為什麼雙面SMT第二次回焊時第一面不會掉件?再回焊熔錫溫度會升高?

為什麼雙面電路板SMT第二次回焊(2nd reflow)時已經打在第一面的電子零件不會因為第二次再過一次回焊爐的相同高溫而重新融錫掉落呢?一般無鉛SAC305錫膏於第二次回流焊時熔錫溫度又會升高多少?嗯!會不會是因為人家第一面的零件比較老實不喜歡麻煩別人呢!當然,這只是個玩笑話。

為什麼電路板SMT已經打在第一面件的零件,於板子打第二面過第二次過回焊爐時,打在第一面板子上的電子零件不會因焊錫重新融化及重力掉落下來?一般電路板經過第二次回流焊錫爐(reflow oven)時的溫度也幾乎都是一樣的溫度,而且大部分SMT工程師也都把回焊的上、下爐溫設成一樣,那為什麼第二面板子上的錫膏會熔錫,而第一面上已經融化過一次的錫膏不會再熔錫呢?難道錫膏在二次回流焊時熔錫的溫度升高了?

相信很多摸過SMT(Surface Mount Technology)的朋友都有這樣的疑問?或是曾經被人家詢問過類似的問題?也許你隱約知道答案,不過你真的瞭解為什麼已經打在第一面的零件不會在二次回焊爐中掉下來呢?或許有前輩告訴過你,已經融化過一次的錫膏要在第二次回焊時再度融化,其溫度會比新鮮的錫膏高出大概10°C左右,但為什麼已經融化過一次的錫膏要再次融化的溫度就會比較高呢?

其實工作熊對於這個也不是很確定啦!所以,當然是要請教專家囉!以下的回答是去詢問台灣一家專門做錫膏的廠家所獲得的訊息,工作熊最主要詢問關於SAC305的熔點 :

Question: 

SAC305第一次Reflow熔點約在217°C,那第二次Reflow的熔點大約落在哪裡呢?第二次Reflow的熔點會升高是因為組成成份改變的關系嗎?

Answer:

SAC305的熔點在經過一次reflow後,可能會因為部份的焊錫元素(主要是錫和銅,而「銀」則形成Ag3Sn後,不會再參與其他反應)與焊墊或零件腳的材質形成IMC。另外,部份焊墊或零件腳的元素亦會熔入至焊點中,因此,使得單一焊點的焊錫成份組成發生變化,不再是原來SAC305的比率,所以熔點會發生變化。

至於熔點變化的範圍,則比較難估計,因為每種零件的狀況不同,即使在同一片PCB上,不同的焊點可能也會有所差異。另外,同一焊點也可能因為元素擴散狀況不同,在不同位置(例如QFN零件腳下方和零件腳外側的成份分佈會有差異)元素分佈不同而有差異。但是,可以比較確認的是SAC305是近共晶材料,因此,少量的合金成份變化,熔點還是會由217°C附近開始熔解(共晶點),完全熔解的溫度則會提高,推測整體焊點的平均完全熔解溫度可能會上升至225~230°C附近。

另外,一般二次回焊時,第一次回焊的焊點表面會存在氧化物,且焊點缺少助焊劑作用(助焊劑用於清除氧化膜的能力不足),即使溫度上升至回焊溫度, 第一次回焊焊點的表面氧化物張力作用亦會支撐住焊點形狀,使得在焊點外觀上不會因為溫度達到焊錫熔點而出現熔融坍塌現象。

相關閱讀:
二次回焊時避免第一面零件掉落的解決方法
給初學者的Q&A:關於SMT鋼板、打件面順序決定、DFM、DFX

以上, 提供給大家參考。

~如果您有其他見解,或是補充意見,歡迎提出您的看法~


以下為個人對於【為什麼二次回焊時第一面零件不會掉落?】的補充意見:

  1. 假設原為SAC305的錫膏,經過第一次回焊融錫後,其SAC305的合金成份比率已經發生了變化,比如說有些錫與銅(銅基地,如OSP)或是鎳與錫(鎳基地, 如ENIG)會生成IMC,另外,不要忘記最重要的「銀」也形成Ag3Sn的IMC,這些已經形成IMC的元素於二次回焊時不再參與融錫的反應,也就是說焊錫中的成份已經改變,不再是原來SAC305的比率,特別是「銀」幾乎都已經變成了IMC不見了,所以融錫的溫度就會跟著改變而升高。至於二次回焊的融錫溫度升高多少度,一般來說大約10°C以內,個人沒有實際實驗數據,只是推估。所以如果二次回焊的溫度過高,還是可能造成第一面的焊點重新熔融,零件可能掉落的風險。
  2. 已經成形的焊點因為與空氣接觸,所以其金屬表面會形成程度不一的氧化物造成金屬表面能增加,間接升高已經成形焊點的熔點。
  3. 二次回焊時第一面的焊點內的「助焊劑(Flux)」已經揮發,不能再發揮其降低錫液表面張力的效果,所以即使有部份融錫的現象,焊點的外觀上也不會因為溫度達到焊錫熔點而出現熔融坍塌現象。當然,溫度如果高出熔點很多當然還是會融錫。

以上僅為個人見解。


延伸閱讀:
PCB焊接強度與IMC觀念
零件掉落與鍍金厚度的關係
PCB爆板的真因剖析與防止
浸金及電鍍金在電路板焊接中所扮演的角色
SMT與Wave soldering焊錫的中文翻譯與觀念澄清

 
 
訪客留言內容(Comments)

請問版主,一開始你放的這張電路板照片,板子看起來蠻厚的,好像超過1.6T,請問厚度多少? RJ45和USB附近的板邊好像有局部鍍金?請問用意是什麼呢?感謝版主的回答。

Lin Yi Hsien
板子是1.6mm厚度。
鍍金一定有特別目的,但這不是我的專長,所以無法回答你。

版主,我突然想到會不會跟EMI有關呢,是不是直接導到金屬去外殼上

Dear Sir,

I think there are three reasons for higher the remelting point of the solder alloy after fist soldering process.

1. The element ratio of the alloy has been changed after first melting just like you described above.

2. The solder paste is composed of two particle type solders, which the low temperature solder is minor and high temperature solder is the most. After re-flow process, the lower one melting firstly and soon solidified by changing its element ratio to nearly the same as the high temperature one due to diffusion.

3. Even the element ratio of the alloy has no change after the re-flow soldering, the particle type solder has high surface energy due to its relatively large surface area to volume ratio, this can be seen as an effect come from Quantum mechanics. You can image that the smaller particle the closer to the status of melting, if the particle size is as small as one atom one particle, it is really melted even room temperature. Put a lot of this kind particles together will soon to form a solid solder, which need the temperature rise to the melting point for remelting.

Best

Chou

Chou,
Thanks for the information share. You give more directions to study this topic.

Dear Sir,

One interesting paper can be an example of that I described in 2.:
https://www.mpif.org/AboutMPIF/PDFs/papers/outstanding15.pdf

Best
Chou

Chou,
Thanks for the information.

hi 熊大你好~
我在排一塊PCBA,客人要求評估板子的正反面在同一個位置都要打上Type-c connector(SMD type)定位Pin0.6mm,板子厚1.6mm
請問這樣可以打嗎?
我的想法是投入面dip孔先不上錫,打產出面時在上錫並打上第二顆TYPE-C,請問這樣的方式可行嗎?會不會有什麼問題
謝謝

Jeff,
基本上是第一面是的孔洞(PTH)可以印錫膏做PIH製程,沒有問題的,因為你的PIN腳長度只有0.6mm而板厚有1.6mm,所以錫膏不會溢到背面,我們的經驗是孔洞內的錫膏都填不滿。

感謝熊大的回覆
SMT產線怕第一層PIH的錫S/S置件後過Reflow錫會流到C/S面, 造成另一面Type pin腳插不進孔內, 會跪腳.
有風險的設計產線似乎不買單 =.=

Jeff,
所以你的意思是說,雙面都有Type-C連接器,且PIN腳對插在同一個PTH孔,這樣的確可能會有問題,只是第一面不印錫,可能造成焊錫量不足,焊錫孔洞,所以第二麵的錫量要多注意。


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