氮气和气相焊对墓碑效应形成的影响

在电子产品的表面组装过程中，尤其是在大批量回流焊接工艺中，无源片式元器件的墓碑效应给PCBA组装焊接增加了许多麻烦。随着SMC/CMD的微小型化，回流焊接时这些片式元器件会出现“直立”，此现象又称为“曼哈顿”效应。

这种现象主要发生在小型片式元器件上，它们被焊接在相对两极的表贴焊盘上，在焊接过程中元器件垂直地立起来，如图所示。有时是部分直立，有时元器件完全直立在一个焊盘上，就像在墓地的墓碑似的。

在早期SMT制造过程中，通常“墓碑”与气相回流焊接（冷凝焊）联系在一起，原因之一是与快速升温加热有关。随着气相回流工艺的发展，特别是强制对流工艺和先进的控温系统的应用，SMC/SMD焊接的“墓碑”现象曾一度得到极大的抑制。

随着片式元器件的微型化和轻量化，高温无铅焊料的应用，“墓碑”缺陷的影响反而变得更加显著。在气相回流和氮气回流系统中，甚至在使用新批次的元器件和PCB时，墓碑效应都容易出现。

初始润湿差异导致的墓碑效应
造成“墓碑”效应的原因之一是无源元器件两端焊料的初始润湿力不同，这种不同来自于两个焊端表面的润湿力和焊料的表面张力的差异。如果一个焊端比另一个焊端更快地进行回流和润湿，那么作用在该焊端上形成焊点的力可能使元器件的另一个焊端抬起来，从而形成墓碑现象。

润湿机理包括三个重要参数:初始润湿时间、润湿力和完全润湿时间。完全润湿发生时，在焊点和元器件上的作用力最大，因此完全润湿时间的差异直接关系到墓碑缺陷的产生。

氮气和气相焊接的影响
氮气和气相焊接对墓碑效应的影响是显著的。在回流焊接的过程中，氮气阻止了表面再氧化，加快了初始润湿的发生；气相焊接的温度上升速度应受控，与氮气环境一样，气相焊接的气相也防止了表面的再氧化。在这两种工艺条件下，待焊组件在进入回流区时，金属化表面的氧化大大减少，使润湿速度更快。如果此时回流焊接的温度上升速度过快，或者气流方向、速度、温度不均匀，那么贴片元件就更容易被拉起，形成墓碑效应。

较快的初始润湿没有提供足够的时间以减少ΔTS，而初始润湿时间的额外推迟以减少ΔTS恰恰是要减少墓碑缺陷发生所必需的。因此，我们在看到氮气和气相焊接的明显好处的同时，也要采取额外的预防措施来减少墓碑效应的产生。

规避“墓碑”效应的措施
1.调整回流温度曲线，增加预热温度和预热时间，以缩小元器件两端的温差；
2.采用氮气保护回流焊接时，要控制氮气环境下的残氧量，优选500ppm；
3.在保证焊点强度的前提下，焊盘尺寸应尽可能小，因为焊盘尺寸减小后，锡膏的涂布量相应减少，锡膏熔化时的表面张力也跟着减少。整个焊盘的热容量减少，两个焊盘上锡膏同时熔化的概率大大增加。

福英达锡膏
深圳市福英达是全球领先的微电子与半导体焊接材料生产商，能为客户提供合适熔点和性能的锡膏产品。欢迎来电咨询。

审核编辑 黄宇