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碑立—SMT再流焊工艺中的顽症!

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  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-3 15:20
  • 签到天数: 3 天

    [LV.2]偶尔看看I

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    1#
    发表于 2007-9-7 23:22 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    摘  要:电子产品自进入表面组装之后,大批量再流焊工艺过程中,无源片式器件的碑立现象给电路制造商增加许多麻烦。片式器件质量与尺寸不断缩小,高温无铅焊料的应用,碑立更引起人们的重视。本文对碑立的成因进行分析,介绍解决碑立的基本思路9 O, Q1 u" |; J
    关键词:碑立,热容,温差,充氮气相再流焊。% o: ], n! `- e# Z
    1.           引 言
    6 k7 W/ J' c( Y( H" `  `电子产品自进入表面组装之后,大批量再流焊工艺过程中,无源片式器件的碑立现象给电路制造商增加许多麻烦。5 {4 y/ {1 d$ t# p0 C8 Z
    碑立—在再流焊过程中,无源器件部分或全部被举起,如图 1 所示;小型片式器件的一引线端连接在焊盘上,而另一引线端被高高垂直举起,有时被倾斜,有时器件像石碑一样直立。
    8 n$ v' n# t$ K; U* L2 B  v‘石碑’这样的比喻,正是非常确切。碑立这种缺陷需要焊后返工操作,或由于需要纠正及高质量成本而被报废。
    ( M2 t6 F. w& h) w7 s" u4 o; R在早期SMT制造过程,通常碑立与气相再流焊(冷凝焊)连系在一起,在众多原因中,归属于快速升温加热的原故。随着气相再流工艺的衰退,特别是强制对流工艺及先进的控温系统,表贴器件焊接的碑立现象几乎已消失。
    ) E  H# T* n' L% Z2 L然而,碑立问题远没有完全得到解决。由于片式器件质量与尺寸不断缩小,高温无铅焊料的应用,碑立又重新引起人们的重视。在充氮再流系统的气相再流焊工艺中,新型器件或印制板的无源片式器件越来越小,原先不希望出现的碑立现象,重新又回潮。
    8 }2 `; _  {- q) Y' i: @& P% c2.           究其根源何在?: w4 O! j1 y3 {' _6 `5 ^% Z
    众知造成碑立的原因之一是无源器件的两焊点间初始湿润的差别。不均衡的湿润状态是两焊接表面的湿润性与温度的不同所致。作为理想状态是器件两引线端同时再流形成焊点。此时,作用在两端焊接表面的湿润力/表面张力会同时作用相互抵消,于是就不会发生碑立项象。# H5 j* ^9 h% m  [0 Z6 H
    如果器件的一引线端与焊盘很快湿润再流,作用在形成焊点上的力将抬举器件与引线端。而另一端焊料没有熔融,通过被湿润的引线端与印制板被湿润的焊盘间表面张力,拉住固定器件。# m7 d7 ?" X$ v8 C+ T0 r8 K4 ^+ B
    3.           初始湿润的机理是什么?
    . s1 Q+ J1 M' Y; I$ n/ ?1 _. U3 U& P8 t湿润的机理由三个重要参数;, a: X1 m. p( X! e& v6 c- V3 Z
    l        初始湿润的时间
    8 d9 }4 ^0 C! n4 D/ Q; zl        湿润力
    ' s& O; u, j0 D- Q2 N7 _- sl        完全湿润的时间
    2 P% v0 r) c5 a+ G如很快完全湿润,将会导致碑立地发生,这因为完全湿润时,作用在焊点与器件上的力是最大的。
    6 ~# N4 s/ M% j) I" D, r假定器件的一端达到完全湿润的速度明显要快于另一端,湿润力有可能直立拉住器件,这是因如果端头过焊膏过量,力作用在器件引线端直角边与顶面的缘故,而器件未被再流的一端将被抬举脱离焊盘,最终造成碑立现象。  m+ o, i, t& I
    4.           热容对焊接的影响
    ( U( l' @/ h0 d9 z2 K5 Q8 k* Q: r图 1 碑立焊接端的显微图像8 t: O8 n0 i) Y7 K  g; Z; l& w2 P$ e( d
    器件任一焊接端的热容直接会影响碑立的产生。焊接的热容不均等是造成碑立的根本原因,较小热容的一端将先湿润,于是枪先对器件施加力,无源器件两引线端的热容不同的可能有;焊盘尺寸公差,器件引线端金属化公差,焊膏印刷量公差,通孔或印制板内层布局布线等。5 \8 G; M/ \( X( B; L7 z
    4.1  印制板焊盘的热容5 L( S; ^: A8 @/ d8 l% n
    焊盘尺寸愈大,焊膏熔融的表面积愈大,则表面张力也就大。焊盘尺寸的变化很大,器件供应商会推荐与器件类型相配的焊盘尺寸规格,但是制造的公差并没规定。变动的公差会对焊盘热容产生很大的影响。
    + h. e) Y8 K- j# }另外,焊盘尺寸与公差与器件贴装精度有关。这、种情况经常如此,但并非全是,焊盘尺寸/热容与器件规格及碑立的产生成正比例关系的。如图 2所示焊盘尺寸与推荐公差;
    1 S* p+ |/ g; ?8 D1 m4 V图 2  焊盘尺寸与推荐公差
    ' K  w; G* W' ]. |2 W& c4.2  器件引线端的热容、: J4 y/ w& c% r% Y" M  l% X
    与器件类型及外形相关的热容直接影响焊接工艺的加热速度与时间。这些公差仅以正常数值表示,但是相对的,因为随着器件的小型化,那些与焊盘,金属化及贴装速度有关的尺寸参数将变得更为重要。如 图 3 所示 器件引线端类型与器件外形的数据;0 j# I& J- |! g, E
    图 3 器件引线端类型与器件外形4 e) C- _" ~6 u: N, X
    4.3           焊膏的热容5 L4 ~& E9 `" }
    少量焊膏的焊盘要比过量焊膏的焊盘再流快得多,不论采用何种方法,焊盘沉积的焊膏必须与形成合格的焊点连接匹配,不得过量。更重要的是,在再流前,焊盘间的焊膏必须均匀。三维焊膏图像有助与工程师检测焊膏的热容,使其在控制之下。
    * y' B+ ?* r9 I! t* p7 H! [! ]虽然少量焊膏能更快速升温,但器件的贴装位置实际上在加热升温中也起到作用,器件贴装对准问题也可能会造成器件引线端的明显偏移,这样势必产生热容的不一样,结果得到两引线端间的温差扩大& q: t: P0 |+ d" w1 {: I
    (Δt)。要克服这个问题,焊膏必须在几分之一秒内迅速熔融。  T& E4 G% N5 m& X. i3 z
    5.           尽可能小的温差% X. p0 p+ y  q9 J
    焊盘与引线端表面无氧化及清洁是将很快初始湿润,较小的表面张力,较大的湿润力,且很快完全湿润。假定器件的两引线端同样程度被氧化,有些氧化面将延迟初始湿润时间,被延迟初始湿润时间的部位将有更多时间提升焊盘或引线端的温度,以减少两端间的温差
    , [8 x* s: Q* f; @9 h0 Z- N) K(Δt)。
    ! Y  M3 A2 |7 j  u0 o% `& ]- `凭经验得;较小的温差(Δt),初始湿润的时间差也小,当无源器件两端没有同样的湿润性,就可能产生碑立,因可焊性好的引线端相比之下会更快达到完全湿润。
    7 G7 A3 `) W& A, j; n$ n8 j最常见影响可湿润性的是那个因素?举例;当器件引线端金属化损坏,没有正确涂复或污染,这就减少可湿润的表面积。如图 4所示;
    4 B! {( y' r5 O5 I1 i) E8 l# @/ l可见碑立电阻器的显微图像,在抬举未被焊接的端头显示涂层减薄,降低可焊性
    ' H4 w0 R3 b. f' D  @图 4 抬举未被焊接的端头显示涂层减薄降低可焊性- l/ [- @( g6 v" ^* I
    6.           充氮/气相再流焊
    5 a0 M- r% w* s! u# E+ q' q9 i在焊接的升温至再流过程中,氮能防止焊接表面重新氧化,有助加快初始湿润。气相焊工艺包括焊接过程升温的控制。与氮气氛再流类似,气相焊在升温至再流过程中能防止表面重新氧化。这两种工艺,与常规再流焊工艺比较,在进入再流过程,极少发生金属表面的氧化。籍此清洁的表面将很快湿润。
    , w2 {* k; x# z+ F4 X7 L' q2 T快速湿润不能提供更多时间来减少温差的减少(Δt)。额外延迟初始湿润,以减少温差(Δt)完全是最大程度减少碑立现象所必需的。所以充氮再流焊与气相焊两种工艺,可实现碑立发生的减少。
    3 w; d7 b% ^+ m. }7.温度与表面状态两因素! b: a# t: u( a/ h+ V# B0 Q5 y8 ^
    表 1 所列两种产生碑立的因素:包括与印制板及器件的表面有关的因素 ,如可焊性,涂层的氧化及损坏。与温度有关的因素,如温差(Δt)与热耗散。如表所示,这两种因素有组合影响,焊膏的热稳定性与合金选择必须加以考虑。
    % S8 A0 u4 Y- ]" Z) q5 }' P# \ * F+ I* v  z' a+ B! v
    8.  焊膏解决方案
    8 _2 h) _6 n, k" h1 @0 d; G: d+ [消除碑立或最大程度减少碑立现象的发生可通过焊膏的选择实现。首先,使用具有粘着性的热稳定助焊剂系统,其二焊膏的金属粒子采用两种不同共晶点的材料;50%熔点为179℃,另一种熔点为183℃。
    5 r7 c* e% x1 J4 B7 Z4 g  i' E% T# T. L
    183℃熔融的焊料固体粒子阻碍熔融较快焊点湿润力产生的角度倾斜作用。另一个焊盘的179℃的焊膏合金在几分之秒更多时间来湿润,于是重新回复达到平衡。
    5 y( r9 Q7 ]7 z7 u! Q- a) `5 s$ u! yKlein使用模型来描述碑立现象,表面张力起到重要作用。 然而排除了在熔融时焊膏的粘度的影响。
    1 N0 Q, ^9 Q. A: E+ J2 H- I8 {$ [
    # {& t( t+ ~9 ^; x9 H
    图 5 碑立模型—熔融时焊膏粘度的作用
    在179℃至183℃的温度范围中,焊膏成为在Sn62液相中悬浮的混合体,这种悬浮体要比完全液相明显高的粘度,较高的粘度机械阻碍器件角度倾斜作用来平衡表面张力,所以粘度是一个重要参数应附加在此模型中,如图5所示。; r, _0 o8 u. X  i4 H) O+ X# k
    9.完全解决方案
    3 C! U! k& X% M+ ?) y: q5 `碑立现象的产生可通过下面三个基本原则防止;, c6 r. j$ o7 n
    l        控制再流焊工艺的温度加热曲线,最大程度减少温差(Δt)。
    ) `% A* ]3 V. F/ x& L1 X" p; C( zl        控制印制板,器件,器件贴装的公差。
    - s% B7 E) |$ z( K( rl        控制充氮再流焊工艺中的氧分量,应小于500ppm。
    8 Z3 H" z- S( O5 h( S碑立是一个可防止的焊接缺陷,只要认真分析原因加以解决,减少其影响,最终能达到高产能,低缺陷率及低返工成本。

    该用户从未签到

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    发表于 2014-10-20 17:31 | 只看该作者
    产生焊接立碑主要原因:" S: L5 R. g9 i# \) ?
    1、贴装偏移& [, v  Q) J$ O7 t+ m
    对策:调整贴片机坐标
    ! w+ \: K% h8 T- v8 D, v$ V2、设计问题:& `, C! D: V8 Z6 [
    2.1 焊盘间距过大或或小8 Q8 e2 {7 h3 X: C5 l3 ^, a
    2.2焊盘尺寸不一致
      R7 u: [$ e5 j1 q( R2.3焊盘设计受热不均匀" p$ S/ {5 n$ `: x+ |. n' k
    2.4元件布局不合理,例如:又高又大的元件边缘有很小的元件。0 W2 @2 o' l% i
    对策:需要调整设计
    ( _% z4 e/ f8 p# Z) i) o3、回流温度不均匀,如果是热风对流的回流焊,也有可能会是热风不对称。& `: T: d. k; q7 w/ D
    对称:调温度
    3 b& _5 b+ A# G7 w$ ^

    该用户从未签到

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    发表于 2014-10-20 17:33 | 只看该作者
    58710780 发表于 2008-1-7 09:33
    7 t  M" {, @' w. L, n什么牌子的??

    0 m/ l" d1 X' Z4 e# w* U. j个人意见:防立碑的锡膏,行业中是没有的,有也是广告效应。. s4 n% L1 a! m! X3 ~: ^' J# v
    & D( v6 t! r, s, V0 E- R
  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-11-28 15:36
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    推荐
    发表于 2014-6-2 22:32 | 只看该作者
    没想到小小的立碑现象,有这么多的学问

    该用户从未签到

    2#
    发表于 2007-11-6 16:57 | 只看该作者
    高论,收藏。

    该用户从未签到

    3#
    发表于 2008-1-6 21:34 | 只看该作者
    现在有防立碑锡膏

    该用户从未签到

    4#
    发表于 2008-1-7 09:33 | 只看该作者
    原帖由 hejingqiang 于 2008-1-6 21:34 发表 , x9 z0 p- Q" l" o' b2 d8 X7 m, U
    现在有防立碑锡膏
    5 p, S, _9 d8 y- y' L& I3 w& M
    什么牌子的??

    该用户从未签到

    5#
    发表于 2008-3-18 06:17 | 只看该作者

    感谢共享!感谢共享!

    感谢共享!感谢共享!

    该用户从未签到

    6#
    发表于 2010-9-2 16:24 | 只看该作者
    个人觉得除了SMT工艺外,PCB设计也是很重要的,焊盘设计,焊盘引线考虑等等
  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-7-15 15:55
  • 签到天数: 4 天

    [LV.2]偶尔看看I

    7#
    发表于 2010-11-9 23:07 | 只看该作者
    学问还真不少
  • TA的每日心情
    慵懒
    2024-12-11 15:29
  • 签到天数: 335 天

    [LV.8]以坛为家I

    8#
    发表于 2011-3-9 10:04 | 只看该作者
    防立碑锡膏?应该只是增加助焊剂的黏性跟酸性吧?

    该用户从未签到

    9#
    发表于 2011-5-25 16:19 | 只看该作者
    好文章.....

    该用户从未签到

    10#
    发表于 2011-5-26 00:37 | 只看该作者
    妈妈说过,顶帖的都是好人呀,哈~

    该用户从未签到

    11#
    发表于 2011-6-30 11:56 | 只看该作者
    又捡到学问了

    该用户从未签到

    12#
    发表于 2011-12-23 14:50 | 只看该作者
    学习

    该用户从未签到

    13#
    发表于 2012-7-20 14:51 | 只看该作者
    謝謝分享

    该用户从未签到

    14#
    发表于 2012-9-14 14:14 | 只看该作者
    ok~~~
  • TA的每日心情
    开心
    2022-12-2 15:21
  • 签到天数: 16 天

    [LV.4]偶尔看看III

    15#
    发表于 2012-9-19 09:10 | 只看该作者
    谢谢分享学习了
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