為什麼SMT二次回焊時第一面零件不會掉落?再回焊熔錫溫度會升高?

為什麼二次回焊(2nd reflow)時第一面已經打件的電子零件不會因為再過一次回焊的相同高溫而重新融錫掉落?一般SAC305錫膏於第二次回流焊時熔錫溫度又會升高多少?

為什麼電路板SMT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,而且大部分的回焊爐溫設定也是上、下爐一樣,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打在第二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再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。

至於熔點變化的範圍,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。至於會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,只是推測。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. 二次回焊時第一面的錫點內的「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,所以既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。

以上為個人見解。


延伸閱讀:
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浸金及電鍍金在電路板焊接中所扮演的角色
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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.


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