SMT中貼片元件立碑現象的機理分析
立碑工藝缺陷及所謂的墓碑(Tombstoning),吊橋(Drawbridging),石柱(Stonehenging)和曼哈頓(Manhattan)現象,都是用來(lái)描述如圖一所示的片式元件工藝缺陷的形象說(shuō)法。這類(lèi)缺陷的典型特點(diǎn)就是元件一端在再流汗過(guò)程中 翹起一定角度,在早期的表面組裝過(guò)程中,立碑現象是與氣相再流焊和紅外再流焊工藝相關(guān)的問(wèn)題。在氣相再流焊接中立碑的主要原因是由于元件升溫過(guò)快,升溫 時(shí),沒(méi)有一個(gè)均熱過(guò)程再達到焊膏熔化,導致熱容量有差異的元件兩端焊膏不是同時(shí)熔化,器件兩端的潤濕力不平衡導致立碑現象發(fā)生。還紅外再流焊接焊中焊盤(pán), 焊膏和焊端顏色的差異導致吸收熱量的不同,引起兩端焊膏不同時(shí)熔化時(shí),器件兩端的實(shí)力不平衡而引起立碑。
隨著(zhù)片式元器件焊端質(zhì)量的提升,熱風(fēng)再流焊的廣泛使用,以及對再流曲線(xiàn)的優(yōu)化研究,立碑現象逐漸減少,已經(jīng)不是SMT組裝過(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題了。但是,近年隨著(zhù)電子產(chǎn)業(yè)功能多樣化尺寸,小型化帶來(lái)的器件微型化,特別是移動(dòng)終端類(lèi)產(chǎn)品中0402封裝器件的大量使用,立碑工藝缺陷又成為電子組裝工藝的一個(gè)主要缺陷,對產(chǎn)品的加工質(zhì)量,直通率和返修成本都產(chǎn)生了很大的影響。
從機理上來(lái)分析,立碑工藝缺陷產(chǎn)生的本質(zhì)原因是器件兩端的潤濕力不平衡,當一端的濕潤力產(chǎn)生的轉動(dòng)力距超過(guò)了另一段潤濕力及器件重力聯(lián)合作用產(chǎn)生的力矩時(shí),在轉動(dòng)力的作用下把元件的一端起升起來(lái)了,器件的受力過(guò)程如圖所示。
圖二為貼片后再流焊前器件手里狀態(tài),圖三為再流焊焊接立碑時(shí)器件的受力狀態(tài),貼片后再流焊焊接前器件受元件兩端的黏結力及中立的作用,焊接過(guò)程中立碑發(fā)生時(shí)在拉起端的黏結力T2 器件重力T3 及熔化端的潤濕力T4 和T5 綜合作用下產(chǎn)生翻轉,此時(shí)T4 對焊接端支撐點(diǎn)產(chǎn)生的力矩大于 T2 + T3 + T5 對焊接支撐點(diǎn)產(chǎn)生的力矩之和,即:
M(T4 ) > M(T2 ) + M(T3 ) + M(T5 )
所以,元器件越小,重量越輕,就越容易產(chǎn)生立碑現象。圖二圖三的各個(gè)參數意義如下所述。
T1 :元件焊端的黏結力;
T2 :元件焊端的黏結力;
T3 :元件的重力;
T4 :元件端部的潤濕力;
T5 :元件焊端底部的潤濕力;
M(T2 ):元件焊端的黏結力T2 產(chǎn)生的力矩;
M(T3 ):元件的重力T3 產(chǎn)生的力矩;
M(T4 ):元件端部的潤濕力T4 產(chǎn)生的力矩;
M(T5 ):元件焊端底部的潤濕力T5 產(chǎn)生的力矩;