如何預防SMT貼片加工中的立碑現象


立碑發生的原因有哪些？并不是所有的原因都一定會導致立碑，現在就對實際SMT貼片加工生產中出現機率較高的幾個原因進行分析，并提出預防措施。

一、焊盤設計

1、焊盤間距過大，并非是焊盤與元件不匹配問題，而是元件尺寸與焊盤的外形尺寸滿足可靠性要求，但兩個焊盤中間間距過大，這會導致焊料潤濕元件端子時，潤濕力拉動元件導致元件產生偏移而與錫膏分離。通常為了避免立碑問題而建議元件的焊盤尺寸特別是內側間距要滿足一定的要求。

2、焊盤尺寸不一致，熱容量不同

如下圖所示，位置C33的兩個焊盤焊接區域的面積不一樣，上部位置的焊盤是在大塊銅箔上阻焊膜開窗而成，焊接區域的面積會大于下部位置的焊盤，而且，上部位置焊盤因為與大塊的銅箔相連，回流時其升溫速率會比下部焊盤相對較小，所以，錫膏的熔化潤濕速率也會不同，這就非常容易產生偏移或立碑問題。據小編的了解，很多的廣州SMT貼片加工廠就曾經經歷過這樣的噩夢，回流后，0402元件的偏移、立碑及飛件都有發生，防不勝防。通常應該在DFM階段就建議設計師采用兩端焊盤相同的設計方式，同樣的SMD或NSMD設計，而不是一端是SMD而另一端是NSMD。最好是如圖中R12或R16的設計方式。如果確實需要連接大塊銅箔，可考慮采用熱隔離設計，如下右圖，Thermal relief可以均衡兩端焊盤的升溫。這個隔離的寬度相當于焊盤直徑或寬度的四分之一。

3、阻焊膜厚度

其實阻焊膜的厚度的影響一般不會太多，因為現在大部分0201以下元件的設計中，在焊盤之間的阻焊膜已經取消了，如果真的存在，可建議設計師取消中間的阻焊膜。

二、工藝設計

1、錫膏印刷偏位，如下圖所示，如果鋼網開孔為了避免錫珠問題而增加焊盤之間的間距，或錫膏印刷偏位，回流后的立碑發生機率就會大增。所以，控制錫膏印刷問題是很關鍵的，當然這在實際生產中是很容易發現的。但鋼網的開孔設計就比較難發現了，通常推薦鋼網開孔間距保持與表中C值一致。


2、貼裝偏位

貼裝偏位產生的機理其實與錫膏印刷偏位一樣，就是元件偏位，導致焊接端子與錫膏接觸不充分而產生不均衡的潤濕或潤濕力，立碑自然就難以避免了。這就需要優化貼裝程序。

3、氮氣濃度

大家都知道，氮氣屬于惰性氣體，它隔絕氧氣的影響而提高了焊接端子的可焊性，錫膏的潤濕性，錫膏熔化后在PCB焊盤和元件端子的爬升能力。這對于焊接質量來說，不管是產線的良率問題還是焊點的可靠性來講都是很有幫助的。拋開成本因素，這是非常有必要的。當然如果元件或PCB焊盤的可焊性好，這沒有問題，但是如果元件兩個端子的可焊性存在差異，氮氣就可能放大這種差異，這就是為什么有時氮氣濃度高，氧氣濃度在1000PPM以下時，反而有立碑問題發生。很多廣州SMT貼片加工廠家的經驗表明，當氧氣濃度低于500PPM時，立碑問題就很嚴重。但是這沒有一個標準值，根據實際經驗，通常氧氣濃度控制在1000—1500PPM，這既有利于焊接的完成也不容易發生立碑問題。

4、Profile設置不當

溫度的設置主要需要考慮整個PCB板的熱均衡，回流時如果PCB板上的熱量差異大，可能導致熱沖擊問題，當升溫過快，大于每秒2°C，立碑就可能發生，所以，通常建議其升溫斜率不要超過每秒2°C，在回流前盡量保持PCB板溫度均衡。

三、物料問題

元件兩個焊接端子的可焊性問題，可以根據IPC J-STD-002，《Solderability Tests for
Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and Wires》對元件的端子可焊性進行測試。儀器測試結果如下圖，其評估標準如下表所示。通過這樣的檢測，只能說明元件端子的可焊性沒有問題。但如果有立碑問題發生，就需要確定兩個端子達到相同潤濕力的時間或在某個特定時間段內達到的潤濕力的大小，潤濕速率或潤濕力之間較大的差異就極有可能導致立碑問題。


四、結論

1、片式元件立碑的根本原因是焊料對兩個焊接端子的潤濕不均衡；

2、設計方面采用兩個焊盤相同的設計方式，尺寸大小、內側間距、熱容等方面均衡就可以預防立碑的發生，采用熱隔離設計（Thermal relief）可以避免立碑問題；

3、鋼網設計上，在兩個網孔的內側距離上保持適當的值可以有效地防止立碑發生；

4、如果貼裝質量不好，設備精度有限，過大的偏位也可能導致立碑問題；

5、快速升溫可能導致PCB板上的熱量分布不均衡而發生立碑問題，小于2°C每秒的升溫斜率可以防止立碑問題；

6、氮氣回流可以有效提升焊接質量，但氧氣含量過低又可能導致立碑發生，大于1000PPM的氧氣含量一般不會導致立碑問題；

7、在可焊性測試中，要關注潤濕的時間和潤濕力在元件的兩個端子方面的平衡，否則立碑問題不可避免。