SMT-технология стала ключевым стандартом в современной электронике благодаря высокой плотности монтажа, компактности, отличной повторяемости процессов. Однако несмотря на кажущуюся простоту и автоматизированность большинства операций, SMT остаётся достаточно чувствительной.
В материале рассмотрены наиболее распространённые виды дефектов при поверхностном монтаже — от разбрызгивания припоя, перемычек, пустот до нарушенных соединений. Для каждого случая приводятся возможные причины с практическими методами их устранения.
Время чтения: 20 минут
Технология поверхностного монтажа электронных компонентов? Это очень просто!
Качество пайки напрямую зависит от многих факторов — от свойств паяльной пасты и особенностей трафарета до точности температурного профиля и состояния поверхностей печатной платы. Даже небольшие отклонения вызывают дефекты, которые существенно снижают надёжность изделия.
Понимание природы дефектов, а также причин их появления играет важнейшую роль для инженеров-технологов, операторов производственных линий или специалистов по качеству. Детальный разбор типичных проблем позволяет не только быстрее диагностировать неисправности, но и эффективно предотвращать их на ранних этапах.
Часто возникающие проблемы и методы их решения
Технология SMT более подвержена различного рода сбоям при пайке SMD-компонентов. В разделе будут рассмотрены основные из них и способы борьбы с ними.
Разбрызгивание припоя
Это приводит к образованию крошечных шариков рядом с паяными соединениями или разбросанных по поверхности платы после оплавления. Эти «зловредные» шарики потенциально вызывают короткие замыкания, если окажутся между двух контактных площадок (КП).
| Проблема | Причина | Решение |
| Быстрое испарение флюса | Если флюс в паяльной пасте (ПП) испаряется слишком быстро, он захватывает с собой частички припоя, которые, оплавляясь, оказываются в случайном месте платы. | Отрегулируйте профиль, чтобы снизить скорость испаряемости. |
| Некачественная паста | Из-за окислённости частицы плохо слипаются с остальной пастой, из-за чего образуются отдельные шарики. | Используйте свежую пасту, обеспечьте её надлежащее хранение, чтобы минимизировать окисление. Убедитесь, что она не находится на плате слишком долго перед оплавлением. |
| Агрессивный профиль | Вызывает разбрызгивание. | Оптимизируйте, чтобы получить плавное контролируемое плавление с затвердеванием. |
Наплывы припоя
Это образование небольших капель, которые располагаются рядом с резисторами или конденсаторами после оплавления. В отличие от разбрызгивания, наплывы обычно размещены близко к выводам пассивных элементов.
| Проблема | Причина | Решение |
| Избыток пасты | Образует капли, особенно вблизи компонентов чипа. | Начните с увеличения давления ракеля. Если нет, переконфигурируйте трафарет для точного дозирования состава. |
| Слишком медленно растёт температура. | Вызывает капиллярный эффект, который оттянет нерасплавленную пасту от КП, что приведёт к каплеобразованию. | Настройте профиль, используя скорость нарастания температуры от 1,5 до 2,5°C в секунду. |
| Окисление или загрязнение | Как и некачественная ПП, препятствуют смачиванию, что приведёт к каплям. | Используйте качественную свежую ПП, храните её в рекомендуемых условиях. Убедитесь в чистоте плат, отсутствии окисления |
Перемычки
Это дефект, при котором между соседними КП или выводами компонентов образуется непреднамеренное соединение. Перемычки, ясное дело, приводят к замыканиям, нарушающим функционирование схемы.
| Проблема | Причина | Решение |
| Неподходящая паста | Припой оседает там, где не нужно из-за неправильной вязкости или в результате сдвигающих усилий от ракеля. | Проверьте вязкость. Если всё в порядке, уменьшите скорость нанесения, чтобы проверить, сохранилась ли проблема. Попробуйте свежий и более вязкий состав. |
| Избыток ПП | Состав осаждается на контактах, что приводит к переливу, который иногда соединяет соседствующие площадки. | Добейтесь, чтобы ракель правильно давил при нанесении. Отрегулируйте трафарет, при необходимости уменьшите размер вырезов или толщину. |
| Неверный профиль | Приводит к тому, что ПП успевает растечься по плате до того, как будет расплавлена. | Оптимизируйте термопрофиль. Рассмотрите возможность сокращения времени роста температуры. |
| Ошибки позиционирования компонентов | Чрезмерное давление при размещении или их смещение. | Проверьте, при необходимости отрегулируйте параметры позиционирования. |
| Ошибки во время наложения пасты | Неправильный угол наклона ракеля, скорость или давление чреваты неравномерным нанесением припоя. | Отрегулируйте работу ракеля. |
| Неверная конструкция печатной платы | КП, расположенные слишком близко друг к другу или неправильно спроектированные, повышают вероятность образования перемычек. | Проверьте и скорректируйте контакты, учитывая спецификации элемента и требования к пайке. |
Отсутствие смачивания
Эффект возникает, когда припой не смачивает одну или обе КП. В результате отсутствует электрический контакт между ними. Чаще всего бывает при пайке компонентов в корпусах типа BGA.
Лучше всего это распознаётся с помощью рентгеновского контроля, когда шар припоя и паста выглядят отчётливо, но без требуемого сплавления. Дефект часто проявляется как непостоянное «плавающее» электрическое соединение.
| Проблема | Причина | Решение |
| Профиль подобран неверно | ПП оплавливается до того, как шарик припоя сможет с ней соединиться, или вызывает недостаточный нагрев, что помешает надлежащему смачиванию. | Проверьте и оптимизируйте для его соответствия спецификациям паяльного состава и паяемого элемента. Снизьте пиковую температуру расплавления или увеличьте нагрев нижней стороны. |
| Окисление припоя, пасты, контактов или выводов | Препятствует правильному смачиванию, что приводит к рассмотренному дефекту. | Убедитесь, что детали и платы чистые, не окислённые. Примените мягкое чистящее средство. |
| Недостаточный объём ПП | Шарик не создаёт надлежащий контакт, что приводит к дефекту. | Измените дизайн трафарета, скорость печати, настройки давления ракеля, чтобы обеспечить требуемое нанесение паяльного состава. |
| Недостаточная химическая активность флюса | Флюс способствует смачиванию, удаляя оксиды с поверхностей. Если он недостаточно активен, смачивание затруднено. | Используйте средства с соответствующей активностью. Дополнительного нанесите флюс, если у пасты его недостаточно. |
Недостаток припоя
Этот дефект характеризуется отсутствием минимально необходимого количества припоя в месте пайки, что приводит к формированию некачественных соединений. Они имеют сниженную механическую и электрическую прочность.
| Проблема | Причина | Решение |
| Избыточное давление на ракель | Приводит к избыточному съёму пасты в месте нанесения. | Уменьшите давление на ракель. |
| Неправильное нанесение ПП | Это бывает вызвано плохим конструктивом трафарета, неправильным давлением или скоростью движения ракеля. Это также вызывается слишком быстрым отделением трафарета от платы, из-за чего «драгоценная» паста уносится вместе с ним. | Поменяйте трафарет и размер отверстий. Перемещайте ракель и давите на него с оптимальной скоростью, а трафарет от платы отделяйте не слишком быстро, но и не медленно. |
| Неправильное выравнивание трафарета | Возникает неравномерное или недостаточное нанесение пасты. | Организуйте калибровку трафаретного принтера для точного выравнивания, регулярно проверяйте и очищайте трафарет. |
| Неправильное размещение компонентов | Они уводят припой с предполагаемого места, что приведёт к недостаточному его количеству в месте соединения. | Обеспечьте точное позиционирование. |
| Неправильная вязкость пасты | Если вязкость слишком высокая, она не будет правильно наноситься на трафарет и/или заполнять отверстия. | Проверьте вязкость и содержание припоя, чтобы убедиться, что они соответствуют спецификациям производителя. |
Пустоты
Дефект, при котором образуются воздушные карманы или каверны внутри пайки. Чаще всего он появляется при монтаже BGA. Пустоты влияют на механическую прочность, тепловые характеристики, электрическую целостность соединения.
| Проблема | Причина | Решение |
| Наличие высоколетучих веществ в ПП | Летучие составляющие, такие как растворители, выделяются при пайке, образуя пустоты. | Сконфигурируйте профиль, чтобы летучие вещества могли выходить более эффективно, или выберите составы, разработанные для уменьшения такого рода дефектов. Измените трафарет, чтобы помочь флюсу лучше испаряться. Выбирайте то, что разработано для минимизации образования пустот. |
| Выбран неправильный профиль | Приводит к неполному выделению газа или неверному слиянию припоя, что образует пустоты. | Оптимизируйте, обеспечив надлежащий период выдержки и пиковую температуру для полного газовыделения из пасты. |
| Использование BTC компонентов (Bottom Termination Components) | Конструкция имеет внутренние пустоты или зазоры, в которых задерживается газ при пайке. Или выбран флюс с высокой вязкостью или плохими смачивающими свойствами. Трафарет неудачной конструкции или нанесение чрезмерного количества ПП ещё больше усугубляет захват пустот. | Выбирайте BTC с минимальными внутренними пустотами или свойствами захвата газа. Выбирайте флюс с низкой вязкостью и сильным смачиванием. Смените геометрию трафарета — толщину и постоянные размеры прорезей для надлежащего пропуска пасты. Наносите правильное количество, чтобы предотвратить излишки. |
| Использование BGA компонентов | Неравномерное размещение припоя или пасты (или несоответствующие/неправильные по размеру шарики) под корпусом BGA, деформация компонента при пайке формирует пустоты | Обеспечьте равномерное размещение и однородность пасты под BGA. Минимизируйте деформацию за счёт правильного обращения и профиля пайки. Используйте точный размер с распределением шариков. |
| Использование QFN компонентов | Недостаточные отверстия или покрытие паяльной маски задерживают газ. Неравномерное или чрезмерное нанесение ПП или деформация QFN при оплавлении также образуют пустоты. | Убедитесь в правильной конструкции паяльной маски с достаточными отверстиями. Точно контролируйте количество наносимой пасты. Отрегулируйте термопрофиль, чтобы предотвратить деформацию, или увеличьте объём ПП по мере необходимости. |
| Образование пустот Flat Chip компонентов | Паста нанесена чрезмерно или неравномерно, неправильно размещены или выровнены FC, либо они деформированы при пайке. | Точно контролируйте объём ПП для FC, задайте предельно точное размещение с выравниванием, а также выполните регулирование профиля пайки, чтобы минимизировать деформацию. |
«Надгробный камень»
Это дефект, при котором компонент (к примеру, резистор или конденсатор) стоит вертикально на одной грани после пайки. Это приводит к тому, что один конец детали припаивается правильно, а другой приподнимается над КП, напоминая надгробие.
| Проблема | Причина | Решение |
| Неравномерное смачивание пастой или её недостаточный объём | Если одна сторона смачивается расплавом быстрее, чем другая, происходит неравномерное усилие, поднимающее компонент. | Обеспечьте одинаковое нанесение и оптимизируйте профиль для равномерного нагрева. Протестируйте элементы на паяемость. |
| Компонент разместили неправильно | Если он размещён не по центру, вероятность образования дефектов увеличивается. | Точно и аккуратно разместите монтируемый предмет с помощью калиброванного оборудования. |
| Температурный дисбаланс при оплавлении | Различные термохарактеристики, такие как неравномерный теплоотвод или нагрев, приводят к тому, что один конец компонента оплавится раньше другого. | Оптимизируйте термопрофиль печи, обеспечьте равномерный нагрев по всей площади. Увеличьте продолжительность цикла выдержки, чтобы гарантировать, что все части платы имеют одинаковую температуру. Возможно, потребуется изменение конфигурации платы. |
Холодная пайка
Это такие ситуации, когда части пасты не оплавляются должным образом, оставляя остатки не оплавленных частиц припоя и флюса. Это приводит к тому, что соединение бывает пористым, ненадёжным в плане механики и электрики, а также не имеет гладкого вида, как у правильно оплавленного.
| Проблема | Причина | Решение |
| Ошибка в выборе профиля | Если печь не достигает необходимой пиковой температуры или не поддерживает её достаточно долго, паста не полностью оплавливается. | Проверьте и отрегулируйте по спецификациям ПП. |
| Просроченная или испорченная паста | Если срок годности истёк или средство хранилось неправильно, оно не сплавляется равномерно. Окислённые частицы в пасте не расплавляются и не объединяются должным образом при расплавлении. | Не паяйте старой пастой. Соблюдайте рекомендации по хранению, чтобы сохранить её эффективность. Если есть подозрение на окисление, вычистите всё мягким составом для чистки. |
| Оплавление в неподходящей атмосфере | Некоторые пасты, включая ультратонкие, требуют определённой атмосферы, например, азота, для оптимального оплавления. | Убедитесь, что атмосфера оплавления совместима с используемым составом. Паяйте в среде, богатой азотом, если это рекомендуется. |
Нарушенные соединения
В них произошло физическое смещение компонента или расплава в процессе затвердевания. Они обладают пониженными физико-электрическими свойствами.
Нормальная гладкая поверхность здесь лишена блеска, выглядит зернистой, матовой, даже содержит видимые волны или рябь припоя. Иногда не имеет требуемой формы.
| Проблема | Причина | Решение |
| Смещение во время затвердевания | Если плата или компоненты перемещаются, меняются местами, пока расплав не застыл, есть риск нарушения соединения. | Убедитесь, что нет никакого движения или вибрации до полного затвердения пайки. |
| Высокая скорость охлаждения | Приводит к неравномерному затвердеванию. | Отрегулируйте термический профиль, особенно скорость охлаждения, чтобы обеспечить контролируемое и постепенное отвердение. |
| Ошибочный профиль | Приводит к неравномерному нагреву и охлаждению, что приведёт к нарушению соединений. | Проверьте и отрегулируйте термопрофиль, чтобы равномерно прогревать и контролировать охлаждение. |
Избыток припоя
Это ситуация, когда в пайке присутствует больше припоя, чем необходимо. Соединение смотрится громоздко, а в крайних случаях оно перекрывает соседние контакты или даже компоненты, накоротко их замыкая. Избыток расплава вызывает механическое напряжение элементов, из-за чего появляются потенциальные проблемы с надёжностью.
Припой способен значительно выходить за пределы вывода компонента или даже касаться корпуса. В тяжёлых случаях избыток образовывает мосты или короткие замыкания с соседними элементами или площадками.
| Проблема | Причина | Решение |
| Избыточное нанесение | Приводит к излишнему налипанию припоя после оплавления. | Отрегулируйте трафарет, толщину и размер отверстий. Также обеспечьте, чтобы ракель при печати передвигался и давил с нормальной скоростью и усилием. |
| Неправильное выравнивание или износ трафарета | Провоцирует переизбыток состава. | Регулярно проверяйте трафарет на предмет износа и калибровку машины для точного выравнивания. Регулярно меняйте изношенные трафареты. |
| Вытекание | Ошибочно выбран трафарет, сильно давит ракель, неправильное уплотнение или превышенная вязкость провоцируют вытекание пасты за пределы предполагаемой области печати перед повторным оплавлением. | Проверьте трафарет и отрегулируйте ракель, чтобы проверить, решит ли это проблему. Проверьте, отвечает ли вязкость ПП спецификации. Уменьшите скорость ракеля, если чрезмерное усилие сдвига вызывает вытекание. |
Оттягивание припоя
Это неспособность расплава сформировать когезионную и непрерывную связь с металлической поверхностью, которую он должен смачивать. Оттягивание происходит, когда припой изначально смачивает её, но затем отступает, оставляя участки основного материала открытыми и часто приводя к неравномерности лужения.
| Проблема | Причина | Решение |
| Неправильно сконструированная паяльная маска | Это образует области, которые не смачиваются. | Убедитесь, что маска надлежащего качества. |
| Повреждение контактных площадок | Если компоненты или платы старые, они бывают с дефектами, препятствующими достаточной степени смачивания. Из-за глубоких царапин на площадках также вымывается припой. | Убедитесь в достаточной степени сохранности всех материалов. Проверьте платы на наличие царапин или дефектов, убедитесь, что на них нет пыли и абразивных загрязнений. |
| Окисление поверхностей | Мешает достаточному смачиванию. | Убедитесь, что все детали чистые и не имеют следов окислов. Храните пасту и другие материалы в соответствующих условиях. Очищайте поверхность нейтральными составами |
| Флюс недостаточно активен | Флюс облегчает смачивание, одновременно удаляет оксиды. Недостаточный или неактивный флюс приводит к несмачиванию. | Используйте пасту с активатором нужной активности. Если флюса в ней недостаточно, добавьте его дополнительно. |
| Загрязнение поверхностей | Контакт с маслами, жирами загрязняет поверхности, что препятствует надлежащему смачиванию. | Убедитесь, что все поверхности чистые перед пайкой. При подозрении на загрязнение выполните очистку. |
| Неправильно задан профиль | Приводит к недостаточному нагреву, из-за чего хорошего смачивания не происходит. | Проверьте и проведите оптимизацию профиля. |
| Быстрое охлаждение | Оттягивает припой после первоначального смачивания. | Отрегулируйте профиль, особенно скорость охлаждения, для контроля затвердевания. |
Зернистые соединения
Также известные как «виноградные грозди», представляют собой дефект пайки, при котором место соединения после оплавления выглядит грубым, зернистым или напоминает гроздь винограда. Оно не такое механико-электрически прочное.
| Проблема | Причина | Решение |
| Окислённые частицы припоя | Не слипаются равномерно, что приводит к зернистому виду. | Паста должна быть свежей и храниться в надлежащих условиях, чтобы не окислиться. Очистите поверхность неагрессивными средствами. |
| Агрессивный профиль оплавления | Это приводит к преждевременному локальному плавлению частиц, особенно на этапе предварительного разогрева. Если флюс в ПП чересчур быстро испаряется, образуется «виноградная гроздь». | Профиль достаточно оптимизировать, чтобы получить постепенное и равномерное плавление. В частности, отрегулируйте преднагрев, чтобы флюс испарялся постепенно. |
| Оплавление в воздушной среде вместо среды азота | Особенно для некоторых составов, может привести к повышенному окислению и зернистости. | Оплавливайте в азотной атмосфере, особенно для бессвинцовых паст, которые более подвержены окислению. |
SMT-технология, хотя и высокоэффективна, но требует комплексного подхода к контролю процессов. Каждая стадия вносит свой вклад в общее качество готовых электронных узлов. Разобранные в тексте дефекты демонстрируют, насколько важно соблюдать баланс между параметрами оборудования, правильным выбором материалов и корректной эксплуатацией производственных линий. Систематический мониторинг процессов, корректировки профилей и регулярное обслуживание оборудования позволяют значительно снизить вероятность появления дефектной продукции.
Правильное понимание механизмов возникновения дефектов и умение применять соответствующие методы их устранения является основой стабильного и качественного SMT-производства. Внедрение рекомендаций, описанных в материале, помогает повысить уровень надёжности и долговечности пайки, обеспечивая предсказуемость процессов, минимизируя влияние внешних факторов.
