資料介紹
PCB上的立碑(tombstone)也叫曼哈頓吊橋或吊橋效應(yīng)等,是一種片式(無(wú)源)元器件組裝缺陷狀況,其成因是零件兩端的錫膏融化時(shí)間不一致,而導(dǎo)致片式元件兩端受力不均,這種片式元件自身質(zhì)量比較輕,在應(yīng)力的作用下就會(huì)造成一邊翹起,形象的稱之為立碑。
也許純文字描述大家不太好理解,老wu這里分享一份SMT 立碑現(xiàn)象發(fā)生過(guò)程的視頻供大家參考。
在回流前或錫膏熔化前,由于錫膏中凝膠成分的作用,元件兩端受到錫膏的粘附力(f)以及本身所受重力(G)的作用而固定在PCB焊盤上,當(dāng)PCB在軌道上啟停時(shí),元件都不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。
在回流階段,當(dāng)錫膏熔化后,錫膏的粘附力(f)消失。在開(kāi)始潤(rùn)濕前,由于液體表面張力作用,元件其實(shí)是懸浮于液態(tài)焊料表面上,受到向上的浮力F'作用。
如果元件兩個(gè)焊盤的焊料沒(méi)有同時(shí)潤(rùn)濕兩個(gè)焊接端子即兩端潤(rùn)濕的速率差距較大,或者說(shuō)兩端潤(rùn)濕力差距較大,就會(huì)產(chǎn)生立碑或偏移現(xiàn)象。
其實(shí)立碑發(fā)生的位置大多是片式電容或電感,而電阻卻很少發(fā)生。這其實(shí)從元件的形狀結(jié)構(gòu)上就可以看出來(lái),片式電容或電感端面通常都是正方形,高度值較大,而電阻基本是高度較小的矩形形狀,這在潤(rùn)濕過(guò)程中,潤(rùn)濕力臂L1,正方形的電容或電感肯定大于相同尺寸的電阻。假設(shè)潤(rùn)濕力相同,力臂大而力矩也大,作用效果也就越明顯了。所以電阻發(fā)生立碑的機(jī)率會(huì)相對(duì)小些。
怎樣避免SMT造成的立碑失效?
其實(shí)就是要避免元件在焊接過(guò)程中元件兩端的受力不均衡。
如果元件兩個(gè)焊接端子鍍層可焊性不良,兩個(gè)端子間可焊性有差異,潤(rùn)濕能力不一樣,就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不同的潤(rùn)濕力矩,就可能發(fā)生潤(rùn)濕不良、偏移或立碑問(wèn)題。
回流焊爐溫不均勻,造成芯片兩端的溫度不一致,溫差造成錫膏熔化程度不一致,元件兩端的應(yīng)力差造成立碑不良。
兩個(gè)焊盤沉積錫膏體積差異大,兩處錫膏熔化所需要的熱量不同而導(dǎo)致錫膏熔化速率差異而產(chǎn)生差異的潤(rùn)濕,就可能發(fā)生偏移、立碑的問(wèn)題。
錫膏印刷偏位,如果錫膏印刷偏移而沒(méi)有完全沉積在焊盤上,這可能導(dǎo)致元件端子不能與錫膏有效接觸,可能根本就不接觸錫膏或少量接觸,這都極有可能產(chǎn)生立碑或偏移問(wèn)題。
貼裝精度不足也可能導(dǎo)致立碑,這也可以理解,這其實(shí)與錫膏印刷偏位機(jī)理一樣,錫膏不能與元件的兩個(gè)端子充分接觸而導(dǎo)致兩端的潤(rùn)濕差異,立碑或偏移就可能發(fā)生。
回流焊溫度曲線過(guò)于陡峭,溫度突然爬升,容易造成元件兩端焊盤的溫度不均勻,小于2°C每秒的升溫斜率可以防止立碑問(wèn)題。
錫膏質(zhì)量不佳,錫膏是回流焊工藝必需的材料,它是由合金粉末(顆粒)與糊狀助焊劑(松香、稀釋劑、穩(wěn)定劑等)載體均勻混合而成的膏狀焊料。其中合金顆粒是形成焊點(diǎn)的主要成分;助焊劑則是去除焊接表面的氧化層,提高潤(rùn)濕性,是確保錫膏質(zhì)量的關(guān)鍵材料。錫膏就重量而言,一般80%~90%是金屬合金,就體積而言,金屬與焊劑各占50%。
保證錫膏的質(zhì)量主要從存儲(chǔ)和使用兩個(gè)方面來(lái)體現(xiàn),錫膏一般貯存在0℃~10℃之間(或按廠家要求貯存使用方面,錫膏的使用環(huán)境一般要求SMT貼片加工車間的溫度為25±3℃,濕度為:50±10%(與錫膏的特性有關(guān)),使用時(shí)要按“先進(jìn)先出”的原則,并做好取用記錄,保證回溫時(shí)間大于四小時(shí),使用前需進(jìn)行充分的攪拌,使其粘度具有優(yōu)良的印刷性和脫模性。添加完錫膏后應(yīng)立即蓋好錫膏罐的內(nèi)外蓋子,印刷后確保在2小時(shí)以內(nèi)完成回流焊接。
以上都是SMT工廠需要保障的問(wèn)題,不過(guò)有時(shí)SMT立碑缺陷比較嚴(yán)重,SMT那邊說(shuō)已經(jīng)把控了生產(chǎn)工藝,然后把鍋甩給Layout,那么Layout時(shí)如果避免立碑缺陷呢?
首先,需要注意合理的焊盤設(shè)計(jì)
焊盤設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格保持對(duì)稱性,即兩邊焊盤圖形與尺寸應(yīng)該完全一致,以保持焊料熔化時(shí),元件上兩邊的應(yīng)力相同,避免造成立碑現(xiàn)象。
SMT焊盤設(shè)計(jì)是PCB設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié),它確定了元器件在PCB上的焊接位置。合理的焊盤設(shè)計(jì),在SMT時(shí)少量的貼裝偏移可以在回流焊時(shí),通過(guò)熔化的錫膏表面張力的作用下自動(dòng)校正,氮素,如果PCB焊盤設(shè)計(jì)不合理,熔化的錫膏造成元件兩邊受力不均衡,就會(huì)產(chǎn)生元件偏移深圳立碑等焊接缺陷。
片式元件焊盤長(zhǎng)度過(guò)短,會(huì)造成移位、開(kāi)路、無(wú)法焊接等缺陷,反之,焊盤寬度過(guò)寬也會(huì)導(dǎo)致元器件位移,立碑等缺陷。
創(chuàng)建封裝老wu建議參考IPC-7351的標(biāo)準(zhǔn),主流的EDA軟件都自帶有符號(hào)IPC-7351的封裝創(chuàng)建工具,大家可以好好利用。
焊盤連接銅皮需要做花焊盤連接,避免大面積連接銅皮造成焊盤散熱過(guò)孔造成元件兩端受熱不均勻。
應(yīng)該從焊盤對(duì)稱出線,走線進(jìn)入焊盤的寬度應(yīng)該對(duì)稱。
還要注意PCB設(shè)計(jì)時(shí),兩個(gè)元件不要公用焊盤。
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