为什么只有你的板子会立碑、虚焊和空焊？

你了解立碑(墓碑效应)吗？要说到这个就不得不提及平时关于电阻、电容这类SMD小零件(small chip)有空焊(solder empty)的问题。

润焊(wetting)：润湿表示液态焊料与被焊接表面之间发生了溶解扩散作用，形成了金属间化合物(IMC)，它是软钎焊接良好的标志。润湿只有在液态焊料和被焊金属表面紧密接触时才会发生，那时才能保证足够的吸引力。如果被焊表面上有任何牢固的附着污染物，如氧化膜，都会成为金属的连接阻挡层，从而妨碍润湿。在被污染的表面上，一滴焊料的表现和沾了油脂的平板上一滴水的表现是一样的。

虚焊(non-wetting)：零件引脚虚靠在焊垫上，看起来好像有焊接到，但实际却未形成有效焊接，这类不良通常出现在细间脚IC的引脚上，因为这类IC引脚彼此间距很小，焊垫宽度与引脚相当，以至于引脚左右两侧无法有效吃锡，只能靠引脚底面及前端切断面吃锡，以至不易判断吃锡效果。

缩锡(de-wetting)：正常情况下当锡在焊盘融化了会向四周扩展出去，但由于焊盘或者锡材问题等，导致扩展出去的锡又缩回来了，这种现象就是缩锡现象。

示意图如下：

实际图如下：

• a图是虚焊的实物图。
• b图上除了有着虚焊，还包括焊盘有锈与杂质造成的空焊(第二脚位)
• c图是充分润焊的焊点

立碑的力学原理很简单，就是Chip零件两端受力不平衡所致，至于为什么会有这样的不平衡产生，基本原因有四点，如下：

1、印刷锡膏量不均，贴片不正导致零件在Reflow矫正位置时产生突然的不均衡力。

2、回流焊炉温度(Reflow Profile)问题，零件两端受热不均，融化有先后，也会受力不均。

3、零件端电极氧化或PCB PAD氧化导致Chip两端在锡熔化时的拉力不均。

4、 PAD的设计不好，一般建议在零件长度方向设计较短些。碑

一、解决立碑空焊的方法

1、通过设计解决：

• 可以在大铜箔的端点处加上【热阻 (thermal relief)】设计来减缓温度散失过快的问题。
• 缩小两端焊垫的内距尺寸，在不造成短路的情况下尽量缩小两端焊垫间的距离，这样可以让较慢融锡一端的锡膏有更大的空间可以黏住本体免于立起，也就是增加立碑的难度。
• 两端焊垫有一端采用SMD焊垫设计，而另一端采用NSMD时，就容易出现两端焊垫尺寸不一样大，0402以上的零件可能还好，但0201以下的零件就可能出现锡膏量配合不上焊垫大小的问题，融锡时两端拉力不一致导致立碑的情形。

2、通过制程解决

• 可提高回焊炉浸润区的温度，让温度更接近融锡温度。
• 可减缓从浸润区进入回焊区(soak to ramp)升温的速度。目的就是要让PCB上所有铜箔及电子零件的温度都能达到一致，然后同时融锡。

3、禁用「氮气（N2）」

如果回焊炉中有开氮气，可以评估关掉氮气试看看，氮气虽然可以防止氧化、帮助焊锡，但它也会加快融锡后润湿的速度，造成部份焊点提前润湿，恶化了两端吃锡的时间差，最终让两端的力距差异过大终致形成立碑问题。

4、钽质电容材料不良

某些钽质电容(tantalum electrolytic capacitor)本身制程不良残留有未完全分解的Mn(NO3)2其生产过程中，并在无铅回焊高温的210～250°C时分解释放出NO2气体，并吹飞吹歪本身及周遭的零件。

Mn(NO3)2 = MnO2 + 2NO2 ↑

如果碰到这样的问题，最好的方法就是更换钽质电容，否则必须事先过一次回焊的高温。

5、其他注意事项

上述空焊及立碑的发生，只是众多可能原因之一，下列项目也都是可能引起立碑的可能原因：

• 零件或焊垫的单边氧化
• 零件摆放偏移
• Feeder(飞达)不稳导致吸料不准
• 锡膏印刷偏位。锡膏印刷偏位还要考虑拼板(Panelization)的问题，拼板越多越大，印刷偏位的概率就越高。
• 焊点两端的锡膏印刷量差异太大。零件越小时，其锡膏量的印刷精度(Cp)就越难管控，尤其是01005的片式零件(chip components)因为钢板的开孔(aperture)缩小，落锡量会变得更难管控。可以考虑采用号数大一号的锡粉，或是更高级加工方法的钢板(垂直剖面粗糙度低)来增加落锡量。
• 置件机精度不佳

其次，在同样的情况下，电容(C)会比电阻(R)更容易发生立碑断路的问题，这是因为电阻的端子上只有三面镀有焊料，而电容则有五面镀有焊料，多了左右两个侧面，再者电容一般比电阻来得厚，重心也就比较高，同样的力距下也就比较容易被举起。

下面是一些立碑、空焊发生的图片。以下两张图皆为内电容的一端先融锡，另一端后融锡造成的墓碑。

此图内电容置件偏移，虽然同时零件两端融锡，但是零件偏移后造成一端的吃锡面积比另一端大很多，两边拉锡的力道不平均，超过了零件重心的力量后「墓碑」就产生了。

以上三个图片立碑的支点都是锡膏先融化的一端，接着下面这个图片则是以另外一端为支点。从中可以看到锡膏先融化的一端似乎未能即时与零件端点上的焊料融合在一起，以致被另一端融化的锡膏后来居上，最终造成立碑的问题。

希望诸位看完此篇文章后能对立碑与SMT焊接过程中的问题有更多了解！关注捷配，分享更多PCB、PCBA、元器件干货知识，打样快，批量省，上捷配！PCB打样_线路板打样_捷配极速PCB超级工厂