SMT貼片生產過程中的“立碑現象”
立碑現象是由回(hui)流(liu)焊過程中(zhong)CHIP元件兩端焊盤(pan)上錫膏的(de)(de)表(biao)(biao)面張力不(bu)平衡引(yin)起的(de)(de)。表(biao)(biao)現為(wei)元器件的(de)(de)一部分或(huo)全部豎立,通常被(bei)稱為(wei)墓(mu)碑現象(Tomb Stone Effect)、吊橋現象(Draw-bridging Effect)或(huo)曼(man)哈(ha)頓現象(Manhattan Effect)。曼(man)哈(ha)頓現象得名于紐約(yue)曼(man)哈(ha)頓區(qu)的(de)(de)高(gao)樓(lou)(lou)林立,該區(qu)因(yin)地質(zhi)原因(yin)特(te)別(bie)適合建造高(gao)樓(lou)(lou)。曼(man)哈(ha)頓區(qu)有(you)超(chao)過5500棟(dong)高(gao)樓(lou)(lou),其中(zhong)35棟(dong)高(gao)度超(chao)過200米,是世界上最(zui)大(da)的(de)(de)摩天大(da)樓(lou)(lou)集中(zhong)區(qu),包括帝(di)國大(da)廈、洛克菲勒中(zhong)心、克萊斯勒大(da)廈、大(da)都會(hui)人壽保險大(da)廈等標志性建筑(zhu)。
墓(mu)碑現象(xiang)(Tomb Stone Effect) 和 吊橋現象(xiang)(Draw-bridging Effect)比(bi)較(jiao)直觀,容易理解(jie),而曼哈頓(dun)現象(xiang)(Manhattan Effect)這看起來有點晦澀,早(zao)期的(de)(de)SMT文獻(xian)翻(fan)譯者(zhe)可能因(yin)為曼哈頓(dun)現象(xiang)這個詞看起來比(bi)較(jiao)炫,所以用的(de)(de)比(bi)較(jiao)多,以致現在很(hen)多人不(bu)知所以然。
立 碑
在表面貼裝工藝的回流焊接過程中,貼片元件會產生因翹立而脫焊的缺陷,如圖 4 ,人們形象地稱之為 “ 立碑 ” 現象 ( 也有人稱之為 “ 曼哈頓 ” tomb stone現象 ) 。
“ 立碑 ” 現象常發生在 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。特別是 1005 或更小釣 0603 貼片元件生產中,很難消除 “ 立碑 ” 現象。
“ 立碑 ” 現象的產生是由于元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時,元件兩個焊端的表面張力不平衡,張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉而致。造成張力不平衡的因素也很多,下面將就一些主要因素作簡要分析。
1 .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。
2. 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。設計是制造過程的第一步,焊盤設計不當可能是元件豎立的主要原因。具體的焊盤設計標準可參閱 IPC-782 《表面貼裝設計與焊盤布局標準入事實上,超過元件太多的焊盤可能允許元件在焊錫濕潤過程中滑動,從而導致把元件拉出焊盤的一端。
對于小型片狀元件,為元件的一端設計不同的焊盤尺寸,或者將焊盤的一端連接到地線板上,也可能導致元件豎立。不同焊盤尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盤加熱和錫膏流動時間。在回流期間,元件簡直是飄浮在液體的焊錫上,當焊錫固化時達到其最終位置。焊盤上不同的濕潤力可能造成附著力的缺乏和元件的旋轉。在一些情況中,延長液化溫度以上的時間可以減少元件豎立。
3 .焊膏厚度
當焊(han)(han)(han)膏(gao)厚度變小時(shi)(shi)(shi),立碑現象就會(hui)大幅減(jian)小。這是(shi)由于: (1) 焊(han)(han)(han)膏(gao)較(jiao)薄,焊(han)(han)(han)膏(gao)熔化時(shi)(shi)(shi)的表面張力隨(sui)之減(jian)小。 (2) 焊(han)(han)(han)膏(gao)變薄,整(zheng)個焊(han)(han)(han)盤熱容量減(jian)小,兩個焊(han)(han)(han)盤上焊(han)(han)(han)膏(gao)同時(shi)(shi)(shi)熔化的概率大大增加。焊(han)(han)(han)膏(gao)厚度是(shi)由模板(ban)(ban)厚度決定的,表 2 是(shi)使用 0.1mm 與 0.2mm 厚模板(ban)(ban)的立碑現象比較(jiao),采(cai)用的是(shi) 1608 元(yuan)件。一(yi)般在(zai)使用 1608 以下(xia)元(yuan)件時(shi)(shi)(shi),推薦(jian)采(cai)用 0.15mm 以下(xia)模板(ban)(ban)。
4. 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。
5 .元件重量
較輕的元件 “ 立碑 ” 現象的發生率較高,這是因為不均衡的張力可以很容易地拉動元件。所以在選取元件時如有可能,應優先選擇尺寸重量較大的元件。
焊接(jie)缺陷還(huan)有(you)很(hen)多(duo),本文列舉的只是(shi)三(san)種最為常見的缺陷。解決這(zhe)(zhe)些(xie)焊接(jie)缺陷的措(cuo)施也很(hen)多(duo),但往往相互制約。如提高預熱(re)溫度可(ke)(ke)有(you)效消除立(li)碑,但卻有(you)可(ke)(ke)能因為加(jia)熱(re)速度變快而產生大(da)量的焊錫球(qiu)。因此在(zai)解決這(zhe)(zhe)些(xie)問題時應(ying)(ying)從多(duo)個方面進行考慮,選擇(ze)一(yi)個折(zhe)衷方案,這(zhe)(zhe)一(yi)點在(zai)實際工作中(zhong)我們應(ying)(ying)切(qie)記(ji)。
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