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回流焊鉭電容吹氣機理研究

在實際生產中,回流焊后板上鉭電容周邊的小元件經常會產生移位、少件和立碑等缺陷。

業界有觀點認為,是鉭電容比周邊的元件相對要高,熱風回流過程中產生“風墻效應”,造成周邊的小元件被“吹走”等缺陷的發生,基于此種判斷的處理方法一般為更改設計、減小風力或改變板子過爐的方向等。也有人認為是鉭受潮,導致高溫下“吹氣”效應的發生;現場的處理建議通常是對元件進行烘烤。但是,這些措施的實際效果往往不理想。

那么,造成鉭電容旁小元件產生移位、少件和立碑等缺陷的具體原因有哪些?其機理是什么?發生此類問題后究竟應如何處理呢?目前,業界還沒有形成統一的意見和做法。針對上述問題,我們進行了一系列的實驗進行驗證,希望能夠找出真正的原因和解決辦法。

實驗驗證,實驗的單板上共有4個相同的某品牌鉭電容,其中一個的周邊有一個0603的電阻,電阻與鉭電容之間的距離0.5mm。生產過程中,此電阻印錫和爐前貼片正常,過爐后有30%比例的不良,主要表現為少料、移位和立碑,單板其它位置無異常(如圖3所示)。

現場通過降低風力、加快或降低鏈速和改變過爐方向等方法進行調整,結果沒有明顯的差異,即仍有一定比例的不良產生。

為了搞清問題所在,我們針對此問題進行了如下幾種驗證:

1、更換其它品牌且外形相同的鉭電容;

2、取正在生產的鉭50只進行烘烤(125度,4小時)之后再貼片;

3、取正在生產的鉭電容50只,放在報廢的PCB上選過一次回流爐再進行貼片;

實驗結果分析

從上面的驗證我們可以得出如下結論:

1、因為過爐后再貼裝不良消失,此時鉭電容及周邊電阻的外在形態和相互位置關系并沒有改變,因此可確定不良不是由回流爐內熱風吹動引起的,所謂的“風墻效應”的說法不成立,電阻的移位、立碑和少件應該是鉭電容在高溫狀態下“吹氣”所導致的;

2、更換不同品牌的鉭電容或鉭電容過爐后不良消失,說明此不良是鉭電容的不同狀態差異造成的;

3、常規工藝的高溫烘烤無法改變鉭電容的這種狀態,也就無法有效地解決“吹氣”的問題;

4、通過回流爐后的高溫可以改變鉭電容的相應狀態,從而解決鉭電容的“吹氣”問題。

那么,引起高溫下鉭電容“吹氣”的原因是什么呢?

機理分析

為了解釋鉭電容高溫下的“吹氣”問題,我們需要從鉭電容的結構、成分和加工工藝入手。

首先,我們了解一下鉭電容的制造工藝、結構和材料特性。固體鉭電容是通過將鉭粉壓制成型,之后經高溫真空燒

結成一多孔的堅實芯塊(圓柱形狀),芯塊經過陽極化處理生成氧化膜TA2O5,再被覆固體電解質MNO2,然后

覆上一層石墨及鉛錫涂層,最后用樹脂包封成的元件。

其次,鉭電容的加工工藝流程一般有以下幾個主要步驟:陽極基體設計——成型燒結——氧化膜形成——被覆

MNo2——封裝。

通過對固體鉭電容整個制造工藝的了解我們可以發現,MNO2是在陽極氧化膜TA2O5表面被覆的一層電解質。

在實際的加工過程中,MNO2層是通過MN(NO3)2的熱分解而得到的,其過程是將TA2O5的陽極基體沒入MN(NO3)2溶液中充分浸透,然后取出烘干,在水汽(濕式)或空氣(干式)的高溫氣氛中分解,制取出電子電導型的MNO2。作為鉭電容的固體電解質,其分解溫度是210-250度,化學方程式如下:

高溫

MN(NO3)2=MNO2+2NO2

在固體鉭電容的生產過程中,如果工藝參數控制不到位,就會造成MN(NO3)2分解殘留。在元件貼裝回流時,殘留的MN(NO3)2進一步分解,釋放出NO2氣體,元件外面包裹的一層環氧樹脂屬于高分子鏈材料,厚度只有0.5MM,分子間的空隙足以通過NO2氣體分子。因此,從固體鉭電容元件制造工藝可以看出,如果殘留MN(NO3)2,在210-250度時就會分解釋放出NO2氣體,而回流焊的溫度恰好符合MN(NO3)2的分解溫度。所以,一旦有MN(NO3)2殘留,過爐后就會分解釋放出NO2氣體,直至殘留的MN(NO3)2完全分解為止。基于以上分析我們認為,回流過程中鉭電容吹出的并不是業界普遍認為的水蒸氣,而是NO2氣體。

由于鉭電容加工過程中工藝控制不到位,造成了MN(NO3)2殘留,在回流加熱過程中生成NO2氣體。因為MN(NO3)2分解產生NO2的溫度是210-250度,因此,普通的高溫烘烤無法解決鉭電容的“吹氣”問題。當元件先過一次爐時,殘留的MN(NO3)2基本分解完畢,此時再貼裝鉭電容,就不會再有“吹氣”現象發生了。

由此我們認為,鉭電容的“吹氣”問題很大程度上是鉭電容制造商工藝控制問題造成的。

通過實驗驗證和相關機理分析,我們可以得出如下結論:

1、SMT回流過程中造成鉭電容周邊小元件少件、移位和立碑等缺陷的原因是鉭電容在回流過程中“吹氣”所導

致,傳統的“風墻效應”說法不成立;

2、鉭電容回流過程中釋放出的氣體是MN(NO3)2分解出的NO2氣體。

基于以上分析,解決鉭電容在SMT加工過程中“吹氣”問題的建議如下:

PCB設計上,盡量避免在鉭電容周圍特別是長邊兩側近距離布置小元件。

SMT生產過程中一旦產生鉭電容“吹氣”問題,可以通過將鉭電容過回流爐后再貼裝的方法加以解決。

 

 

 

信息來源:鉭電容

 

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