SMT貼片生產(chǎn)過程中的“立碑現(xiàn)象”
立碑現(xiàn)象是由回流焊過程中CHIP元件兩端焊盤上錫膏的表面張力不平衡引起的。表現(xiàn)為元器件的一部分或全部豎立,通常被稱為墓碑現(xiàn)象(Tomb Stone Effect)、吊橋現(xiàn)象(Draw-bridging Effect)或曼哈頓現(xiàn)象(Manhattan Effect)。曼哈頓現(xiàn)象得名于紐約曼哈頓區(qū)的高樓林立,該區(qū)因地質(zhì)原因特別適合建造高樓。曼哈頓區(qū)有超過5500棟高樓,其中35棟高度超過200米,是世界上最大的摩天大樓集中區(qū),包括帝國大廈、洛克菲勒中心、克萊斯勒大廈、大都會人壽保險大廈等標志性建筑。
墓碑現(xiàn)象(Tomb Stone Effect) 和 吊橋現(xiàn)象(Draw-bridging Effect)比較直觀,容易理解,而曼哈頓現(xiàn)象(Manhattan Effect)這看起來有點晦澀,早期的SMT文獻翻譯者可能因為曼哈頓現(xiàn)象這個詞看起來比較炫,所以用的比較多,以致現(xiàn)在很多人不知所以然。
立 碑
在表面貼裝工藝的回流焊接過程中,貼片元件會產(chǎn)生因翹立而脫焊的缺陷,如圖 4 ,人們形象地稱之為 “ 立碑 ” 現(xiàn)象 ( 也有人稱之為 “ 曼哈頓 ” tomb stone現(xiàn)象 ) 。
“ 立碑 ” 現(xiàn)象常發(fā)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(fā)生。特別是 1005 或更小釣 0603 貼片元件生產(chǎn)中,很難消除 “ 立碑 ” 現(xiàn)象。
“ 立碑 ” 現(xiàn)象的產(chǎn)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(zhuǎn)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(yù)熱期
當預(yù)熱溫度設(shè)置較低、預(yù)熱時間設(shè)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(dǎo)致兩端張力不平衡形成 “ 立碑 ” ,因此要正確設(shè)置預(yù)熱期工藝參數(shù)。根據(jù)我們的經(jīng)驗,預(yù)熱溫度一般 150+ 10℃ ,時間為 60-90 秒左右。
2. 焊盤尺寸
設(shè)計片狀電阻、電容焊盤時,應(yīng)嚴格保持其全面的對稱性,即焊盤圖形的形狀與尺寸應(yīng)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(shè)計是制造過程的第一步,焊盤設(shè)計不當可能是元件豎立的主要原因。具體的焊盤設(shè)計標準可參閱 IPC-782 《表面貼裝設(shè)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)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(zhuǎn)。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
當焊膏厚度變小時,立碑現(xiàn)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 0.1mm 與 0.2mm 厚模板的立碑現(xiàn)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。
4. 貼裝偏移
一般情況下,貼裝時產(chǎn)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(yīng) ” ,但偏移嚴重,拉動反而會使元件立起產(chǎn)生 “ 立碑 ” 現(xiàn)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(yīng)調(diào)整好元件的貼片精度,避免產(chǎn)生較大的貼片偏差。
5 .元件重量
較輕的元件 “ 立碑 ” 現(xiàn)象的發(fā)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(yīng)優(yōu)先選擇尺寸重量較大的元件。
焊接缺陷還有很多,本文列舉的只是三種最為常見的缺陷。解決這些焊接缺陷的措施也很多,但往往相互制約。如提高預(yù)熱溫度可有效消除立碑,但卻有可能因為加熱速度變快而產(chǎn)生大量的焊錫球。因此在解決這些問題時應(yīng)從多個方面進行考慮,選擇一個折衷方案,這一點在實際工作中我們應(yīng)切記。
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