影響印制板可焊性的因素比較多，各種工藝流程比較復(fù)雜，批量印制板整體質(zhì)量控制有一定的難度。通過對(duì)生產(chǎn)過程中的流程梳理和分析，并結(jié)合檢驗(yàn)及試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)引起印制板可焊性不良的原因進(jìn)行了排查、分析和定位。該分析方法對(duì)于類似質(zhì)量問題的排查具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）是指按預(yù)定設(shè)計(jì)，用印制方法在絕緣基材上得到印制線路和印制元件或兩者結(jié)合的導(dǎo)電圖形。PCB是承載著電子元器件的安裝、固定和實(shí)現(xiàn)電氣連接的支承基板，在有些特殊電路中還具有某些電氣特性（阻抗特性、電磁屏蔽）功能。在制作過程中，為了防止ＰＣＢ板上銅焊盤被氧化，并保證其可焊性，焊盤表面應(yīng)根據(jù)基板材料、加工工藝及應(yīng)用環(huán)境涂（鍍）一層保護(hù)層。

與傳統(tǒng)PCB相比，表面組裝印制電路板是表面組裝技術(shù)(Surface Mount Technology，SMT)應(yīng)用過程中的載體，其具有翹曲度小、平整度良好、密度高、耐高溫和可焊性好等特性。

１、可焊性

可焊性是以規(guī)定的焊料、焊劑，在規(guī)定的焊接溫度和焊接時(shí)間內(nèi)，對(duì)表面和孔內(nèi)金屬表面的潤(rùn)濕狀態(tài)的評(píng)價(jià)，有可焊性好、半潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕等3種狀態(tài)，其中半潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕為可焊性不良。

在GJB 362B - 2009《剛性印制板通用規(guī)范》3.5.3.可焊性要求中，表面安裝元件的印制板只需進(jìn)行表面可焊性試驗(yàn)，具有表面安裝和通孔安裝元件的印制板需進(jìn)行表面通孔可焊性試驗(yàn)。其中，鍍覆孔的可焊性試驗(yàn)按如下方法進(jìn)行：焊料溫度為235＋5℃ ，持 續(xù) 時(shí) 間 為(5±1)ｓ ；檢 驗(yàn) 按GB/T4677 - 2002中8.2條進(jìn)行檢驗(yàn)。

2、問題描述

經(jīng)SMT生產(chǎn)線生產(chǎn)的印制板組件在插裝件組裝過程中，發(fā)現(xiàn)印制板組件存在焊盤及導(dǎo)通孔不潤(rùn)濕、可焊性不良等質(zhì)量問題，并且有的印制板上已出現(xiàn)多個(gè)導(dǎo)通孔內(nèi)明顯發(fā)黑現(xiàn)象。可焊性不良印制板如圖1所示。

圖1、可焊性不良印制板

３、排查分析

據(jù)初步判定，因不潤(rùn)濕導(dǎo)致的可焊性不良是由于焊盤及導(dǎo)通孔內(nèi)的鍍層嚴(yán)重氧化所致。

根據(jù)問題現(xiàn)象，尋找故障發(fā)生機(jī)理，對(duì)印制板從制作、貯存到使用各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行逐一梳理后，導(dǎo)致印制板整板不潤(rùn)濕、可焊性不良的故障分析圖如圖2所示。

圖2、印制板不潤(rùn)濕、可焊性不良故障分析圖

3.1 因素編號(hào)

將分析圖中的各類可能因素按一定規(guī)則進(jìn)行編號(hào)后，各因素對(duì)應(yīng)編號(hào)見表1。

表1、可能因素對(duì)應(yīng)編號(hào)

3.2 故障排查

根據(jù)表1所列因素，以及印制板批次和生產(chǎn)使用狀況進(jìn)行整體排查。

3.2.1 故障件比例

經(jīng)SMT生產(chǎn)線共生產(chǎn)了6批次共計(jì)3840塊，其中，后2批次中共計(jì)出現(xiàn)9塊故障件，故障件所占比例為：9/3840-100%=0.23%。

3.2.2 印制板狀況排查

根據(jù)印制板承制廠家的反饋信息，確認(rèn)這6批次印制板為同一批次產(chǎn)品，并且本批次印制板在生產(chǎn)過程中，不存在材料變更、設(shè)備參數(shù)調(diào)整和生產(chǎn)工藝更改等因素。僅從承制廠家反饋信息不能排除制板環(huán)節(jié)引發(fā)故障的可能，即無法排除編號(hào)111、112、121、122、131、132、141、142和143。

3.2.3 印制板流轉(zhuǎn)、貯存情況排查

該批印制板在使用單位的最早入庫時(shí)間到進(jìn)入SMT生產(chǎn)線的生產(chǎn)時(shí)間約為40d，在庫房保存時(shí)間未超過印制板保存要求，且保存時(shí)印制板存放都是整包密封貯存，包裝完好，故排除編號(hào)21、22和23。

3.2.4 SMT生產(chǎn)流程各因素排查

SMT生產(chǎn)流程如圖3所示。針對(duì)9塊故障件，對(duì)SMT生產(chǎn)流程中的各工序進(jìn)行了逐一排查。

圖3、SMT生產(chǎn)流程

PCB板烘干。SMT生產(chǎn)線生產(chǎn)時(shí)，每一批次PCB板的烘干工序均在運(yùn)行可靠的烘干設(shè)備內(nèi)完成，結(jié)合各批次PCB板烘干記錄和烘干后PCB板檢查記錄，并無異?，F(xiàn)象發(fā)生，故排除編號(hào)311。

錫膏型號(hào)。SMT生產(chǎn)線所使用錫膏型號(hào)均為alpha品牌的某一固定型號(hào)錫膏，定點(diǎn)采購、供貨渠道穩(wěn)定且質(zhì)量可靠，經(jīng)前4批次生產(chǎn)驗(yàn)證，無任何因錫膏引發(fā)的質(zhì)量問題發(fā)生，故排除編號(hào)3121和3122。

錫膏回溫使用。錫膏回溫時(shí)間、攪拌時(shí)間均按照工藝規(guī)程要求時(shí)間進(jìn)行；錫膏使用過程中所用的攪拌刀采取及時(shí)清洗、定點(diǎn)存放和專人管理政策，排除了因攪拌刀導(dǎo)致的錫膏污染問題，且前４批次的生產(chǎn)記錄均顯示生產(chǎn)正常，無異常現(xiàn)象發(fā)生，故排除編號(hào)3123。

錫膏印刷。印刷工序均嚴(yán)格按照工藝規(guī)程要求進(jìn)行，前4批次的生產(chǎn)記錄均顯示生產(chǎn)正常，無異?，F(xiàn)象發(fā)生，因印刷工序?qū)CB整板不潤(rùn)濕不造成任何影響，故排除該工序。

貼裝工序。嚴(yán)格按照工藝規(guī)程要求進(jìn)行，由于本工序?qū)CB整板不潤(rùn)濕不造成任何影響，故排除該工序。

回流焊接。焊接工序嚴(yán)格按照工藝規(guī)程要求進(jìn)行，前4批次生產(chǎn)記錄均顯示生產(chǎn)正常，無異?，F(xiàn)象發(fā)生。但由于爐內(nèi)溫度對(duì)PCB板整板的影響較大，尤其當(dāng)焊接溫度達(dá)峰值溫度時(shí)，更是引起整板氧化的關(guān)鍵點(diǎn)。針對(duì)這一因素，當(dāng)初在焊爐選型時(shí)就進(jìn)行了考慮，因此選用了真空汽相回流焊爐。貼裝好的PCB板進(jìn)入真空汽相回流焊爐后，在經(jīng)歷預(yù)熱、潤(rùn)濕和回流焊接等３階段過程中，分別會(huì)在注入汽相液前、焊接結(jié) 束 時(shí)進(jìn) 行抽 真 空 操作，以 確保PCB整板在預(yù)熱、潤(rùn)濕和焊接過程中全程真空保護(hù)，杜絕了焊點(diǎn)及印制板銅箔在高溫下氧化，對(duì)增強(qiáng)焊料的潤(rùn)濕能力、提高焊點(diǎn)質(zhì)量提供了可靠保障。另外，經(jīng)前４批次生產(chǎn)驗(yàn)證，真空汽相焊爐設(shè)備運(yùn)行正常、一致性好，溫度曲線設(shè)置合理，并未出現(xiàn)過部分或整板氧化現(xiàn)象，排除該工序引發(fā)整板氧化的可能性，即排除編號(hào)321和322。

清洗工序。根據(jù)工藝規(guī)程要求，SMT生產(chǎn)線焊接好的組裝件需進(jìn)行清洗，清洗劑為無水乙醇，清洗方式為刷洗；同樣經(jīng)過前４批次生產(chǎn)驗(yàn)證，清洗工序的流程合理，并未出現(xiàn)組裝件上焊盤氧化現(xiàn)象。但由于該工序操作多為人員手工操作，刷洗過程及晾干時(shí)間受人為因素和周圍環(huán)境的影響因素較多，如：刷洗力度大小、環(huán)境濕度大小等都會(huì)造成組裝件在清洗過程中受到不一樣的外力因素影響，故該工序存在引發(fā)氧化的可能性。

檢驗(yàn)工序。檢測(cè)工序由自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備完成。檢測(cè)機(jī)理是根據(jù)焊盤的平整度與檢測(cè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)庫中圖樣相比對(duì)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)異常的圖樣進(jìn)行報(bào)警。但９塊故障組裝件，在設(shè)備檢測(cè)時(shí)并未出現(xiàn)報(bào)警或警示，因故障組裝件的平整度正常，鑒于檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)機(jī)理，該工序不存在引發(fā)整板不潤(rùn)濕的因素存在。

通過上述各流程的排查分析，得出故障發(fā)生的可能環(huán)節(jié)主要集中在印制板的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和 SMT生產(chǎn)后的清洗環(huán)節(jié)。

3.2.5 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)驗(yàn)證步驟如下：首先，選取同一批次的印制板拼板２塊（共計(jì)４塊單板）為試樣，在每塊拼板上選取一塊小板，并從該小板上隨機(jī)選取至少10個(gè)點(diǎn)(5個(gè)表面焊盤、5個(gè)導(dǎo)通孔）進(jìn)行可焊性試驗(yàn)（試驗(yàn)方法如前所述）；然后，將試樣按照SMT生產(chǎn)工藝規(guī)程中真空汽相回流焊接工序進(jìn)行爐內(nèi)模擬焊接，模擬焊接完成后，將試樣置于清洗槽中按照工藝規(guī)程的清洗工序進(jìn)行清洗、晾干；最后，對(duì)每個(gè)試樣中的另一個(gè)小板進(jìn)行可焊性試驗(yàn)。

試驗(yàn)證明，經(jīng)過模擬焊接和清洗工序后，所選２塊試樣的可焊性達(dá)標(biāo)，同時(shí)結(jié)合清洗劑使用原則，經(jīng)過進(jìn)一步排查分析后，排除清洗工序?qū)ζ溆绊?，即排除編?hào)331、332和333。

４、故障定位

在上述排查分析基礎(chǔ)上，選取2塊（1塊正常件、1塊故障件）組裝件作為送檢品進(jìn)行檢驗(yàn)，通過對(duì)送檢品中多個(gè)樣點(diǎn)（焊盤或通孔）進(jìn)行顯微觀察，發(fā)現(xiàn)故障件中的觀察點(diǎn)存在PCB鍍覆層太?。ň幪?hào)131）、金屬化不完整現(xiàn)象，少數(shù)通孔內(nèi)有微量異物（編號(hào)132）；因此，根據(jù)各流程排查分析、檢驗(yàn)相關(guān)結(jié)論及試驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論如下：導(dǎo)致焊盤及通孔不潤(rùn)濕、可焊性不良的根源是印制板本身質(zhì)量存在缺陷，該缺陷造成了焊盤表面及導(dǎo)通孔內(nèi)嚴(yán)重氧化。

5、結(jié)語

由于影響印制板可焊性的因素比較多，各種工藝流程比較復(fù)雜，批量印制板整體質(zhì)量控制有一定的難度。本文通過對(duì)生產(chǎn)過程中的流程梳理和分析，并結(jié)合檢驗(yàn)及試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)引起印制板可焊性不良原因進(jìn)行了排查、分析和定位。該分析方法對(duì)于類似質(zhì)量問題的排查具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。