如何預防SMT貼片加工中的立碑現象


立碑發(fā)生的原因有哪些？并不是所有的原因都一定會(huì )導致立碑，現在就對實(shí)際SMT貼片加工生產(chǎn)中出現機率較高的幾個(gè)原因進(jìn)行分析，并提出預防措施。

一、焊盤(pán)設計

1、焊盤(pán)間距過(guò)大，并非是焊盤(pán)與元件不匹配問(wèn)題，而是元件尺寸與焊盤(pán)的外形尺寸滿(mǎn)足可靠性要求，但兩個(gè)焊盤(pán)中間間距過(guò)大，這會(huì )導致焊料潤濕元件端子時(shí)，潤濕力拉動(dòng)元件導致元件產(chǎn)生偏移而與錫膏分離。通常為了避免立碑問(wèn)題而建議元件的焊盤(pán)尺寸特別是內側間距要滿(mǎn)足一定的要求。

2、焊盤(pán)尺寸不一致，熱容量不同

如下圖所示，位置C33的兩個(gè)焊盤(pán)焊接區域的面積不一樣，上部位置的焊盤(pán)是在大塊銅箔上阻焊膜開(kāi)窗而成，焊接區域的面積會(huì )大于下部位置的焊盤(pán)，而且，上部位置焊盤(pán)因為與大塊的銅箔相連，回流時(shí)其升溫速率會(huì )比下部焊盤(pán)相對較小，所以，錫膏的熔化潤濕速率也會(huì )不同，這就非常容易產(chǎn)生偏移或立碑問(wèn)題。據小編的了解，很多的廣州SMT貼片加工廠(chǎng)就曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)這樣的噩夢(mèng)，回流后，0402元件的偏移、立碑及飛件都有發(fā)生，防不勝防。通常應該在DFM階段就建議設計師采用兩端焊盤(pán)相同的設計方式，同樣的SMD或NSMD設計，而不是一端是SMD而另一端是NSMD。最好是如圖中R12或R16的設計方式。如果確實(shí)需要連接大塊銅箔，可考慮采用熱隔離設計，如下右圖，Thermal relief可以均衡兩端焊盤(pán)的升溫。這個(gè)隔離的寬度相當于焊盤(pán)直徑或寬度的四分之一。

3、阻焊膜厚度

其實(shí)阻焊膜的厚度的影響一般不會(huì )太多，因為現在大部分0201以下元件的設計中，在焊盤(pán)之間的阻焊膜已經(jīng)取消了，如果真的存在，可建議設計師取消中間的阻焊膜。

二、工藝設計

1、錫膏印刷偏位，如下圖所示，如果鋼網(wǎng)開(kāi)孔為了避免錫珠問(wèn)題而增加焊盤(pán)之間的間距，或錫膏印刷偏位，回流后的立碑發(fā)生機率就會(huì )大增。所以，控制錫膏印刷問(wèn)題是很關(guān)鍵的，當然這在實(shí)際生產(chǎn)中是很容易發(fā)現的。但鋼網(wǎng)的開(kāi)孔設計就比較難發(fā)現了，通常推薦鋼網(wǎng)開(kāi)孔間距保持與表中C值一致。


2、貼裝偏位

貼裝偏位產(chǎn)生的機理其實(shí)與錫膏印刷偏位一樣，就是元件偏位，導致焊接端子與錫膏接觸不充分而產(chǎn)生不均衡的潤濕或潤濕力，立碑自然就難以避免了。這就需要優(yōu)化貼裝程序。

3、氮氣濃度

大家都知道，氮氣屬于惰性氣體，它隔絕氧氣的影響而提高了焊接端子的可焊性，錫膏的潤濕性，錫膏熔化后在PCB焊盤(pán)和元件端子的爬升能力。這對于焊接質(zhì)量來(lái)說(shuō)，不管是產(chǎn)線(xiàn)的良率問(wèn)題還是焊點(diǎn)的可靠性來(lái)講都是很有幫助的。拋開(kāi)成本因素，這是非常有必要的。當然如果元件或PCB焊盤(pán)的可焊性好，這沒(méi)有問(wèn)題，但是如果元件兩個(gè)端子的可焊性存在差異，氮氣就可能放大這種差異，這就是為什么有時(shí)氮氣濃度高，氧氣濃度在1000PPM以下時(shí)，反而有立碑問(wèn)題發(fā)生。很多廣州SMT貼片加工廠(chǎng)家的經(jīng)驗表明，當氧氣濃度低于500PPM時(shí)，立碑問(wèn)題就很?chē)乐?。但是這沒(méi)有一個(gè)標準值，根據實(shí)際經(jīng)驗，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(fā)生立碑問(wèn)題。

4、Profile設置不當

溫度的設置主要需要考慮整個(gè)PCB板的熱均衡，回流時(shí)如果PCB板上的熱量差異大，可能導致熱沖擊問(wèn)題，當升溫過(guò)快，大于每秒2°C，立碑就可能發(fā)生，所以，通常建議其升溫斜率不要超過(guò)每秒2°C，在回流前盡量保持PCB板溫度均衡。

三、物料問(wèn)題

元件兩個(gè)焊接端子的可焊性問(wèn)題，可以根據IPC J-STD-002，《Solderability Tests for
Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and Wires》對元件的端子可焊性進(jìn)行測試。儀器測試結果如下圖，其評估標準如下表所示。通過(guò)這樣的檢測，只能說(shuō)明元件端子的可焊性沒(méi)有問(wèn)題。但如果有立碑問(wèn)題發(fā)生，就需要確定兩個(gè)端子達到相同潤濕力的時(shí)間或在某個(gè)特定時(shí)間段內達到的潤濕力的大小，潤濕速率或潤濕力之間較大的差異就極有可能導致立碑問(wèn)題。


四、結論

1、片式元件立碑的根本原因是焊料對兩個(gè)焊接端子的潤濕不均衡；

2、設計方面采用兩個(gè)焊盤(pán)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(fā)生，采用熱隔離設計（Thermal relief）可以避免立碑問(wèn)題；

3、鋼網(wǎng)設計上，在兩個(gè)網(wǎng)孔的內側距離上保持適當的值可以有效地防止立碑發(fā)生；

4、如果貼裝質(zhì)量不好，設備精度有限，過(guò)大的偏位也可能導致立碑問(wèn)題；

5、快速升溫可能導致PCB板上的熱量分布不均衡而發(fā)生立碑問(wèn)題，小于2°C每秒的升溫斜率可以防止立碑問(wèn)題；

6、氮氣回流可以有效提升焊接質(zhì)量，但氧氣含量過(guò)低又可能導致立碑發(fā)生，大于1000PPM的氧氣含量一般不會(huì )導致立碑問(wèn)題；

7、在可焊性測試中，要關(guān)注潤濕的時(shí)間和潤濕力在元件的兩個(gè)端子方面的平衡，否則立碑問(wèn)題不可避免。