提高SMT產品質量的對策分析

林 琳

(陜西職業技術學院計算機科學系，西安,710100）

SMT（Surface Mount Technology）即表面組裝技術作為先進的電子產品組裝技術，經過幾十年的不斷發展和完善，取得了巨大的發展，在國內電子制造業亦得到了越來越廣泛的應用。表面組裝技術具有鮮明的優點，同時也存在缺點。SMT生產工序較多，因此在SMT生產過程中常會出現一些缺陷，進而影響產品的質量和可靠性。本文在分析相關缺陷的基礎上，針對性的提出了四個方面的解決措施。

1 SMT產品質量

SMT產品的質量由下述因素決定：設計質量、物料質量、設計質量、工藝質量。

圖1 SMT產品質量決定因素

2 SMT產品質量缺陷概述

一旦上述因素無法保證， SMT產品將會出現各種質量缺陷，具體可分為三類：器件故障、運行故障、組裝故障。

2.1 器件故障

器件故障是指元器件質量問題引起的故障，如元器件引腳缺失、長短不一、性能指標不達標、型號錯標、性能失效等，如圖2所示。

圖2 器件故障之引腳非共面

圖3 組裝故障之“曼哈頓現象”

2.2 組裝故障

組裝故障是由于組裝工藝中的問題而造成的故障，如曼哈頓現象、橋連、虛焊、錯貼或漏貼等，如圖3所示。

2.2.1 橋連

橋連是SMT 生產中常見的缺陷之一，會增加返工量，大大降低一次交檢合格率。在細間距的QFP的裝配過程中，印刷機重復精度差，鋼網對位不齊，錫膏印刷過多或錫膏印刷到銀條外，將導致橋連。此外升溫速率過快，錫膏中的溶劑來不及揮發，在峰值溫度時會降低粘度而流出焊盤外，也會引起橋連。

2.2.2 曼哈頓現象

在回流焊工序中，小體積貼片元件容易產生因翹立而脫焊的缺陷，稱為“曼哈頓現象”。此現象是由于元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時，兩端張力不平衡，張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉而致。

2.2.3 空洞

空洞是指分布在焊點表面或內部的氣孔、針孔。形成這種缺陷的原因比較多。歸納起來，主要有以下幾點：焊膏中金屬粉末的含氧量高，或使用回收的焊膏，質量不好，SMT 工藝環境衛生差，混入雜質；焊膏吸收了空氣中的水汽，受潮，或印制板受潮；升溫區的升溫速率過快，導致焊膏中的溶劑、氣體蒸發不完全，則進入焊接區就會產生氣泡、針孔等，形成空洞。

2.2.4 虛焊

虛焊（poor Soldering）是焊點處只有少量的錫焊，表面完好，實際焊錫與管腳之間存在隔離層，但肉眼無法看出其狀態，電氣特性并沒有導通或導通不良，從而影響電路特性。一般是焊接點有氧化或有雜質，或是焊接溫度不佳導致。

2.3 運行故障

運行故障是指產品無法正常工作，一般是由設計不合理引起的，如元件的布局不當、時序配合故障、誤差積累故障、PCB電路錯誤故障等。

如圖為4不良設計案例，元件的布局未考慮波峰焊的“遮蔽效應”，如采用波峰焊工藝進行焊接時，小元件存在“漏焊”的風險。

圖4 不良設計案例

3 提高SMT產品質量的對策分析

3.1 合理設計

設計因素對于SMT產品質量的影響是源頭性的，一旦設計出現問題或不合理，產品質量必將存在極大隱患。良好的設計可以保障高成品率和穩定的產品性能。因此，設計應遵循以下的原則：

（1）可測試性

可測試性應考慮位置、工裝、測試方法、測試設備和軟件。測試手段如飛針測試、針床測試也應遵循由復雜到簡單。保證可測試性的關鍵在于測試方法、儀器設備、工裝本身的可靠性。如一個探針接觸不良，則會導致嚴重的后果，即無法判斷PCB的優劣。

（2）經濟性

這里的經濟性是指在保障產品性能的前提下，應選用質優價廉的原材料，而并非一味追求低成本的元器件。過于廉價的選擇會造成SMT產品的整體工藝性變差，返修率增加，使制造費用、維修費用上升，總體經濟性變得更差。

（3）制造全程性

一件SMT產品，從印制板的裝配、檢驗、結構裝配、調試到整機裝配、調試，直到使用維修，與生產線的各個環節聯系十分緊密，例如板子形狀選得不好加工困難，余量太小裝配困難，未留測試點，沒有空間維修困難等等。每一個困難都可能導致成本增加，工時延長，甚至產品報廢。因此，應充分考慮產品制造的全程性，不斷合理化產品設計。

（4）可靠性

提高SMT產品的可靠性，應特別注意避免出現以下問題：材料選擇不對、制造工藝復雜、散熱差、元器件布局布線不當、應力集中、設計不合理導致磨損、惡劣的環境等，這些都可能導致產品早期失效甚至根本不能正常工作。

3.2 強化現場管理

生產現場管理體現了企業工藝管理水平的重要方面。隨著SMT組件的復雜化與精細化，5S現場環境、操作管理、工序關鍵控制點管理、靜電等對SMT產品質量的影響越來越大。因此，要獲得良好的產品質量，必須強化現場管理。

3.2.1 5S管理

SMT生產線布局首先應遵循高效而有序的原則，根據產品整個加工過程中所經歷的不同階段，嚴格劃分各工區，并懸掛明顯的標識。其次需要在生產中推行“5S”，即整理、整頓、清掃、清潔、素養。保證清潔整齊，嚴肅生產紀律，保證生產時各司其職，無閑雜人員存在。對于不可避免的外來人員，適當普及靜電防護等注意事項，通過設置專用通道及參觀通道將其與實際操作區隔離開，避免其對生產的污染和干擾。同時設置嚴格的安全設施，避免廠區內貴重元件及PCB等流失。

3.2.2 操作管理

（1）制訂SMT生產線工藝流程，監控設備運行情況，并按規定檢查設備性能，杜絕管理職責不明確、維護保養不到位等狀況。

（2）提高員工的基本素質，要求SMT 操作和管理人員掌握基本技能，要求受訓人員熟練掌握具體設備操作，了解設備基本構造，可及時排除設備常見故障；同時要求受訓人員掌握SMT 基本原理，能夠及時發現常見缺陷。

圖5 SMT各工序關鍵控制點管理

（3）按照設備規定的內容制訂日、周、月、季及年保養計劃和維修管理辦法，詳細規定不同階段進行保養的部位、操作方法，保證設備處于良好狀態，提高生產效率。

3.2.3 工序關鍵控制點管理

如圖5所示。

3.2.4 防靜電管理

靜電是一種存留于物體表面的電能，容易對靜電敏感元器件造成損傷。在SMT行業內，靜電的危害是十分嚴重的。據統計，大型CMOS器件制造廠有28%的退貨器件是與靜電損壞有直接關系的。另據日本80年代一份統計材料顯示，在失效的半導體器件中，有45%是因靜電危害造成的。靜電的產生雖然幾乎是難以避免的，但依然可以通過各種措施加以控制。基本思路可按照“預防、釋放、控制”三個環節進行。

（1）預防

即預防靜電荷的產生，具體包括防止人體帶電、通過工藝措施控制、控制靜電的生成環境等。

（2）釋放

即建立安全的釋放通道。可采用接地、增加濕度、中和、摻雜等方法實現對靜電的有效釋放。

（3）控制

即嚴格靜電管理，包括建立健全責任制和規章制度、正確使用警示裝置、標示、符合等、對人員進行培訓教育等。

3.3 控制工藝因素

SMT工藝環節對于SMT產品質量的影響是相當大的。一個設計優良且受控的工藝，會保證SMT產品的交付合格率、直通率。因此，應嚴格控制各個環節，以保障SMT的產品質量。

3.3.1 印刷環節

應選擇粘度和金屬顆粒大小都合適的錫焊膏，保證焊膏的流動性符合要求；清洗網版；清除粘塞的焊膏；在印刷前充分攪拌錫焊膏，以保證焊膏中各成分分布均勻；檢查刮刀，如損壞可進行修磨或更換；調整刮刀壓力，使之適合不同元器件的印刷要求。

3.3.2 貼片環節

本環節應重點檢查貼片力、貼片速度及加速度、貼片機的貼片精度、元器件、焊膏與PCB。

3.3.3 回流焊環節

在保證預熱區升溫速率較緩，保溫區溫度及時間在要求范圍內的情況下，將保溫區和熔錫焊接區之間的Z6變為緩步升溫過渡區，該過渡區從160℃過渡至180℃，可將Z7的溫度設至240℃，這樣不僅降低了熔錫區升溫速率，還保證了熔錫區溫度從錫膏融化前的臨界溫度起步，達到各個焊點同時融化，減少了很多焊后缺陷。

3.3.4 焊接后環節

SMT中常見的焊接缺陷有：焊錫球、曼哈頓現象、橋接、虛焊、元件引腳未濕潤、漏焊、錯焊等。針對橋接缺陷的處理對策是：減少焊膏印刷模板厚度；減少印刷間隙和重印次數；提高貼片精度；人工維修焊點。對于曼哈頓現象，針對該焊接缺陷的處理措施是：按規范設計焊盤；提高元件貼裝位置精度；人工維修焊點。針對潤濕不良的對策是：保證元件的可焊性，防止元件被異物污染等。

3.4 重視物料環節

物料是保證SMT產品可靠性的主要環節，因為只有合格的原材料才可能有合格的產品。隨著SMT的不斷發展，以及元器件的微型化、工藝材料更新加快等趨勢，SMT產品對于物料質量的敏感度和依賴性均在加大，因此，對于物料的檢測就顯得不可或缺。

SMT來料包括元器件、PCB、焊膏、焊劑等工藝來料。具體檢測內容包括元器件的可焊性、引線共面性、使用性能、PCB的尺寸與外觀、翹曲和扭曲、可焊性、阻焊膜的完整性，焊膏的金屬百分比、黏度、粉末氧化量、焊劑的金屬污染量，以及助焊劑的活性、濃度等。對應不同的檢測項目，其檢測方法也是多種多樣的。例如，針對元器件的可焊性測試就包括浸漬測試法、潤濕平衡試驗法、焊球法測試等。

[1]周德儉.SMT組裝質量檢測與控制[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2]賈忠中.SMT工藝質量控制[M].北京：電子工業出版社，2007.