元件立碑问题探讨

1、目前目前, ,随着世界高科技的飞速发展随着世界高科技的飞速发展电子产电子产品已向小型化和高功能化发展品已向小型化和高功能化发展短小轻薄是短小轻薄是全世界的主流趋势全世界的主流趋势所以印刷电路板也愈来所以印刷电路板也愈来愈高精度化愈高精度化越来越小的元器件将趋于主流越来越小的元器件将趋于主流 随着组件重量越来越轻随着组件重量越来越轻组件竖碑的现象并组件竖碑的现象并不少见不少见成为成为SMTSMT课题中急须解决的一环。课题中急须解决的一环。立碑是由于回流焊过程中立碑是由于回流焊过程中CHIPCHIP元件两端焊盘上锡膏元件两端焊盘上锡膏的表面张力不平衡所致，其表现为元器件部分地或的表面张力不平衡所致

2、，其表现为元器件部分地或完全地竖起，俗称为墓碑现象或完全地竖起，俗称为墓碑现象或 吊桥现象、曼哈吊桥现象、曼哈顿现象顿现象曼哈顿现象，指纽约曼哈顿区之大楼林立现象。曼哈顿由于地质原因，特别适合建高楼，整个曼哈顿耸立着超过5500栋高楼，其中35栋超过了200米，是世界上最大的摩天大楼集中区。拥有纽约标志性的帝国大厦、洛克菲勒中心、克莱斯勒大厦、大都会人寿保险大厦等建筑。 立碑立碑 ” ” 现象常发生在现象常发生在 CHIP CHIP 元件元件 ( ( 如贴片如贴片电容和贴片电阻电容和贴片电阻 ) ) 的回流焊接过程中，元件体积的回流焊接过程中，元件体积越小越容易发生。特别是越小越容易发生。特别

3、是 1005 1005 或更小钓或更小钓 0603 0603 贴片元件生产中，很难消除贴片元件生产中，很难消除 “ “ 立碑立碑 ” ” 现象。现象。 “ “ 立碑立碑 ” ” 现象的产生是由于元件两端焊盘上现象的产生是由于元件两端焊盘上的焊膏在回流熔化时，元件两个焊端的表面张力的焊膏在回流熔化时，元件两个焊端的表面张力不平衡，张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转不平衡，张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转而致。造成张力不平衡的因素也很多，下面将就而致。造成张力不平衡的因素也很多，下面将就一些主要因素作简要分析。一些主要因素作简要分析。 “竖碑竖碑”产生的原因产生的原因 组件两端焊盘上的锡膏在回流

4、熔化时组件两端焊盘上的锡膏在回流熔化时对组件两个焊接端的表对组件两个焊接端的表面张力不平衡。如图面张力不平衡。如图rxrxl l1 14.1.加热不均匀加热不均匀4.2.组件问题组件问题4.3.基板的材料和厚度基板的材料和厚度4.4.焊盘的形状和可焊性焊盘的形状和可焊性4.5.锡膏锡膏4.6.预热温度预热温度4.7.贴装精度贴装精度回流炉内温度分布不均匀回流炉内温度分布不均匀板面温度分布不均匀。板面温度分布不均匀。 解决办法解决办法 a a炉温区与温区温差大炉温区与温区温差大更换多温区炉更换多温区炉 b b改变炉发热板的加热方式或热风回流方式改变炉发热板的加热方式或热风回流方式 c c在炉内增

5、加控制热风方式软在炉内增加控制热风方式软硬件。硬件。 d d设计设计PCBPCB时时尽量考虑尽量考虑“阴影效应阴影效应”. . e: e:物料选购时物料选购时对于特殊位置应具体分析。对于特殊位置应具体分析。4.1.加热不均匀加热不均匀焊接端的外形和尺寸差异大焊接端的外形和尺寸差异大组件重量太轻。组件重量太轻。 解决办法解决办法 a a选择合适的物料选择合适的物料 b b改进改进PCBPCB焊盘设计焊盘设计 c c改进钢网设计。改进钢网设计。 4.2.组件问题组件问题取取4.3mg4.3mg与与5.6mg5.6mg的的chipchip电容在相同条件下做实验结电容在相同条件下做实验结果怎样呢果怎样

6、呢? ? 组件重量与竖碑组件重量与竖碑 明显重量小明显重量小的组件竖碑的组件竖碑发生度增高发生度增高發生度4.3mg5.6mg62%38%基板的材料的导热性太差基板的材料的导热性太差基板厚度均匀性太差基板厚度均匀性太差 解决办法解决办法 a a选择合适的板材选择合适的板材 4.3.基板的材料和厚度基板的材料和厚度 从上图可看出从上图可看出竖碑与基板的关系竖碑与基板的关系為為 矾土陶瓷板矾土陶瓷板 玻璃纤维板玻璃纤维板 纸基环氧板纸基环氧板 基板材料与竖碑基板材料与竖碑發生度紙基環氧板玻璃纖維板礬土陶瓷板50%30%20%焊盘的热容量差异太大焊盘的热容量差异太大焊盘的可焊性差异较大焊盘的可焊性差

7、异较大焊盘设计缺陷。焊盘设计缺陷。 解决办法解决办法 a aPCBPCB设计时设计时焊盘尽可能对称焊盘尽可能对称符合生产工艺的符合生产工艺的 要求。要求。 4.4.焊盘的形状和可焊性焊盘的形状和可焊性 在相同条件下在相同条件下当焊盘尺寸当焊盘尺寸b b和和c c减小时减小时竖碑现象的发生率降低竖碑现象的发生率降低 但是当但是当cc* *时时组件移位会明显上升组件移位会明显上升如如06030603物料的焊盘物料的焊盘c0.7mmc0.7mm时时组件移位缺陷发生率明显上升。组件移位缺陷发生率明显上升。如下试验结果如下试验结果焊盘尺寸c焊盘尺寸b锡膏中助焊剂的均性差或活性差锡膏中助焊剂的均性差或活性

8、差两个焊盘上的锡膏厚度差异太大或太厚两个焊盘上的锡膏厚度差异太大或太厚印刷精度差印刷精度差错位严重。错位严重。 解决办法解决办法 a a选择合适的锡膏选择合适的锡膏 b b锡膏使用前应严格按要求解冻锡膏使用前应严格按要求解冻4.5.锡膏锡膏 c c锡膏使用前要搅拌均匀锡膏使用前要搅拌均匀 d d对于钢网要定期检查对于钢网要定期检查发现变形发现变形立即停止使用立即停止使用 e e定期作刮刀压力的测试定期作刮刀压力的测试 f f定期对印刷机进行保养定期对印刷机进行保养确保在良好状态下运行。确保在良好状态下运行。 g:g:选择相应厚度的刚网。选择相应厚度的刚网。4.5.锡膏锡膏下面是下面是stenc

9、ilstencil厚厚200um200um和和100um100um竖碑现象发生率竖碑现象发生率统计统计 钢网厚度与钢网厚度与“竖碑竖碑”的试验结的试验结果果Stencil厚发生率(0603c)200um6.6%100um0.80%發生率(0603c)0.0%2.0%4.0%6.0%8.0%200um100umstencil T發生率(0603c)从上图可以看出钢网厚度对组件竖碑有重要影响这是因为1减小钢网厚度就减小了锡膏的涂布量锡膏熔化时表面张力随之减小2.减小钢网厚度使锡膏较薄整个焊盘热容量减小两个焊盘上的锡膏同时熔化的概率大大增加。分别选用分别选用A AB BC C三家供货商锡膏三家供货商

10、锡膏在相同条件在相同条件下使用实验下使用实验我们可以发现我们可以发现组件竖碑的发生组件竖碑的发生度不同度不同4.5.锡膏与竖碑锡膏与竖碑發生度ABC结果说明结果说明 选择不同的锡膏供货商选择不同的锡膏供货商对于组件竖碑有不同对于组件竖碑有不同的效果。的效果。因为助焊剂成份因为助焊剂成份活性活性及金属含量不同所致及金属含量不同所致 45%33%22%预热温度太低预热温度太低 解决办法解决办法 a a按要求对炉温进行调校和测试按要求对炉温进行调校和测试 b b适当的提升预热区温度适当的提升预热区温度 4.6.预热温度预热温度右图是一个试验右图是一个试验 试验条件试验条件玻纤板玻纤板钢网厚度钢网厚度

11、200um200um锡膏锡膏sn63pb37sn63pb37采用采用了了06030603和和08050805两种电容两种电容在相在相同的条件下过同的条件下过IRIR炉和炉和VPSVPS炉炉 结结果如下果如下 图例图例发生率焊接方法焊接方法0603c0805cIR0.1%0%VPS6.6%2.0%结果可看出预热温度越高预热时间越长“竖碑”现象的发生率就越低。试验证明试验证明 把预热温度从把预热温度从140c140c提到提到170c170c竖碑现象的发生竖碑现象的发生率大大降低率大大降低这是因为这是因为 预热温度越高预热温度越高进回流炉后进回流炉后组件两端的温组件两端的温差越小差越小两端锡膏熔化时

12、间越接近。两端锡膏熔化时间越接近。 预热区预热区 注意注意锡膏在较高温度下越久锡膏在较高温度下越久其助焊剂的其助焊剂的劣化越严重劣化越严重助焊性越差助焊性越差越容易产生焊接缺越容易产生焊接缺陷。陷。 贴装精度差贴装精度差组件偏位严重组件偏位严重 解决办法解决办法 a a定期对贴片机进行维护保养定期对贴片机进行维护保养 b b对贴片精度作定期校正对贴片精度作定期校正 c c定期对设备贴装性能评估。定期对设备贴装性能评估。 4.7.贴装精度贴装精度 贴装精度贴装精度( (有铅有铅) )一般情况下一般情况下贴装时产生的组件偏移贴装时产生的组件偏移在在回流过程中回流过程中由于锡膏熔化时的表面张力由于锡

13、膏熔化时的表面张力拉力组件而自动拉力组件而自动纠正纠正称之为称之为“自适应自适应”。但偏位严重时但偏位严重时拉动反而使组件竖起拉动反而使组件竖起产生产生“竖碑竖碑”现象。现象。为什么呢为什么呢? ? 如圖如圖 原因如下原因如下 a a从组件焊接端向锡膏传递热量不均匀从组件焊接端向锡膏传递热量不均匀如图如图组件右端锡膏组件右端锡膏从组件得到的热量多从组件得到的热量多从而先熔化。从而先熔化。 b b组件两端与锡膏的粘力不平。组件两端与锡膏的粘力不平。上述分布不含贴装严重偏位及锡膏涂布量等上述分布不含贴装严重偏位及锡膏涂布量等分布图分布图39%11%16%2%32% a a本文参考了一些学朮报道本文参考了一些学朮报道整合多年来个人整合多年来个人 一些一些SMTSMT制