PCBA電路板SMD元件立碑的原因及解決方案! - 人人焦點
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SMT回流焊接「立碑」現象發生在CHIP元件(如SMD貼片電容和SMD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 ...
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SMT製程常見焊接異常--PCBA電路板SMD元件立碑的原因及解決方案!
2022-01-01SMT電子智造微營銷平台
我們在進行SMT工藝研究和生產中,深知合理的SMT表面組裝工藝技術在控制和提高SMT產品質量中起著至關重要的作用。
在SMT工藝中回流焊接也是很重要的一環節,但在實際操作中我們經常會看到有很多小的CHIP元器件特別是貼片電阻會出現SMD貼片元件豎起而脫焊的缺陷,這種缺陷人們形象的稱之爲"立碑",同時又稱豎碑、吊橋、曼哈頓現象。
SMT回流焊接「立碑」現象發生在CHIP元件(如SMD貼片電容和SMD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,從而導致立碑現象的發生。
領略SMT回流焊接過程中神奇的立碑現象精彩視頻演示非常精值得一看 (點下方視頻即可收看)↓↓立碑原因與錫膏、零件、基版設計、回流焊都有直接關係,當立碑效應發生時都應予確認改善,藉以提高SMT生產良率。
下列情況均會導致回流焊時元件兩邊的溼潤力不平衡:1)焊盤設計與布局不合理,如果焊盤設計與布局有以下缺陷,將會引起元件兩邊的溼潤力不平衡。
焊盤尺寸與豎碑現象發生率關係的試驗結果,很明顯,當A和B減小時,豎碑現象的發生率降低,但是當A小於0.7mm時,隨著A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,僅爲原來的十分之一。
這是因爲焊盤尺寸減小後,錫膏的塗布量相應減少,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,焊盤尺寸應儘可能小。
①元件的兩邊焊盤之一與地線相連接或有一側焊盤面積過大,焊接端的外形和尺寸差異大,焊盤的熱容量差異較大,可焊性差,焊盤、元件表面有氧化,元件的重量太輕,焊盤兩端熱容量不均勻。
②PCB基板材料的導熱性差,基板的厚度均勻性差,PCB表面各處的溫差過大以致元件焊盤兩邊吸熱不均勻。
③大型器件QFP、BGA、散熱器周圍的小型片式元件焊盤兩端會出現溫度不均勻。
解決辦法:改變焊盤設計與布局。
2)焊錫膏與焊錫膏印刷存在問題。
錫膏中助焊劑的均勻性差或焊錫膏的活性不高或元件的可焊性差,焊錫膏熔化後,表面張力不一樣,將引起焊盤溼潤力不平衡,兩個焊盤的焊錫膏印刷量不均勻,多的一邊會因焊錫膏吸熱量增多,融化時間滯後,以致溼潤力不平衡。
(SMT焊錫耗材料)錫膏印刷厚度因素:①減小鋼網板厚度,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。
錫膏印刷偏位,如下圖所示,如果鋼網開孔爲了避免錫珠問題而增加焊盤之間的間距,或錫膏印刷偏位,回流焊接後的立碑發生機率就會大增。
所以,控制錫膏印刷問題是很關鍵的,當然這在實際生產中是很容易發現的。
但鋼網的開孔設計就比較難發現了,通常推薦鋼網開孔間距保持與表中C值一致。
開鋼網一般模板開孔的尺寸應比相對應焊盤小10%,建議按第二種方式 鋼網設計上,在兩個網孔的內側距離上保持適當的值可以有效地防止立碑發生;解決辦法:選用活性較高的焊錫膏,改善焊錫膏印刷參數,特別是模板的窗口尺寸。
3)貼片移位,貼裝精度差,元件偏移嚴重。
Z軸方向受力不均勻,會導致元件浸入到焊錫膏中的深度不均勻,熔化時會因時間差而導致兩邊的溼潤力不平衡,如果元件貼片移位會直接導致立碑。
一般情況下,貼裝時產生的元件偏移,在回流過程中,由於錫膏熔化時的表面張力,拉動元件而自動糾正,我們稱之爲"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。
這是因爲:從SMD貼片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;元件兩端與錫膏的粘力不平。
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,只不過由於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。
解決辦法:調節貼片機工藝參數。
4)爐溫曲線不正確 如果回流焊爐爐體過短和溫區太少就會造成對PCB加熱的工作曲線不正確,以致板面上溼差過大,從而造成溼潤力不平衡。
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解決辦法:根據每種不同產品調節好適當的溫度曲線;需要考慮整個PCB板的熱均衡,回流時如果PCB板上的熱量差異大,可能導致熱衝擊問題,當升溫過快可能導致PCB板上的熱量分布不均衡而發生立碑問題,小於2°C每秒的升溫斜率,在回流前儘量保持PCB板溫度均衡,可以防止立碑問題;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後再大批量焊接。
5)氮氣回流焊中的氧濃度 採取氮氣保護回流焊會增加焊料的溼潤力,但越來越多的例證說明,在氧氣含量過低的情況下發生立碑的現象反而增多;通常認爲氧含量控制在(100~500)×10的負6次方左右最爲適宜。
(氧氣含量分析儀在氮氣回流焊應用)(回流焊SMT車間使用現場)隨著組裝密度的提高,精細間距(Finepitch)組裝技術的出現,產生了充氮回流焊工藝和設備,改善了回流焊的質量和成品率,已成爲回流焊的發展方向。
SMT氮氣回流焊有以下優點:(1)防止減少氧化(2)提高焊接潤溼力,加快潤溼速度(3)減少錫球的產生,避免橋接,得到列好的焊接質量得到好的焊接質量特別重要的是,可以使用更低活性助焊劑的錫膏,同時也能提高焊點的性能,減少基材的變色,但是它的缺點是成本明顯的增加,這個增加的成本隨氮氣的用量而增加,當你需要爐內達到1000ppm含氧量與50ppm含氧量,對氮氣的需求是有天壤之別的。
現在的錫膏製造廠商都在致力於開發在較高含氧量的氣氛中就能進行良好的焊接的免洗焊膏,這樣就可以減少氮氣的消耗。
氮氣回流可以有效提升焊接質量,一般而言,若使用氮氣爐,因爲在加熱過程中,有氮氣保護作用,故其零件腳PCB PAD,錫粉顆粒等再度氧化情形,皆會有效地被遏阻,故其FLUX可在無太多氧化物的阻撓下,快速焊接,因爲潤溼時間的降低,其溶錫時間更爲快速,其瞬間的拉力變爲更強。
若此時零件只要稍爲不平衡氮氣更易將此不平衡表現出來,造成立碑。
(SMT回流焊接)但是這沒有一個標準值,根據實際經驗,氧氣含量過低又可能導致立碑發生,大於1000PPM的氧氣含量一般不會導致立碑問題;通常氧氣濃度控制在1000—1500PPM,這既有利於焊接的完成也不容易發生立碑問題。
大家都知道,氮氣屬於惰性氣體,它隔絕氧氣的影響而提高了焊接端子的可焊性,錫膏的潤溼性,錫膏熔化後在PCB焊盤和元件端子的爬升能力。
這對於焊接質量來說,不管是產線的良率問題還是焊點的可靠性來講都是很有幫助的。
拋開成本因素,這是非常有必要的。
使用焊錫性較佳的錫膏與開氮氣有異曲同工之妙,氮氣屬於"預防措施"避免零件腳,PCB PAD錫粉顆粒在加熱過程中再度氧化,使用焊錫性較佳的錫膏屬於"治療措施",將已生成的氧化物能快速有效地去除,從潤溼平衡可看出,焊錫性較佳的錫膏其潤溼時間較快,若此時零件只要稍爲不平衡時,焊錫性較佳的錫膏,易將此不平衡給表現出來,造成立碑。
來了,就聊聊。
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