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PCBA大講堂:焊錫吃得好不好的原理是什么?

發布時間 :2017-04-05 08:58 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCBA部
很多朋友可能都沒有細想過PCBA加工焊錫吃得好與不好的原理是什么?是什么因素會造成零件空焊?
一般IPC英文版本以Wetting(潤濕)來形容吃錫確實非常傳神,把焊錫想像成「水」的樣子,有「潤濕 」就表示吃錫吃得好,沒有被「潤濕 」就表示吃錫吃得不好,或甚至沒吃錫。
那是什么因素影響了「潤濕」的程度呢?潤濕的終極表現可以用IMC(Intermetallic Compound)有沒有形成來確認,而IMC其實是一種化學反應的結果,如果是銅基地的PCB(OSP是也)會生成Cu6Sn5,如果是鎳基地的PCB(ENIG是也)會生成Ni3Sn4,IMC生成物是一種化合物,而想形成化學反應就需要的是熱能,熱能又取決于溫度,這里可能要再加上時間,但能不能直接以Reflow溫度曲線下的面積(溫度 x 時間)來計算就有待商榷。
Soaking type 典型浸潤式回流焊溫度曲線Slumping type 斜升式回流焊溫度曲線
 
總之,到目前為止【溫度】就是決定錫膏潤濕(吃錫)是否良好的主要因素,也就是說當給予的溫度高于錫膏熔錫的溫度使其可以形成IMC就可以形成良好的吃錫,換個比較學術的說法,當給予的熱能高過PCB的表面處理、錫膏的「表面能」,才能形成化學反應,所謂「表面能」是創造物質表面時,破壞分子間化學鍵所需消耗的能量。
以上是理想的狀態,那如果PCB的表面處理或是錫膏氧化了,它們的表面能就隨著氧化程度而增加,但SMT的回流焊(Reflow)溫度卻是固定的,因為有些零件不耐更高溫,于是給予的熱能不變,但表面能增加的情況下就會造成潤濕不良的情形,當氧化程度不是很嚴重時,就會發生部份可以潤濕,部份不潤濕的縮錫(De-Wetting)現象,當氧化非常嚴重就會造成不沾錫/不潤濕(Non-Wetting)的現象。
所以影響焊錫潤濕的因素為「溫度」與「氧化」程度。
請注意:這里的溫度指的是要焊錫與需要生成焊接的位置,既使環境溫度已經達到了融錫溫度,但需要焊接的位置仍然未超過其表面能的溫度,就會發生焊錫融化了但卻流動到鄰近已經升溫超過表面能的位置。
這個現象經常發生在焊錫全部集中在零件腳或是全部集中在PCB焊墊的位置,就是有一方的表面處理可能已經氧化,造成表面能升高,當一方可以吃錫,另一方不能吃錫,就會這樣。
另外一個現象是PCB的焊墊上鋪設了大面積的銅箔,銅箔面積越大就需要供給更多的熱能才能升溫,可是零件的升溫卻很快,這時候如果回流焊爐的溫度曲線條得不好,也會造成焊錫全部跑到零件腳的情形,所以有些PCB會特意在這種焊墊上設計熱阻(Thermal Relief)來降低其影響。
所以影響焊錫潤濕的因素為「溫度」與「氧化」程度


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