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smt回流焊立碑現象的分析

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smt回流焊立碑現象的分析

發布日期:2018-01-22 16:00 來源:http://www.destinationoresund.com 點擊:

在表面貼裝工藝的回流焊接工序中,貼片元件會產生因翹立而脫焊的缺陷,人們形象的稱之為"立碑"現象(即曼哈頓現象)。 

        " 立碑"現象發生在CHIP元件(如貼片電容和貼片電阻)的回流焊接過程中,元件體積越小越容易發生。其產生原因是,元件兩端焊盤上的錫膏在回流融化時,對元件兩個焊接端的表面張力不平衡。具體分析有以下7種主要原因:

1) 加熱不均勻 回流爐內溫度分布不均勻 板面溫度分布不均勻

2) 元件的問題 焊接端的外形和尺寸差異大 焊接端的可焊性差異大 元件的重量太輕

3) 基板的材料和厚度 基板材料的導熱性差 基板的厚度均勻性差

4) 焊盤的形狀和可焊性 焊盤的熱容量差異較大 焊盤的可焊性差異較大

5) 錫膏 錫膏中助焊劑的均勻性差或活性差 兩個焊盤上的錫膏厚度差異較大 錫膏太厚

印刷精度差,錯位嚴重

6) 預熱溫度 預熱溫度太低

7) 貼裝精度差,元件偏移嚴重。

"豎碑"現象是以上各種因素混合作用的結果,下面對以上這些主要因素做簡單分析。

表1

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焊接方法 發生率

GRM39(1.6×0.8×0.8mm) GRM40(2.0×1.25×1.25mm)

氣相加熱 6.6% 2.0%

紅外熱風回流焊 0.1% 0

預熱期: 表1是紅外線加熱和氣相加熱回流焊中豎碑現象的試驗統計結果,在試驗中采用了1608和2125貼片電容,試驗是紅外與熱風回流焊和無預熱的氣相加熱回流焊,從表中可以很明顯看出豎碑現象的發生率,后者遠大于前者,這是因為氣相加熱沒有預熱區,使升溫速度很快,結果元件兩端錫膏不同時熔化的概率大大增加。

預熱溫度和時間相當重要,我們分別對預熱時間1-3分鐘,預熱溫度130-160度條件下的回流焊接作了試驗統計,結果可以很明顯的看出,預熱溫度越高、預熱時間越長,"豎碑"現象的發生率就越低。

我們進行試驗的預熱Z高溫度是170度,比正常生產時的預熱溫度要稍高一點,發現預熱溫度從140度上升到170度時,"豎碑"現象的發生率大大降低。這是因為預熱溫度越高,進回流焊后,元件兩端的溫關越小,兩端焊錫膏熔化時間越接近。但是錫膏在較高的預熱溫度下越久,其助焊劑的劣化就越嚴重,助焊越差,越容易產生焊接缺陷。

焊盤尺寸 焊盤尺寸與豎碑現象發生率關系的試驗結果,很明顯,當B和C減小時,豎碑現象的發生率降低,但是當C小于0.7mm時,隨著C的減小,元件移位的缺陷的發生率明顯上升。見示意圖

試驗中發現焊盤間距從2.8mm減小至2.0mm,"豎碑"現象的發生率降低了9成,僅為原來的十分之一。這是因為焊盤尺寸減小后,錫膏的涂布量相應減少,錫膏熔化時的表面張力也跟著減小。所以在設計中,在保證焊接點強度的前提下,焊盤尺寸應盡可能小。 錫膏厚度 印刷模板的厚度為20UM時豎碑現象的發生率遠遠大于模板厚度為100UM時情況。這是因為1、減小鋼模厚度,就是減小了錫膏的量,錫膏熔化時的表面張力隨之減小。2、減小鋼模厚度,使錫膏較薄,整個焊盤的熱容量減小,兩個焊盤上錫膏同時熔化的概率大大增加。

貼裝精度 一般情況下,貼裝時產生的元件偏移,在回流過程中,由于錫膏熔化時的表面張力,拉動元件而自動糾正,我們稱之為"自適應"。但偏移嚴重時,拉動反而會使元件立起,產生豎碑現象。這是因為:1、從元件焊接端向錫膏傳遞的熱量不平均,焊膏少的那端加熱時先熔化。2、元件兩端與錫膏的粘力不平。

基板材料 試驗采用了3種不同材料的基板,發現豎碑現象在紙基環氧板中發生率Z高,其次是玻璃環氧板,礬土陶瓷板Z低,這是因為不同材料的導熱系數和熱容量不同。

錫膏 由于錫膏中助焊劑成分、活性和金屬含量不同,"豎碑"現象的發生也不盡相同。

元件重量 重量越小的元件,發生缺陷率越高。

當然,還有其它很多影響因素,比如嚴重偏移、焊盤有過孔、焊盤設計不一致,錫焊涂布不均勻等等。

隨著貼裝精密度的不斷提高,體積更小的0603和0402、0201等元件越來越多的被使用,只不過由于貼裝偏移造成的豎碑現象占整個缺陷發生率的比例大大提高,變成關鍵因素。

如何避免豎碑現象的發生

1、 焊盤、元件表面無氧化。

2、 焊盤設計一致,焊盤上面無過孔。

3、 貼片時盡量保證貼裝精度在90%以上。

4、 再流焊爐在焊接時一定要先試驗,找到合適的溫度曲線工藝后再大批量焊接。

5、開鋼網一般地,模板開孔的尺寸應比相對應焊盤小10%,建議按第二種方式

6.預熱期當預熱溫度設置較低、預熱時間設置較短,元件兩端焊膏不同時熔化的概率就大大增加,從而導致兩端張力不平衡形成“立碑”,因此要正確設置預熱期工藝參數。根據我們的經驗,預熱溫度一般150+10℃,時間為60-90秒左右。

7.焊盤尺寸設計片狀電阻、電容焊盤時,應嚴格保持其全面的對稱性,即焊盤圖形的形狀與尺寸應完全一致,以保證焊膏熔融時,作用于元件上焊點的合力為零,以利于形成理想的焊點。

8.焊膏厚度當焊膏厚度變小時,立碑現象就會大幅減小。這是由于:(1)焊膏較薄,焊膏熔化時的表面張力隨之減小。(2)焊膏變薄,整個焊盤熱容量減小,兩個焊盤上焊膏同時熔化的概率大大增加。焊膏厚度是由模板厚度決定的,表2是使用o.1mm與0.2mm厚模板的立碑現象比較,采用的是1608元件。一般在使用1608以下元件時,推薦采用0.15mm以下模板。

9.貼裝偏移一般情況下,貼裝時產生的元件偏移,在回流過程中會由于焊膏熔化時的表面張力拉動元件而自動糾正,我們稱之為“自適應”,但偏移嚴重,拉動反而會使元件立起產生“立碑”現象。這是因為:(1)與元件接觸較多的焊錫端得到更多熱容量,從而先熔化。(2)元件兩端與焊膏的粘力不同。所以應調整好元件的貼片精度,避免產生較大的貼片偏差。


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