如何评估SMT二次回焊时第一面零件不掉件风险与机率

电路板组装(PCBA)走SMT双面回流焊已经是现代电子制造的主流，不过偶尔还是有许多朋友会询问188金宝搏苹果下载 ：「是否有方法可以提前知道、或有什么计算公式可以预测哪些在第一面的电子零件过二次回焊时可能有掉件的风险或掉件率？」

188金宝搏苹果下载 之前在部落格中其实就已经有写过几篇关于SMT双面回流焊设计及制程上的注意事项，对这个议题有兴趣的朋友建议可以先看一下：

• 二次回焊时如何避免第一面较重零件掉落的解决方法
• 介绍PCBA双面回焊制程(SMT)及零件摆放的注意事项
• 5种电路板佈线(PCB layout)设计前必须先考虑清楚的组装焊接生产工艺
• 为什么SMT二次回焊时第一面零件不会掉落？再回焊熔锡温度会升高?

电路板组装全双面回流焊接的工艺与制程基本如下：

制程：第一面印锡膏打SMD零件 》第一次回焊炉(1st reflow) 》翻面 》第二面印锡膏打SMD零件 》第二次回焊炉(2nd reflow)

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所以，在进行第二面贴片回焊时，已经贴焊在板子第一面的零件将会背面进回焊炉，当板子来到回焊区时高温将会重新熔融原第一面已经固化的焊锡，这时再加上电子零件本身的重量，就很有可能让比较重的零件发生掉落问题。

那么有哪些因素可能影响到二次回焊时第一面贴片零件掉落呢？

如果你有仔细观察过那些在回焊炉中容易掉落的零件，你会发现它们有些共同的特徵，比如说焊点比较少、零件本身较重或较高，例如SMD型号的网路变压器(lan transformer)、线圈变压器(coil transformer)、线圈滤波器(coil filter)、比较大颗的电解电容器(Electrolytic capacitor)、同轴连接器(coaxial connector)、LGA、MCM…等。

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下面188金宝搏苹果下载 列出一些可能影响二次回焊时第一面贴片零件掉落的因素：

• • 贴片零件的质量
    由于地球本身重力的关系，质量越大的零件受到来自地球的引力就越大，也就越容易从电路板上掉落下来。
    (註：解释一下什么是「质量」。「质量」的英文为mass，质量是物体在不受外力时，可以保持均速的力量。而一般大陆地区口语说的「质量」为「品质之量(quality)」不是一个东西，大概是直接翻译quality的英文，因为字尾-lity有轻量(lightweight)的意思。而重量(weight)则是带着一定质量(mass)的物体在引力场中所受的力。188金宝搏苹果下载 个人觉得在这个公式里不管用「质量」或「重量」应该都说得通，甚至用重量可以更贴切一点，只是原PO用质量在公式中来表示，就尊重其意思。)

  • 锡膏的合金成份
    目前业界使用锡膏的最大宗分别为无铅(lead-free)及含铅/有铅(Tin-lead)两种。而无铅锡膏的成份又以SAC305最多人使用，SAC305的主要成份为锡(Sn)佔了96.5%、银(Ag)佔了3%、铜(Cu)佔了0.5%比率的锡膏，而其熔点约为217°C。含铅锡膏最主要为Sn61.9％/Pb38.1%，其熔点只有183°C。所以无铅及有铅锡膏的熔点差了大约34°C。
    另外，液态熔融焊锡的黏度应该也会影响到掉件与否的程度，可惜188金宝搏苹果下载 查到的似乎都是锡膏的黏度，而不是液态焊锡的黏度。

  • 回焊炉温度
    其实应该是电路板在回焊炉中的实际温度，尤其是电路板底面的温度，因为温度会影响焊锡液化的程度，温度越高则液态焊锡的润湿性将会越好，也就是说焊锡会更均匀的往电路板的焊垫末端移动，还会往零件引脚的上端流动（零件在底面、重力往下），使得留存在电路板与零件引脚间的焊锡变少。
    有些人会将回焊炉的下炉温调得比上炉温低约5～10°C来克服那些要掉不掉的零件掉落的问题。

  • PCB的表面处理
    不同表面处理的PCB会形成不同的IMC，而且其润湿程度也会不一样，比如铜基地(OSP、HASL、ImSn)的表面处理会形成铜锡合金IMC，镍基地(ENIG)的表面处理会形成镍锡合金IMC，但188金宝搏苹果下载 认为这个对二次回焊掉件的影响应该不大。

  • 电子零件引脚的吃锡面积
    除了零件的质量外，引脚的吃锡面积多寡应该是影响液态熔融焊锡对零件抓着力使其不掉件的最大因素。基本上有着同样质量的零件，引脚的吃锡面积越大应该就越能保持底面零件不掉落能力。

  • 锡膏印刷量
    这点其实要配合零件引脚面积，并不是锡膏印刷量越多就一定越好，锡膏量只要可以让零件引脚底部与侧面吃锡饱满就可以达到其最大功效了，过多的锡量有时候反而适得其反。

综上所述，我们大概可以挑出「零件质量」、「零件引脚的吃锡面积」两个影响二次回焊掉件与否的主要因素，然后用「锡膏成份」来做区隔。于是就有人概略的用这三个因素做出了一个简单的公式，用以计算及评估二次回焊时第一面是否掉件参考。

不要问188金宝搏苹果下载 这个公式是如何计算出来的，因为188金宝搏苹果下载 也不知道，这似乎是从中国大陆那边流出来的…就参考参考吧！

SMT过第二次回焊时第一面不掉件计算公式（仅供参考）

双面回流焊板子设计佈局(layout)在第一面吃锡的元器件需满足以下质量与焊垫面积要求基本上就可以不用担心掉件风险。

下面公式中，Cg代表元器件质量，Pa则是总焊垫面积（188金宝搏苹果下载 个人觉得应该用元器件引脚面积才比较恰当）：

（1）有(含)铅制程工艺，不掉件的标准：Cg/Pa ≤ 0.048g/mm²

（2）无铅制程工艺，不掉件的标准：Cg/Pa ≤ 0.038g/mm²

所以，正常情况下，所有的small-chip小电阻电容电感、薄型软板连接器、薄型的BGA、QFP、QFN类零件基本上放置在电路板的第一面当底面过二次回焊时都不应该发生掉件情形。只是BGA必须额外考虑二次回焊是否会有焊锡回流问题。

（不要问188金宝搏苹果下载 这个公式从哪里来，问了就不美了，这就是个流传的经验值，而且还是个只能参考用的经验值！）

有那些方法可以在SMT制程上避免二次回焊掉件呢？

如果最后Layout工程师没法将那些在二次回焊底面可能会掉落的零件摆放在第二面过炉，制程上虽然比较麻烦避免，需要多花些工时与费用还是可以克服掉件问题的：

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方法一、在零件的底下或是旁边点红胶来固定。

方法二、使用过炉载具/托盘(carrier)来支撑较重零件。

方法三、调整回焊炉的上、下炉温差。让下炉温低于上炉温一点点，但是这个方法只对重量介于要掉不掉的零件有效。

方法四、採用高、低锡膏混搭的方式。第一面先走高温锡膏，第二面回焊时走低温锡膏。

方法五、回去用后復焊接吧。机器焊接、人工焊接。

建议延伸阅读：二次回焊时如何避免第一面较重零件掉落的解决方法

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延伸阅读：
电子零件焊接强度的观念澄清
电子制造工厂如何产出一片电路板
增加锡膏量可以改善BGA焊接不良？
什么情况下PCB可以不用载具(carrier)过波焊
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