SMT工艺标准无铅焊料二次回流时元器件是否掉件的标准.pdfVIP

1 无铅焊料二次回流时元器件是否掉件的标准 Y ueli Liu Dav id A . Geiger 上官东恺 伟创力 [200 7 .7 . 1] 摘要 在双面组装时 T 面（top s ide ）元器件第一次回流后 需要将电路板翻转 进行另一面的回 流焊接。在第二次回流时 原己焊好的 T 面元器件被表面张力 所固定 防止元器件在重力 作用下的掉件。需要有一套方法从元器件重量和焊盘面积角度来判断元器件在 B 面（botto m s ide ）回流时是否会掉件。 本文介绍了一个理论模型 该模型给出了元器件在第二次回流是否掉件的 关键值。对无铅焊 接电路板采用了实验设计 （DOE ）和A NOVA 分析 以验证影响 不同元器件掉件的主要工艺 因素的影响 同时对有铅焊接和无铅焊接进行了对 比。为了进一步调查 采用了光学检测和 切片分析。实验结果表明：有铅和无铅焊接之间的 Cg ／Pa 值没有明显差异。 双面回流电路板的应用越来越广泛而且复杂度日 益提高。双面回流电路板的主要优点在于充 分 利用了电路板空间 同时降低了产品成本。双 面回流组装时 先进行 T 面元器件回流焊 接 然后将电路板 翻转再进行一次回流。在第二次回流时，原已焊好的 T 面元 器件是被熔 融焊料的表面张力所固定，防止元器件在重力 作用下掉件；然而 如果 T 面元器件重量太 大 那么在二次回流时，元器件的焊点重熔 就会导致掉件现象的发生。 有多种方法可以防止双面回流时元器件掉件[ 1] 。方法 一，用胶固定T 面元器件 这样在第 二次回流时就不可能掉 件 但这种方法需要额外的工序、设备和成本；方法二 两面焊接 所用的焊料合金不同 它们的熔点不同 B 面焊接 所用的焊料的熔点较低 这一方法在许多 应用场合也有不 少问题 低熔点焊料合金的熔点可能太低 不适应最终产 品的使用温度载 荷 反之 高熔点焊料合金可能所需的回 流温度较高 回流时可能会对元器件和基板造成损 伤；方 法三 在二次回流时 对电路板 T 面吹冷空气 使 T 焊点低 于液相线温度 这种方 法的问题是由于两个面存在温度差 异 可能会引入应力。 事实上，对于大多数元器件 熔融焊料的表面张力可 以牢牢地将 T 面元器件固定。为了判 断元器件是否适应 T 面 二次回流而不掉件 有铅焊料二次回流有一个经典的判断 标准：Cg ／Pa≤30 （g ／in2 ） 其中 Cg 是元器件重量 Pa 是总焊盘面积[ 1] [2] [3] 。这一公式已经写 入电路板设计规 则中 这样电路板设计者就可以进行计算评估，在 T 、B 面 设计布局时选 用合适的元器件。 对于无铅焊接 由于有铅和无铅焊料的材料特性和回 流曲线不同 需要确定无铅焊料的二次 回流掉件标准。 本文介绍了一个理论模型，该模型给出了元器件在经 第二次回流时是否掉 件的关键值。对无铅焊接电路板采用 了实验设计 （DOE ）和A NOVA 分析 （方差分析） 以 验证 影响不同元器件掉件的主要工艺因素的影响 同时对有铅 焊接和无铅焊接进行了对比。 为了进一步调查并解释实验 结果，采用了光学检测和切片分析。最后 基于实验和分 析结 果给出了判断是否掉件的关键值。 理论模型 2 表面张力 液体内部的一个分子受到各个方向的各种引力 这些 力的矢量总和为零。液 体表面的一个 分子受到 一个向内的内聚力，该 力垂直于液面 液体分 子之间的分子间作用力 或结合力 产生表面张力 [5] 表面张力是液体表 面的一种类似拉伸弹性 薄膜的趋向 这种液体 自发 趋势使其表面积最 小。 接触角 在液固体的界面上 如果液体分子对固体分子的引力 超过液体分子的相互引力（即粘附力大 于内聚力）时 就会发生表面润湿 如图2 （a ）所示。 如果液体分子之间的引力大于与固体分子的引力时( 即 内聚力大于粘附力) 那么液体就形成 液滴状 不会润湿固 体表面 如图2 （b ）所示。 焊接时，要求熔融焊料润湿焊盘 这就意味着粘附力 （熔融焊料与焊盘之间）必须大于内聚 力（熔融焊料内部