氮氣和氣相焊對墓碑效應(yīng)形成的影響-福英達(dá)錫膏
氮氣和氣相焊對墓碑效應(yīng)形成的影響
在電子產(chǎn)品的表面組裝過程中，尤其是在大批量回流焊接工藝中，無源片式元器件的墓碑效應(yīng)給PCBA組裝焊接增加了許多麻煩。隨著SMC/CMD的微小型化，回流焊接時這些片式元器件會出現(xiàn)“直立”，此現(xiàn)象又稱為“曼哈頓”效應(yīng)。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在小型片式元器件上，它們被焊接在相對兩極的表貼焊盤上，在焊接過程中元器件垂直地立起來，如圖所示。有時是部分直立，有時元器件完全直立在一個焊盤上，就像在墓地的墓碑似的。
圖1.墓碑現(xiàn)象
在早期SMT制造過程中，通?！澳贡迸c氣相回流焊接（冷凝焊）聯(lián)系在一起，原因之一是與快速升溫加熱有關(guān)。隨著氣相回流工藝的發(fā)展，特別是強制對流工藝和先進(jìn)的控溫系統(tǒng)的應(yīng)用，SMC/SMD焊接的“墓碑”現(xiàn)象曾一度得到極大的抑制。隨著片式元器件的微型化和輕量化，高溫?zé)o鉛焊料的應(yīng)用，“墓碑”缺陷的影響反而變得更加顯著。在氣相回流和氮氣回流系統(tǒng)中，甚至在使用新批次的元器件和PCB時，墓碑效應(yīng)都容易出現(xiàn)。
造成“墓碑”效應(yīng)的原因之一是無源元器件兩端焊料的初始潤濕力不同，這種不同來自于兩個焊端表面的潤濕力和焊料的表面張力的差異。如果一個焊端比另一個焊端更快地進(jìn)行回流和潤濕，那么作用在該焊端上形成焊點的力可能使元器件的另一個焊端抬起來，從而形成墓碑現(xiàn)象。
潤濕機理包括三個重要參數(shù):初始潤濕時間、潤濕力和完全潤濕時間。完全潤濕發(fā)生時，在焊點和元器件上的作用力最大，因此完全潤濕時間的差異直接關(guān)系到墓碑缺陷的產(chǎn)生。
氮氣和氣相焊接對墓碑效應(yīng)的影響是顯著的。在回流焊接的過程中，氮氣阻止了表面再氧化，加快了初始潤濕的發(fā)生；氣相焊接的溫度上升速度應(yīng)受控，與氮氣環(huán)境一樣，氣相焊接的氣相也防止了表面的再氧化。在這兩種工藝條件下，待焊組件在進(jìn)入回流區(qū)時，金屬化表面的氧化大大減少，使?jié)櫇袼俣雀?。如果此時回流焊接的溫度上升速度過快，或者氣流方向、速度、溫度不均勻，那么貼片元件就更容易被拉起，形成墓碑效應(yīng)。
較快的初始潤濕沒有提供足夠的時間以減少ΔTS，而初始潤濕時間的額外推遲以減少ΔTS恰恰是要減少墓碑缺陷發(fā)生所必需的。因此，我們在看到氮氣和氣相焊接的明顯好處的同時，也要采取額外的預(yù)防措施來減少墓碑效應(yīng)的產(chǎn)生。
1.調(diào)整回流溫度曲線，增加預(yù)熱溫度和預(yù)熱時間，以縮小元器件兩端的溫差；
2.采用氮氣保護回流焊接時，要控制氮氣環(huán)境下的殘氧量，優(yōu)選500ppm；
3.在保證焊點強度的前提下，焊盤尺寸應(yīng)盡可能小，因為焊盤尺寸減小后，錫膏的涂布量相應(yīng)減少，錫膏熔化時的表面張力也跟著減少。整個焊盤的熱容量減少，兩個焊盤上錫膏同時熔化的概率大大增加。
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