功能全的效果。高密集型器件的广泛应用,对电子产品制造的可靠性提出了越来越高的要求。特别是对湿度敏感的器件有着细致的规定,如果储存条件不达标或者器件超过使用期等,就有可能造成器件引脚氧化,导致其可焊性差或根本无法焊接,这种情况将直接导致印制板组件焊接质量的不可控,同时造成严重的经济损失[1]。因此,我们必须深入分析器件引脚产生氧化的原因,采取预防和解决措施,以保证电子设备产品的整体焊接质量。

1 技术难点

一般新采购的器件,若在入厂复验时就发现问题,会及时要求供货方更换;而当预先采购的器件由于种种原因,器件引脚产生氧化现象,又没有其他的器件可以替代时,就需要对引脚氧化器件进行一些非常规性的处理。在这种非常规处理中会存在以下几点技术难点。

1)如果SMD器件引脚氧化程度较轻,不经处理,经过多次修复可能会使焊点润湿程度得以改善,但是由于加热次数太多,加工后的产品必然存在一些隐患。而引脚氧化稍微严重一些的,采取简单的重复焊接方式不能起到可靠焊接的目的。

2)由于SMD器件引脚密集且材料较软,若采用以往处理分立元器件引脚氧化的方法,会使引脚受力导致变形影响焊接质量。特别是引脚底部焊接面的氧化层,去除时更不方便进行操作。

3)处理过引脚氧化层的芯片要想焊接良好,就要对每个引脚进行搪锡。因为每个引脚加热次数是有限制的,所以搪锡的量要掌握好。搪锡量过多就需要撤锡,搪锡量过少,则需再搪一遍。这样不仅工作效率低而且芯片质量可能受到影响,埋下隐患。

4)氧化的芯片采用手工焊接时,一般先将其他贴装器件完成回流炉焊接后,再焊接氧化的芯片。但是过完回流炉后未焊芯片的焊盘若处理不当,就会造成氧化,在后续焊接时,不上锡,影响焊接质量。

2 加工技巧

2.1 原因分析

对于SMD器件引脚表面的氧化物(主要为铜、锡表面氧化层)的研究表明,高温高湿是形成氧化层的主要原因,而造成SMD器件引脚吸潮氧化的原因是在空气中暴露的时间过长,或者超过器件的极限存贮周期。可能造成上述问题的环节,按生产全过程顺序依次为采购、复验、库存、电子装联和转运等多个环节,具体情况如下:

1)过早采购造成器件在库房中超期存储,或采购的器件已接近存储极限周期,使SMD器件引脚在后续工序中极易吸湿氧化;

2)器件入厂复验时,若拆开原包装,导致器件暴露在空气中,使之容易吸湿,时间一长引脚氧化就不可避免;

3)库存环节不满足器件存放的要求,缺少相应的除湿设备,或库房长期处于一个潮湿的环境,就不可避免地会吸湿氧化;

4)每一种SMD器件都有自己的车间寿命,即SMD拆封后,放置在焊接操作间环境中允许的最长时间,如果超过这个时间,期间引脚很容易产生氧化;

5)各个环节之间的衔接是否紧密合理,如果衔接不合理,很容易使器件长时间存放在库房或放置在生产现场,这样会间接造成器件引脚氧化。

2.2 方案选择

在分析SMD器件引脚氧化问题产生原因以及去除氧化技术难点的基础上,我们确定了翼型引脚可焊性检查及去除氧化加工操作的工艺方案,如图1所示。

2.3 工艺设计

1)首先,对于待装焊器件引脚进行外观检查和首件试焊,通过检查确定引脚不易焊接的器件,引脚已经氧化的高密度封装器件,根据试验结果和器件外形尺寸确定解决方案。根据检测报告的氧化程度采取相应的处理方法。

2 )对于器件超期复验的可以送指定复验单位检测,对引脚进行可焊性分析。 按照GJB360B.208-2009《电子及电气元件试验方法.可焊性试验》进行检测,在检测器件引脚上锡情况时,同时要考虑引脚上锡时的速率要和回流焊接时的速率应一致。

3)对于轻微氧化的高密度封装元器件,可以采用高温真空烘烤方法解决。吸湿氧化宜采用的不同烘烤方式见表1。经过适当的烘烤后,轻微氧化器件能够满足焊接质量要求。

4)对于引脚氧化较严重的翼型引脚,应对引脚进行搪锡处理。由于高密度封装器件引脚间距密,且引脚非常脆弱,处理不当会使引脚变形或损坏,必须要使引脚承载在专用工装上进行操作。

5)在使用工装对高密度封装器件引脚采取手工搪锡处理时,搪锡的方法和时间温度的选定十分重要。对搪锡后的器件,必须逐一引脚进行检查,氧化严重的要在显微镜下对其引脚进行特殊处理,确保器件的可焊性。

6)分析解决器件贮存的有效措施和环境条件,从源头抓起,确保器件的使用质量和可靠性。采购人员采购器件时,应特别关注芯片的生产批次和采购时间。检验人员检测时应尽可能少地破坏原包装,避免在检验阶段造成器件吸湿氧化。

7)按照相关标准的要求,库房和电装生产现场的环境应保持在合适的温湿度,为了避免这种高密度封装元器件的氧化问题,对元器件必须进行抽真空包装,储存在恒温低湿的干燥柜中。

2.4 实施案例

某电子产品生产过程中,按照设计文件要求,选用了高密度封装翼型引脚的flash芯片,如图2所示。由于某种原因致使其引脚发生氧化。由于该器件已更新换代,临时更换其他厂家或牌号,已无法满足任务进度要求。为确保产品焊接质量,减少浪费,我们做了大量的工艺试验,通过实践总结出以下解决方法和加工技巧,确保了产品焊接质量和生产进度。

2.4.1 对flash芯片翼型引脚进行可焊性检查

首先选取5只器件,用可焊性测试仪对其翼型引脚进行分析,结果证明器件引脚氧化,可焊性不合格。

2.4.2 去除翼型引脚氧化层

一般在处理引脚上的氧化层时,是用绘图橡皮轻轻擦引脚上氧化物,而此时引脚底部焊接面的氧化层无法正常清除,使局部不易上锡造成润湿角不良形成虚焊。如果将芯片翻过来对其底部焊接面进行擦拭,就会使芯片引脚受力而变形,造成芯片无法焊接[3]。为了解决在去除氧化层过程中引脚受力问题,我们根据芯片引脚外形做一个工装,如图3所示。在去除氧化层时将芯片翻过来搭载在工装槽内,如图4所示,再用绘图橡皮轻轻擦拭,要顺着引脚方向擦。

2.4.3 对翼型引脚进行搪锡处理

由于芯片引脚密集,搪锡量过多就需要撤锡,搪锡量过少,则需再搪一遍。这样会使芯片加热次数增多,不仅工作效率低,而且芯片容易存在隐患。为了很好地解决这个难题,必须将芯片翻过来搭载在工装槽内(工装槽大小要能够放两个芯片),槽内的前端放入待使用产品芯片,后面可放一片报废的芯片(要做好区分标记)。并将芯片固定在工装上防止在搪锡时芯片移动导致引脚受力,如图4所示。用拖焊的方法对其引脚进行搪锡,将多余的焊锡拖到报废的芯片上。这样可保证一次搪锡成功既能减少芯片加热次数,又能使每个引脚搪锡均匀。用40倍放大镜对搪锡后的芯片翼型引脚逐一进行检查,对个别引脚氧化器件,氧化层没有去除干净的,再放到工装槽内用专用工装轻轻刮除,刮时不能使引脚表面产生明显刮痕。

2.4.4 印制板上芯片焊盘处理

一般焊接芯片的电子产品上还会有许多贴片元器件。在不影响手工焊接芯片的前提下,先将其他贴片元器件过完回流炉后,再焊接去除引脚氧化的芯片,为了防止过完回流炉后,待焊芯片的焊盘氧化,可先将芯片的焊盘上刮上锡膏。在过完回流炉后将焊盘上的焊锡清除干净,准备焊接时使用。

2.4.5 芯片手工焊接和清洁处理及检查

芯片引脚经过氧化层处理和搪锡后,应一次性焊接成功,焊接时间不能大于3 s。在选用烙铁头和焊剂时也要严格把关。为了保证一次性焊接成功,应将芯片和印制板组件放在显微镜下进行焊接。这样在拖焊的过程中就能直观地看到焊锡融化和凝固,以保证形成良好的润湿角,焊后及时检查与清理多余物,并对每一个焊点进行检查,确保焊接质量。

2.5 注意事项

进行去氧化处理时,器件引脚一定要搭载在工装上,以免使引脚产生变形,以及在刮除氧化层和搪锡时对引脚造成损伤。

去除芯片引脚氧化层并对芯片进行焊接以及检查时,均应在显微镜下进行操作,以方便检查氧化层去除的情况和焊点成型,并符合航天标准要求。

3 效果

1)采用以上工艺方法焊接后的芯片,经外观检查,元器件引脚没有变形损坏现象。在40倍放大镜下进行焊点检查,引脚润湿良好,没有虚焊现象,如图5所示。

2)为了防止引脚底面与焊盘接触不良,制作工艺样件,通过低电阻测试仪测量器件引脚与焊盘之间的电阻,如图6所示,测量电阻值为0,对于测量完成的样件,按照产品使用条件见表2,进行温度循环试验,试验后再次对引脚与焊盘之间测量接触电阻,测量电阻值没有变化,说明焊点没有虚焊。

3)对于温度循环试验后的flash芯片进行焊接牢固性检测,将芯片引脚与焊盘脱离开,以便观察引脚底面与焊盘的焊接情况。试验时共选择了2个手工焊接的芯片,将一端用手术刀片从本体与引脚的接触面划断,将本体立起来,用拉力机进行拉力试验,试验结果见表3。

通过显微镜观察拉脱后的器件引脚底面,底面锡量饱满,如图7所示,不存在少锡和缺锡现象,没有发现气泡和大面积针孔,焊接质量满足相关标准要求。

4)焊后产品进行性能指标测试,符合设计文件要求,交收和例行试验考核合格,证明对flash芯片高密度封装翼型引脚氧化问题采取的加工方法和解决措施正确有效。

4 结束语

对于SMD翼型引脚器件的吸湿氧化问题,应从采购、入厂复验、库房保管和生产装配各环节加强防护,以免类似问题发生。而在器件引脚出现吸湿氧化现象时,不要急于做出能否焊接的结论,应根据有关标准要求,采取针对性的措施和试验验证,找出应对高密度封装翼型引脚氧化问题的解决方案和工艺方法,在确保产品质量的前提下,处理好产品质量与生产进度以及减少浪费的多重关系。


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