元件立碑問題探討

1、目前目前, ,隨著世界高科技的飛速發(fā)展隨著世界高科技的飛速發(fā)展電子產(chǎn)電子產(chǎn)品已向小型化和高功能化發(fā)展品已向小型化和高功能化發(fā)展短小輕薄是短小輕薄是全世界的主流趨勢全世界的主流趨勢所以印刷電路板也愈來所以印刷電路板也愈來愈高精度化愈高精度化越來越小的元器件將趨于主流越來越小的元器件將趨于主流 隨著組件重量越來越輕隨著組件重量越來越輕組件豎碑的現(xiàn)象并組件豎碑的現(xiàn)象并不少見不少見成為成為SMTSMT課題中急須解決的一環(huán)。課題中急須解決的一環(huán)。立碑是由于回流焊過程中立碑是由于回流焊過程中CHIPCHIP元件兩端焊盤上錫膏元件兩端焊盤上錫膏的表面張力不平衡所致，其表現(xiàn)為元器件部分地或的表面張力不平衡所致

2、，其表現(xiàn)為元器件部分地或完全地豎起，俗稱為墓碑現(xiàn)象或完全地豎起，俗稱為墓碑現(xiàn)象或 吊橋現(xiàn)象、曼哈吊橋現(xiàn)象、曼哈頓現(xiàn)象頓現(xiàn)象曼哈頓現(xiàn)象，指紐約曼哈頓區(qū)之大樓林立現(xiàn)象。曼哈頓由于地質(zhì)原因，特別適合建高樓，整個曼哈頓聳立著超過5500棟高樓，其中35棟超過了200米，是世界上最大的摩天大樓集中區(qū)。擁有紐約標(biāo)志性的帝國大廈、洛克菲勒中心、克萊斯勒大廈、大都會人壽保險大廈等建筑。 立碑立碑 ” ” 現(xiàn)象常發(fā)生在現(xiàn)象常發(fā)生在 CHIP CHIP 元件元件 ( ( 如貼片如貼片電容和貼片電阻電容和貼片電阻 ) ) 的回流焊接過程中，元件體積的回流焊接過程中，元件體積越小越容易發(fā)生。特別是越小越容易發(fā)生。特別

3、是 1005 1005 或更小釣或更小釣 0603 0603 貼片元件生產(chǎn)中，很難消除貼片元件生產(chǎn)中，很難消除 “ “ 立碑立碑 ” ” 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 “ “ 立碑立碑 ” ” 現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于元件兩端焊盤上現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時，元件兩個焊端的表面張力的焊膏在回流熔化時，元件兩個焊端的表面張力不平衡，張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉(zhuǎn)不平衡，張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉(zhuǎn)而致。造成張力不平衡的因素也很多，下面將就而致。造成張力不平衡的因素也很多，下面將就一些主要因素作簡要分析。一些主要因素作簡要分析。 “豎碑豎碑”產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因 組件兩端焊盤上的錫膏在回流

4、熔化時組件兩端焊盤上的錫膏在回流熔化時對組件兩個焊接端的表對組件兩個焊接端的表面張力不平衡。如圖面張力不平衡。如圖rxrxl l1 14.1.加熱不均勻加熱不均勻4.2.組件問題組件問題4.3.基板的材料和厚度基板的材料和厚度4.4.焊盤的形狀和可焊性焊盤的形狀和可焊性4.5.錫膏錫膏4.6.預(yù)熱溫度預(yù)熱溫度4.7.貼裝精度貼裝精度回流爐內(nèi)溫度分布不均勻回流爐內(nèi)溫度分布不均勻板面溫度分布不均勻。板面溫度分布不均勻。 解決辦法解決辦法 a a爐溫區(qū)與溫區(qū)溫差大爐溫區(qū)與溫區(qū)溫差大更換多溫區(qū)爐更換多溫區(qū)爐 b b改變爐發(fā)熱板的加熱方式或熱風(fēng)回流方式改變爐發(fā)熱板的加熱方式或熱風(fēng)回流方式 c c在爐內(nèi)增

5、加控制熱風(fēng)方式軟在爐內(nèi)增加控制熱風(fēng)方式軟硬件。硬件。 d d設(shè)計設(shè)計PCBPCB時時盡量考慮盡量考慮“陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)”. . e: e:物料選購時物料選購時對于特殊位置應(yīng)具體分析。對于特殊位置應(yīng)具體分析。4.1.加熱不均勻加熱不均勻焊接端的外形和尺寸差異大焊接端的外形和尺寸差異大組件重量太輕。組件重量太輕。 解決辦法解決辦法 a a選擇合適的物料選擇合適的物料 b b改進(jìn)改進(jìn)PCBPCB焊盤設(shè)計焊盤設(shè)計 c c改進(jìn)鋼網(wǎng)設(shè)計。改進(jìn)鋼網(wǎng)設(shè)計。 4.2.組件問題組件問題取取4.3mg4.3mg與與5.6mg5.6mg的的chipchip電容在相同條件下做實驗結(jié)電容在相同條件下做實驗結(jié)果怎樣呢果怎樣

6、呢? ? 組件重量與豎碑組件重量與豎碑 明顯重量小明顯重量小的組件豎碑的組件豎碑發(fā)生度增高發(fā)生度增高發(fā)生度4.3mg5.6mg62%38%基板的材料的導(dǎo)熱性太差基板的材料的導(dǎo)熱性太差基板厚度均勻性太差基板厚度均勻性太差 解決辦法解決辦法 a a選擇合適的板材選擇合適的板材 4.3.基板的材料和厚度基板的材料和厚度 從上圖可看出從上圖可看出豎碑與基板的關(guān)系豎碑與基板的關(guān)系為為 礬土陶瓷板礬土陶瓷板 玻璃纖維板玻璃纖維板 紙基環(huán)氧板紙基環(huán)氧板 基板材料與豎碑基板材料與豎碑發(fā)生度紙基環(huán)氧板玻璃纖維板礬土陶瓷板50%30%20%焊盤的熱容量差異太大焊盤的熱容量差異太大焊盤的可焊性差異較大焊盤的可焊性差

7、異較大焊盤設(shè)計缺陷。焊盤設(shè)計缺陷。 解決辦法解決辦法 a aPCBPCB設(shè)計時設(shè)計時焊盤盡可能對稱焊盤盡可能對稱符合生產(chǎn)工藝的符合生產(chǎn)工藝的 要求。要求。 4.4.焊盤的形狀和可焊性焊盤的形狀和可焊性 在相同條件下在相同條件下當(dāng)焊盤尺寸當(dāng)焊盤尺寸b b和和c c減小時減小時豎碑現(xiàn)象的發(fā)生率降低豎碑現(xiàn)象的發(fā)生率降低 但是當(dāng)?shù)钱?dāng)cc* *時時組件移位會明顯上升組件移位會明顯上升如如06030603物料的焊盤物料的焊盤c0.7mmc0.7mm時時組件移位缺陷發(fā)生率明顯上升。組件移位缺陷發(fā)生率明顯上升。如下試驗結(jié)果如下試驗結(jié)果焊盤尺寸c焊盤尺寸b錫膏中助焊劑的均性差或活性差錫膏中助焊劑的均性差或活性

8、差兩個焊盤上的錫膏厚度差異太大或太厚兩個焊盤上的錫膏厚度差異太大或太厚印刷精度差印刷精度差錯位嚴(yán)重。錯位嚴(yán)重。 解決辦法解決辦法 a a選擇合適的錫膏選擇合適的錫膏 b b錫膏使用前應(yīng)嚴(yán)格按要求解凍錫膏使用前應(yīng)嚴(yán)格按要求解凍4.5.錫膏錫膏 c c錫膏使用前要攪拌均勻錫膏使用前要攪拌均勻 d d對于鋼網(wǎng)要定期檢查對于鋼網(wǎng)要定期檢查發(fā)現(xiàn)變形發(fā)現(xiàn)變形立即停止使用立即停止使用 e e定期作刮刀壓力的測試定期作刮刀壓力的測試 f f定期對印刷機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)定期對印刷機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)確保在良好狀態(tài)下運(yùn)行。確保在良好狀態(tài)下運(yùn)行。 g:g:選擇相應(yīng)厚度的剛網(wǎng)。選擇相應(yīng)厚度的剛網(wǎng)。4.5.錫膏錫膏下面是下面是stenc

9、ilstencil厚厚200um200um和和100um100um豎碑現(xiàn)象發(fā)生率豎碑現(xiàn)象發(fā)生率統(tǒng)計統(tǒng)計 鋼網(wǎng)厚度與鋼網(wǎng)厚度與“豎碑豎碑”的試驗結(jié)的試驗結(jié)果果Stencil厚發(fā)生率(0603c)200um6.6%100um0.80%發(fā)生率(0603c)0.0%2.0%4.0%6.0%8.0%200um100umstencil T發(fā)生率(0603c)從上圖可以看出鋼網(wǎng)厚度對組件豎碑有重要影響這是因為1減小鋼網(wǎng)厚度就減小了錫膏的涂布量錫膏熔化時表面張力隨之減小2.減小鋼網(wǎng)厚度使錫膏較薄整個焊盤熱容量減小兩個焊盤上的錫膏同時熔化的概率大大增加。分別選用分別選用A AB BC C三家供貨商錫膏三家供貨商

10、錫膏在相同條件在相同條件下使用實驗下使用實驗我們可以發(fā)現(xiàn)我們可以發(fā)現(xiàn)組件豎碑的發(fā)生組件豎碑的發(fā)生度不同度不同4.5.錫膏與豎碑錫膏與豎碑發(fā)生度ABC結(jié)果說明結(jié)果說明 選擇不同的錫膏供貨商選擇不同的錫膏供貨商對于組件豎碑有不同對于組件豎碑有不同的效果。的效果。因為助焊劑成份因為助焊劑成份活性活性及金屬含量不同所致及金屬含量不同所致 45%33%22%預(yù)熱溫度太低預(yù)熱溫度太低 解決辦法解決辦法 a a按要求對爐溫進(jìn)行調(diào)校和測試按要求對爐溫進(jìn)行調(diào)校和測試 b b適當(dāng)?shù)奶嵘A(yù)熱區(qū)溫度適當(dāng)?shù)奶嵘A(yù)熱區(qū)溫度 4.6.預(yù)熱溫度預(yù)熱溫度右圖是一個試驗右圖是一個試驗 試驗條件試驗條件玻纖板玻纖板鋼網(wǎng)厚度鋼網(wǎng)厚度

11、200um200um錫膏錫膏sn63pb37sn63pb37采用采用了了06030603和和08050805兩種電容兩種電容在相在相同的條件下過同的條件下過IRIR爐和爐和VPSVPS爐爐 結(jié)結(jié)果如下果如下 圖例圖例發(fā)生率焊接方法焊接方法0603c0805cIR0.1%0%VPS6.6%2.0%結(jié)果可看出預(yù)熱溫度越高預(yù)熱時間越長“豎碑”現(xiàn)象的發(fā)生率就越低。試驗證明試驗證明 把預(yù)熱溫度從把預(yù)熱溫度從140c140c提到提到170c170c豎碑現(xiàn)象的發(fā)生豎碑現(xiàn)象的發(fā)生率大大降低率大大降低這是因為這是因為 預(yù)熱溫度越高預(yù)熱溫度越高進(jìn)回流爐后進(jìn)回流爐后組件兩端的溫組件兩端的溫差越小差越小兩端錫膏熔化時

12、間越接近。兩端錫膏熔化時間越接近。 預(yù)熱區(qū)預(yù)熱區(qū) 注意注意錫膏在較高溫度下越久錫膏在較高溫度下越久其助焊劑的其助焊劑的劣化越嚴(yán)重劣化越嚴(yán)重助焊性越差助焊性越差越容易產(chǎn)生焊接缺越容易產(chǎn)生焊接缺陷。陷。 貼裝精度差貼裝精度差組件偏位嚴(yán)重組件偏位嚴(yán)重 解決辦法解決辦法 a a定期對貼片機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)定期對貼片機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng) b b對貼片精度作定期校正對貼片精度作定期校正 c c定期對設(shè)備貼裝性能評估。定期對設(shè)備貼裝性能評估。 4.7.貼裝精度貼裝精度 貼裝精度貼裝精度( (有鉛有鉛) )一般情況下一般情況下貼裝時產(chǎn)生的組件偏移貼裝時產(chǎn)生的組件偏移在在回流過程中回流過程中由于錫膏熔化時的表面張力由于錫

13、膏熔化時的表面張力拉力組件而自動拉力組件而自動糾正糾正稱之為稱之為“自適應(yīng)自適應(yīng)”。但偏位嚴(yán)重時但偏位嚴(yán)重時拉動反而使組件豎起拉動反而使組件豎起產(chǎn)生產(chǎn)生“豎碑豎碑”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。為什么呢為什么呢? ? 如圖如圖 原因如下原因如下 a a從組件焊接端向錫膏傳遞熱量不均勻從組件焊接端向錫膏傳遞熱量不均勻如圖如圖組件右端錫膏組件右端錫膏從組件得到的熱量多從組件得到的熱量多從而先熔化。從而先熔化。 b b組件兩端與錫膏的粘力不平。組件兩端與錫膏的粘力不平。上述分布不含貼裝嚴(yán)重偏位及錫膏涂布量等上述分布不含貼裝嚴(yán)重偏位及錫膏涂布量等分布圖分布圖39%11%16%2%32% a a本文參考了一些學(xué)朮報道本文參考了一些學(xué)朮報道整合多年來個人整合多年來個人 一些一些SMTSMT