您的位置: 首頁>>新聞動態>>資訊中心>>SMT技術文章 SMT貼片元件立碑產生的原因及解決方案
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立碑的主要原因就是錫膏在熔融狀態下,焊盤兩端的表面張力不一樣,導致物料受力不平衡,物料豎起造成脫焊。我們也稱“立碑”現象為豎碑、吊橋、曼哈頓現象。立碑現象發生在回流焊過程,元件體積越小就越容易發生,因此實際生產中很多小的CHIP元器件特別是貼片電阻容易出現此問題。
立碑產生的原因離不開錫膏、零件、基版設計、回流焊制程,下面就立碑產生的原因進行分析, 當立碑效應發生時給予確認改善,以提高SMT生產良率。
一、焊盤設計不合理:
焊盤設計與布局不合理,如果焊盤設計與布局有以下問題,將會引起元件兩邊的濕潤力不平衡。
1.有關焊盤尺寸與立碑現象發生率關系的試驗結果表明,焊盤尺寸越小,越不容易發生立碑現象,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。焊盤間距過大,將導致焊料潤濕元件端子時,潤濕力拉動元件導致元件產生偏移而與錫膏分離。通常為了避免立碑問題而建議元件的焊盤尺寸特別是內側間距要滿足一定的要求。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。
2.焊盤尺寸不一致,熱容量不同
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。
2)PCB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。
二、焊錫膏與焊錫膏印刷
焊錫膏因素:
1.由于錫膏的助焊劑均勻性差;錫膏活性不高;元件可焊性差的原因造成錫膏熔融狀態中表面張力不一樣,引起焊盤濕潤力不平衡。
2.兩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,融化時間滯后,以致濕潤力不平衡。
影響錫膏印刷厚度因素:

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。厚度減小的同時,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。
焊錫膏印刷因素:
如果鋼網開孔為了避免錫珠問題而增加焊盤之間的間距,或錫膏印刷偏位,回流焊接后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;

三、貼片移位
元件偏偏位,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濕潤力不平衡,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: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。這就需要優化貼裝程序。
四、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,造成回流爐內溫度分布不均勻,板面溫度分布不均勻,以致板面上濕差過大,從而造成濕潤力不平衡。
根據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,可能導致熱沖擊問題,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,小于2°C每秒的升溫斜率,在回流前盡量保持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后再大批量焊接。
五、氮氣回流焊中的氧濃度
氮氣回流可以有效提升焊接質量,一般而言,若使用氮氣爐,因為在加熱過程中,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,因為潤濕時間的降低,其溶錫時間更為快速,其瞬間的拉力變為更強。若此時零件只要稍為不平衡氮氣更易將此不平衡表現出來,造成立碑。
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,大于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,這既有利于焊接的完成也不容易發生立碑問題。
使用焊錫性較佳的錫膏與開氮氣有異曲同工之妙,氮氣屬于"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于"治療措施",將已生成的氧化物能快速有效地去除,從潤濕平衡可看出,焊錫性較佳的錫膏其潤濕時間較快,若此時零件只要稍為不平衡時,焊錫性較佳的錫膏,易將此不平衡給表現出來,造成立碑。
結論
1、片式元件立碑的根本原因是焊料對兩個焊接端子的潤濕不均衡;
2、設計方面采用兩個焊盤相同的設計方式,尺寸大小、內側間距、熱容等方面均衡就可以預防立碑的發生,采用熱隔離設計(Thermal relief)可以避免立碑問題;
3、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;
4、如果貼裝質量不好,設備精度有限,過大的偏位也可能導致立碑問題;
5、快速升溫可能導致PCB板上的熱量分布不均衡而發生立碑問題,小于2°C每秒的升溫斜率可以防止立碑問題;
6、氮氣回流可以有效提升焊接質量,但氧氣含量過低又可能導致立碑發生,大于1000PPM的氧氣含量一般不會導致立碑問題;
7、在可焊性測試中,要關注潤濕的時間和潤濕力在元件的兩個端子方面的平衡,否則立碑問題不可避免。
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