在早期SMT制造過程,通常碑立與氣相再流焊(冷凝焊)連系在一起,在眾多原因中,歸屬于快速升溫加熱的原故。隨著氣相再流工藝的衰退,特別是強制對流工藝及先進的控溫系統,表貼器件焊接的碑立現象幾乎已消失。然而,碑立問題遠沒有完全得到解決。由于片式器件質量與尺寸不斷縮小,高溫無鉛焊料的應用,碑立又重新引起人們的重視。在充氮再流系統的氣相再流焊工藝中,新型器件或印制板的無源片式器件越來越小,原先不希望出現的碑立現象,重新又回潮。
SMT再流焊工藝中的頑癥
究其根源何在?
眾知造成碑立的原因之一是無源器件的兩焊點間初始濕潤的差別。不均衡的濕潤狀態是兩焊接表面的濕潤性與溫度的不同所致。作為理想狀態是器件兩引線端同時再流形成焊點。此時,作用在兩端焊接表面的濕潤力/表面張力會同時作用相互抵消,于是就不會發生碑立項象。如果器件的一引線端與焊盤很快濕潤再流,作用在形成焊點上的力將抬舉器件與引線端。而另一端焊料沒有熔融,通過被濕潤的引線端與印制板被濕潤的焊盤間表面張力,拉住固定器件。
初始濕潤的機理是什么?
濕潤的機理由三個重要參數(初始濕潤的時間、濕潤力、完全濕潤的時間)。如很快完全濕潤,將會導致碑立地發生,這因為完全濕潤時,作用在焊點與器件上的力是最大的。
假定器件的一端達到完全濕潤的速度明顯要快于另一端,濕潤力有可能直立拉住器件,這是因如果端頭過焊膏過量,力作用在器件引線端直角邊與頂面的緣故,而器件未被再流的一端將被抬舉脫離焊盤,最終造成碑立現象。
熱容對焊接的影響
器件任一焊接端的熱容直接會影響碑立的產生。焊接的熱容不均等是造成碑立的根本原因,較小熱容的一端將先濕潤,于是槍先對器件施加力,無源器件兩引線端的熱容不同的可能有;焊盤尺寸公差,器件引線端金屬化公差,焊膏印刷量公差,通孔或印制板內層布局布線等。
印制板焊盤的熱容
焊盤尺寸愈大,焊膏熔融的表面積愈大,則表面張力也就大。焊盤尺寸的變化很大,器件供應商會推薦與器件類型相配的焊盤尺寸規格,但是制造的公差并沒規定。變動的公差會對焊盤熱容產生很大的影響。
另外,焊盤尺寸與公差與器件貼裝精度有關。這、種情況經常如此,但并非全是,焊盤尺寸/熱容與器件規格及碑立的產生成正比例關系的。如圖 2所示焊盤尺寸與推薦公差;
器件引線端的熱容
與器件類型及外形相關的熱容直接影響焊接工藝的加熱速度與時間。這些公差僅以正常數值表示,但是相對的,因為隨著器件的小型化,那些與焊盤,金屬化及貼裝速度有關的尺寸參數將變得更為重要。如 圖 3 所示 器件引線端類型與器件外形的數據;
焊膏的熱容
少量焊膏的焊盤要比過量焊膏的焊盤再流快得多,不論采用何種方法,焊盤沉積的焊膏必須與形成合格的焊點連接匹配,不得過量。更重要的是,在再流前,焊盤間的焊膏必須均勻。三維焊膏圖像有助與工程師檢測焊膏的熱容,使其在控制之下。
雖然少量焊膏能更快速升溫,但器件的貼裝位置實際上在加熱升溫中也起到作用,器件貼裝對準問題也可能會造成器件引線端的明顯偏移,這樣勢必產生熱容的不一樣,結果得到兩引線端間的溫差擴大(Δt)。要克服這個問題,焊膏必須在幾分之一秒內迅速熔融。
盡可能小的溫差
焊盤與引線端表面無氧化及清潔是將很快初始濕潤,較小的表面張力,較大的濕潤力,且很快完全濕潤。假定器件的兩引線端同樣程度被氧化,有些氧化面將延遲初始濕潤時間,被延遲初始濕潤時間的部位將有更多時間提升焊盤或引線端的溫度,以減少兩端間的溫差。
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