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片式元器件再流焊接接合部工艺可靠性设计及举例

2019-05-15 11:56
可靠性杂坛
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例如,为保证接合部的可靠性,接合部钎料量应保持在片式元器件高度的1/2以上,这样可在内侧形成良好的焊接弯月面,随着钎料成形高度超过元器件高度的1/2,元器件内侧弯月面的形成由焊盘尺寸来确定,如图7所示。

图7 LS、LL的计算

在钎接时,假定钎料与焊盘的接触角为45°,对焊盘尺寸的浮动量取t=0.1mm,则焊盘尺寸LS、LL可按下式求得。LL=L+S1×2+δ4 (3)式中,L为元器件长度;S1≈H/2+t;δ4为元器件位置精度。LS=L-T×2-S2×2-δ4 (5)式中,T为电极宽度;S2≈0.1mm(元器件的浮动量t);δ4为元器件位置精度。

三、焊膏印刷量的确定

1.片式元件再流焊接接合部焊膏体积计算片式元件焊接接合部焊膏体积计算,就是要通过印刷的实际焊膏量来获得焊点所必需的钎料量。一般在焊膏的总体积中,合金含量与助焊剂等的体积大约各占总体积的一半。由此,可得出具体焊膏印刷体积控制范围为

根据上式,可计算出片式元件焊膏印刷时体积控制量,如表3所示。表3 印刷时焊膏的体积(单位mm3)

注:L、W、T为平均值。

2.钢网开口尺寸和焊膏印刷厚度(1)钢网开口尺寸的确定。由焊接接合部的可靠性来确定必要的钎料量,而在生产中必要的钎料量的获得,则是通过钢网开口设计来确保的。钢网开口尺寸的设计要注意下述两方面:●基本设计为防止在印刷焊膏操作中,焊膏渗溢到钢网的反面,故希望印刷钢网和焊盘能够紧贴。因此,印刷钢网开口部尺寸取值应比焊盘尺寸小些,但小多少为宜呢?从图8可知,钢网开口部尺寸设定应该由与焊盘相一致的印刷机位置精度(δ1)、钢网加工精度(δ 2)及焊盘加工精度(δ3)这3个因素来确定。

图8 钢网开口部尺寸设计

●注意事项与印刷钢网开口部尺寸相关的不良现象主要表现在焊膏经加热熔融时的塌边会产生钎料球,这种不良现象可以通过对焊膏中溶剂沸点的修正来防止。另外,在进行钢网开口部与焊盘区的设计时也可采取特殊的工艺处理,即使再流焊接中发生了焊膏的塌边,也能防止钎料球的产生,如图9所示。

图9 防止由焊膏的塌边而产生的钎料球

目前SMT所采用的设备型号及其精度如表4所示。表4 SMT设备型号及其精度:

生产线上目前采用的钢网厚度约为0.12mm,钢网加工精度为±0.01mm;当采用激光直接成像技术时,焊盘加工重复精度可达±0.05mm。(2)焊膏印刷厚度。由表3所列出的最大焊膏量Vmax和最小焊膏量Vmin,按下式可求得对应的最大印刷厚度Tmax和最小印刷厚度Tmin,如表5所示。

表5焊膏印刷厚度

四、工艺可靠性设计的注意点

工艺可靠性设计内容的注意点有下面两项:① 设计时为了考虑到元器件尺寸的偏差,测量后的实际尺寸不能超出元器件所对应的PCB焊盘尺寸。② 考虑贴片机的贴装精度,在批量生产阶段不能发生由于贴片原因而造成的元器件错位。可在保证贴装精度状态后再进行贴片。另外,为防止片式元器件焊接后翘立(曼哈顿现象)的不良,应采取相应的措施。所谓曼哈顿现象,主要是由再流焊接时片式元器件位置偏差形成的,其发生机理如图10所示。

图10 曼哈顿现象的发生机理

由图10可知,焊接时形成的力矩不平衡是发生曼哈顿现象的原因,当元器件电极部的上面被钎料覆盖时,这个部分由钎料表面张力作用产生力矩M3,在其反面也生成使元器件恢复原状的力矩,即由元器件自重形成的力矩M1和元器件内侧电极因钎料表面张力产生的力矩M2,各力矩间大小不平衡时即形成曼哈顿现象。为防止曼哈顿现象的发生,在工艺可靠性设计中,对片式元器件电极的端面钎料弯月面形成有着重要的意义。设计时可考虑到电极的端面弯月面的形成因素,这是防止曼哈顿现象发生的最基本的手段。根据樊融融编著的现代电子装联工艺可靠性改编。

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