【干货】SMT无 铅 焊 接 二 次 回 流 时 元 器 件 是 否 掉 件 的 标 准

                                                                                                   


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摘要
在双面组装时，T 面（top side）元器件第一次回流后，需要将电路板翻转 进行另一面的回流焊接。在第二次回流时，原己焊好的 T 面元器件被表面张力 所固定，防止元器件在重力作用下的掉件。需要有一套方法从元器件重量和焊盘面积角度来判断元器件在 B 面（bottom side）回流时是否会掉件。

本文介绍了一个理论模型，该模型给出了元器件在第二次回流是否掉件的 关键值。对无铅焊接电路板采用了实验设计（DOE）和 ANOVA 分析，以验证影响 不同元器件掉件的主要工艺因素的影响，同时对有铅焊接和无铅焊接进行了对 比。为了进一步调查，采用了光学检测和切片分析。实验结果表明：有铅和无铅焊接之间的 Cg／Pa 值没有明显差异。
双面回流电路板的应用越来越广泛而且复杂度日 益提高。双面回流电路板的主要优点在于充分 利用了电路板空间，同时降低了产品成本。双 面回流组装时，先进行 T 面元器件回流焊接，然后将电路板 翻转再进行一次回流。在第二次回流时，原已焊好的 T 面元 器件是被熔融焊料的表面张力所固定，防止元器件在重力 作用下掉件；然而，如果 T 面元器件重量太大，那么在二次回流时，元器件的焊点重熔，就会导致掉件现象的发生。

有多种方法可以防止双面回流时元器件掉件[1]。方法 一，用胶固定 T 面元器件，这样在第二次回流时就不可能掉 件，但这种方法需要额外的工序、设备和成本；方法二， 两面焊接所用的焊料合金不同，它们的熔点不同，B 面焊接 所用的焊料的熔点较低，这一方法在许多应用场合也有不 少问题，低熔点焊料合金的熔点可能太低，不适应最终产 品的使用温度载荷，反之，高熔点焊料合金可能所需的回 流温度较高，回流时可能会对元器件和基板造成损伤；方 法三，在二次回流时，对电路板 T 面吹冷空气，使 T 焊点低 于液相线温度，这种方法的问题是由于两个面存在温度差 异，可能会引入应力。

事实上，对于大多数元器件，熔融焊料的表面张力可 以牢牢地将 T 面元器件固定。为了判断元器件是否适应 T 面 二次回流而不掉件，有铅焊料二次回流有一个经典的判断 标准：Cg／Pa≤30（g／in2），其中 Cg 是元器件重量， Pa 是总焊盘面积[1][2][3]。这一公式已经写入电路板设计规 则中，这样电路板设计者就可以进行计算评估，在 T、B 面 设计布局时选用合适的元器件。

对于无铅焊接，由于有铅和无铅焊料的材料特性和回 流曲线不同，需要确定无铅焊料的二次回流掉件标准。 本文介绍了一个理论模型，该模型给出了元器件在经 第二次回流时是否掉
件的关键值。对无铅焊接电路板采用 了实验设计（DOE）和 ANOVA 分析（方差分析），以验证 影响不同元器件掉件的主要工艺因素的影响，同时对有铅 焊接和无铅焊接进行了对比。

为了进一步调查并解释实验 结果，采用了光学检测和切片分析。最后，基于实验和分 析结果给出了判断是否掉件的关键值。
理论模型1

表面张力
液体内部的一个分子受到各个方向的各种引力，这些 力的矢量总和为零。液 体表面的一个分子受到 一个向内的内聚力，该 力垂直于液面，液体分 子之间的分子间作用力 或结合力产生表面张力 [5]，表面张力是液体表 面的一种类似拉伸弹性 薄膜的趋向，这种液体 自发趋势使其表面积最 小 。

接触角
在液固体的界面上，如果液体分子对固体分子的引力 超过液体分子的相互引力（即粘附力大于内聚力）时，就会发生表面润湿，如图 2（a）所示。




















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