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1、什么是立碑

 

      PCB上的立碑（tombstone）也叫曼哈頓吊橋或吊橋效應(yīng)等，是一種片式（無源）元器件組裝缺陷狀況，其成因是零件兩端的錫膏融化時間不一致，而導(dǎo)致片式元件兩端受力不均，這種片式元件自身質(zhì)量比較輕，在應(yīng)力的作用下就會造成一邊翹起，形象的稱之為立碑。

 

 

2、立碑產(chǎn)生的原因及分析

 

      立碑出現(xiàn)的主要原因是由于在回流時元器件的兩端在熔解的焊料中受到的張力不平衡。

 

      錫膏在回流焊流程中的受力分析：

 

 

      ①焊盤外側(cè)錫膏的拉力；

 

      ②焊盤內(nèi)側(cè)的拉力；

 

      ③錫膏的浮力；

 

      ④元件的重力。

 

      錫盤外側(cè)向外的拉力大于其余各力的合力時，就產(chǎn)生了立碑現(xiàn)象。

 

3、原因分析

 

（1）焊盤大小

 

      在設(shè)計焊盤時若焊盤超過元件端子后，向外補(bǔ)償?shù)木嚯x太少將會減少有效角，從而在焊縫面上增加拉力的垂直矢量，這樣會使立碑現(xiàn)象更加嚴(yán)重。如果焊接焊盤設(shè)計太寬，元件則會漂移而使元件兩端之間的拉力失去平衡，繼而產(chǎn)生了立碑。

 

 

解決方式

 

      工程經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)減少焊盤的寬度及增加向外延伸長度，在條件允許的情況下，使用圓狀焊盤比起矩形焊盤能提供更低的立碑率。

 

      在《PCB封裝與原理圖庫工程設(shè)計》書中對此也有解釋。對于不同封裝的不同焊盤在設(shè)計時提供了焊盤補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)，這些經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證的工程數(shù)據(jù)，可以作為大多數(shù)的硬件或PCB封裝設(shè)計工程師自行建庫時的參考。

 

（2）焊盤間隔尺寸設(shè)計

 

      片式元件兩焊盤之間間隔如設(shè)計不合理也會產(chǎn)生立碑，太小的間隔將引起片式元件本身在熔融焊料上部漂移，太大的間隔將很容易造成兩者之中任一端從焊盤上翹起。

 

 

解決方案

 

      在元器件兩的焊盤之間采取適當(dāng)?shù)拈g隔，具體常用的元件可以參考《PCB封裝與原理圖庫工程設(shè)計》書中最后的實(shí)物1:1樣例庫。

 

（3）片式分立元件端子的金屬尺寸

 

      如果片式元器件下面的金屬端子的寬度和面積太小，它們將減少片式元件下面的拉力，這樣就會加劇立碑的情況。

 

 

解決方案

 

      在選用片式元器件時，盡量選用兩端表面積較大的端子的元件。

 

（4）溫度梯度因不均的熱量分布或附近的元件陰影效應(yīng)

 

      焊盤連接到大的散熱層或銅箔可能比其他對應(yīng)焊盤溫度要低，從而導(dǎo)致立碑。影效應(yīng)是由于在元件附近加熱介質(zhì)流動受到阻滯。

 

 

解決方案

 

      ①通過適當(dāng)?shù)腜CB布局把陰影效應(yīng)減到最??；

 

      ②設(shè)計時優(yōu)化焊盤的連接方式（如表層焊盤與Copper采用非全連接）或與不同層的連接方式等于減少散熱的不均勻，將熱量的不均等分布減到最小，包括焊盤與散熱層的連接；

 

      ③回流時使用緩和的加熱速率，避免采用氣相回流方法；

 

      ④在回流前預(yù)干或使用有長時間均熱區(qū)的曲線以減少助焊劑的出氣率；越過錫膏熔化溫度時使用非常緩慢升溫速率的回流曲線，適當(dāng)增加預(yù)熱階段的保溫區(qū)溫度，將其時間延長至偏上限值，使兩端的錫能同時充分熔化；

 

      ⑤正確設(shè)置預(yù)熱期工藝參數(shù)，根據(jù)每種不同產(chǎn)品調(diào)節(jié)好爐溫適當(dāng)?shù)臏囟惹€。

 

（5）元件端子金屬層或PCB焊盤金屬層的可焊性不一致

 

      這是由于受到污染或是氧化，易于在元件兩端產(chǎn)生不平衡力，引起立碑。如果焊盤涂層是Sn-Pb涂層，一旦焊料熔化在焊盤之上將立即潤濕，所以，它對橫過焊盤的溫度梯度更加敏感，往往會比普通的銅焊盤產(chǎn)生更加嚴(yán)重的立碑。

 

 

解決方案

 

      ①在銅焊盤上使用有機(jī)的可焊性保護(hù)劑（OSP）或鎳/金（Ni/Au）或錫涂層代替Sn-Pb涂層；

 

      ②減少元件端子金屬；

 

      ③使用氮?dú)鉅t，因?yàn)樵诩訜徇^程中，有氮?dú)獗Ｗo(hù)作用，因而其零件腳PCB焊盤，可以阻止錫粉顆粒等再度氧化的情況，使其焊錫可在無太多氧化物阻撓下快速焊接；

 

（6）不平衡的潤濕

 

      不平衡的潤濕是由于使用了潤濕時間快的助焊劑，或助焊劑的激烈出氣（這是由于使用高揮發(fā)性助焊劑或回流時迅速加熱引起）。

 

解決方案

 

      挑選合適的助焊劑。

 

（7）錫膏印刷厚度

 

      較高的錫膏印刷厚度產(chǎn)生更多的立碑，主要是因?yàn)樵诖罅康娜廴诤噶现?ldquo;漂移”。

 

      這些與鋼網(wǎng)的制作及加工細(xì)節(jié)相關(guān)：

 

      ①鋼網(wǎng)太厚，錫膏量太多；

 

      ②鋼網(wǎng)與PCB間距過大；

 

      ③印刷機(jī)刮刀壓力過小；

 

      ④多次印刷錫膏；

 

      ⑤錫膏坍塌（粘度低）；

 

      ⑥錫膏印刷偏移等。

 

 

解決方案

 

      使用較薄的錫膏印刷厚度。在具體生產(chǎn)時則需要注意下面的這些情況：

 

      ①調(diào)整錫膏印刷機(jī)參數(shù)；

 

      ②調(diào)整錫膏印刷機(jī)刮刀壓力；

 

      ③只印刷一次錫膏；

 

      ④縮短錫膏印刷后放置時間（調(diào)整錫膏粘度）；

 

      ⑤調(diào)整錫膏印刷機(jī)參數(shù)；

 

      ⑥調(diào)整貼片機(jī)座標(biāo)；

 

      ⑦調(diào)整回流爐設(shè)置。

 

（8）元器件貼放精度

 

      一些機(jī)器在貼放元器件時精度太差，會直接導(dǎo)致片式元件兩端潤濕的不平衡，加重了立碑現(xiàn)象。

 

 

解決方案

 

      提高元件貼放精度。