隨著表面安裝元件使用的增加，已經(jīng)促使許多用戶修改了他們的裝配工藝和印刷電路板規(guī)格。特別是，由于出色的電氣性能，鉭貼片電容器在計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域獲得了廣泛使用。本文主要介紹表面安裝鉭貼片電容器的安裝基本原則。

一般來說，電容器與PCB之間的連接可以用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)如：氣相、紅外回流，波峰焊接和熱盤方法。本文沒有介紹烙鐵焊接，因?yàn)樗臏囟群蜁r(shí)間都很難控制。

焊盤的幾何形狀

正確的安裝焊盤幾何形狀對于成功的焊接是非常重要的。焊盤的尺寸對焊接工藝高度敏感，因此應(yīng)該根據(jù)不同的工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，使由于不可接受的焊料橋接所帶來的元件返修率最小化。

本文介紹的焊盤形狀適合波峰焊接技術(shù)和回流焊接技術(shù)。其設(shè)計(jì)目的是試圖為電路板設(shè)計(jì)者提供一個(gè)新的起點(diǎn)，如果有必要的話，設(shè)計(jì)師也可以在焊接工藝或電路板設(shè)計(jì)特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)一步的完善。

理想的焊盤應(yīng)該有一個(gè)理想的焊接圓角、一個(gè)令人滿意的將元件安裝到PCB的電氣連接方案和一個(gè)合理的處理焊接和隨后應(yīng)用壓力的機(jī)械構(gòu)造。

應(yīng)該記住，每個(gè)裝配操作都依賴于制造誤差(基板本身誤差和在安裝設(shè)備上放置基板的誤差、機(jī)器本身的誤差等)。我們估計(jì)總誤差e的絕對值為0.010"。

回流焊接的焊盤布局

焊盤寬度“A”等于元件連接加上整個(gè)系統(tǒng)的總誤差寬度(e=0.010")：基板和焊盤的制造、基板在設(shè)備上的支撐系統(tǒng)、校準(zhǔn)、芯片安裝的可重復(fù)性等。

焊盤總長度“D”等于元件加上“E”區(qū)域的長度，對焊盤圓角的形成很重要。這里我們要考慮系統(tǒng)的容錯(cuò)“e”。在回流過程中，元件傾向于放在焊盤的中心，所以有些用戶不考慮系統(tǒng)的容錯(cuò)。

“D(最小)”代表沒考慮容錯(cuò)“e”因子和“D(正常)”的尺寸。焊盤間的距離“C”是必須保留的非常關(guān)鍵的尺寸；如果沒有，就會發(fā)生“元件豎立”。如果必須要改變焊盤的大小，“C”的尺寸必須保持相同的。

在可應(yīng)用的EIA標(biāo)準(zhǔn)里，有一些關(guān)于“E”區(qū)域的介紹，焊盤外面的部分用于形成焊接角 (0.197"≤E≤0.039")。對于“D(最小)”值，我們選擇“E1”=0.197"，對于“D(正常)”值選擇“E2”=0.039"。

焊盤設(shè)計(jì)中的計(jì)算公式如下：
    A(Min.)=Tw(Max.)+2e
    B(Min.)=[D(Min.)-C]/2
    B(Nom.)=[D(Nom.)-C]/2
    C      =L(Nom.)-2P(Nom.)-e
    D(Min.)=L(Max.)+2E1
    D(Nom.)=L(Max.)+2E2+e
    E(Min.)=[D(Min.)-L(Max.)]/2
    E(Nom.)=[D(Nom.)-L(Nom.)]/2

回流焊接工藝

常用的回流焊有兩種工藝：氣相回流焊和紅外回流焊。這兩個(gè)回流焊接工藝都需要在放置元件前使用焊膏。

焊膏沉積或被絲網(wǎng)印刷到應(yīng)用狀態(tài)的厚度通常等于0.008"。這個(gè)厚度和焊盤表面有關(guān)，決定著回流過程中產(chǎn)生橋接的焊劑的數(shù)量。回流的焊劑要足夠，以得到一個(gè)理想的45^o焊接角。

選擇焊膏時(shí)應(yīng)該注意。金屬的純度應(yīng)該和實(shí)際的一樣高。助焊劑(在膏里面)必須有足夠的活性，以便能在焊接熱釋放之前，消除金屬化形成的氧化物。實(shí)際上，這是有幫助的，在焊接液化狀態(tài)以下的溫度時(shí)，可以通過延長焊接預(yù)熱時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。

氣相回流焊接過程用碳氟化合物液體，煮沸產(chǎn)生一種蒸汽飽和氣壓，溫度略高于液體沸點(diǎn)，并且足以進(jìn)行回流焊接。

紅外回流焊接過程用一個(gè)紅外輻射源產(chǎn)生熱能，并且通過對流(自然的或被迫的)實(shí)現(xiàn)的。在這樣的一個(gè)系統(tǒng)里，加熱時(shí)間依賴于材料表面和所有元件的熱質(zhì)量吸收系數(shù)。

紅外箱里的元件的溫度是不能精確定義的，測量溫度時(shí)應(yīng)該在電容器表面進(jìn)行。小元件和大元件同時(shí)焊接時(shí)，溫度應(yīng)該達(dá)到+280^oC。對元件的溫度起作用的參數(shù)有：時(shí)間和功率、元件的質(zhì)量、元件的大小、基板的尺寸、表面的吸收系數(shù)、元件的密度、輻射源的波峰長度、輻射能量和對流能量的比率。

對于所有焊膏里的揮發(fā)溶劑，在助焊劑起作用之前，預(yù)熱過程都是很必要的。預(yù)熱達(dá)到了處理焊錫表面、元件終端和基板金屬表面上的助焊劑作用。因此，我們推薦使用以下方法：
· 在應(yīng)用焊膏前4小時(shí)，最低溫度為+65^oC時(shí)，預(yù)熱基板(除去基板上的所有潮氣)。
· 如果進(jìn)行雙面安裝，在完成第一面后不要清潔基板。因?yàn)檫@樣會導(dǎo)致濕度太高，會影響第二面的焊接質(zhì)量。
· 焊接角越小越好，元件終端的焊膏不要提的太高。
· 好的焊接角是由終端的一個(gè)合理濕度產(chǎn)生的(驗(yàn)證角來源于濕度)。
· 基板上零件的機(jī)械附著力主要由直接和基板相連的終端上焊料產(chǎn)生。

波峰焊接的焊盤布局

除了“A”尺寸以外，波峰焊接焊盤的設(shè)計(jì)和回流焊接的布局相似，其中“A”減少了2/3，因?yàn)樵耆诹撕稿a中，這樣就為焊接角提供了足夠的材料。

為了限制裝配過程中的機(jī)械應(yīng)力，操作時(shí)應(yīng)避免在元件終端區(qū)域有太多焊錫。熱氣流波焊接會幫助減少焊接角的尺寸。

焊接前應(yīng)該粘住元件，在處理過程中是禁止移動(dòng)的。“D”尺寸必須包含系統(tǒng)的容差。

波峰焊工藝的計(jì)算公式為：
    A(Min.)=(Tw(Max.)+2e)x0.67
    B(Min.)=[D(Min.)-C]/2
    B(Nom.)=[D(Nom.)-C]/2
    C      =L(Nom.)-2P(Nom.)-e
    D(Min.)=L(Max.)+2E1+e
    D(Nom.)=L(Max.)+2E2+e
    E(Min.)=[D(Min.)-L(Max).]/2
    E(Nom.)=[D(Nom.)-L(Nom.)]/2

波峰焊接過程

波峰焊接包括下面幾個(gè)步驟：烘干、助熔、預(yù)熱、焊接。

（1）烘干
烘干的目的是除去基板上的水氣。這個(gè)步驟是可選的，是否需要應(yīng)由前面的步驟來定，特別是要根據(jù)貯藏情況來定。

（2）助熔
操作的目的是改善熔濕程度，通過下面幾步：金屬部分脫氧、降低表面張力、防止基板在助溶劑處理和波峰焊接操作過程中被氧化。其中，助焊劑(松香，有機(jī)物和無機(jī)物)的選擇決定了要用什么樣的清潔溶劑。

（3）預(yù)熱
這個(gè)步驟要實(shí)現(xiàn)：蒸發(fā)掉助焊劑里的揮發(fā)性物質(zhì)，使助焊劑達(dá)到適當(dāng)?shù)募せ顪囟�，限制板上和元件上的熱沖擊。預(yù)熱可以通過熱氣和紅外處理來完成。

（4）焊接
SMT元件的焊接需要使用一個(gè)波，以確保元件間有足夠焊錫量，并且使焊接角和橋接路徑最小化。

我們的推薦如下：
· 基板和元件都需要預(yù)熱。
· 不要使用通常用于有引線元件的板上的標(biāo)準(zhǔn)波。這些波對于表面安裝元件的焊接板不是最優(yōu)化的。
· 預(yù)熱和波峰焊接間的溫度梯度必須小于+100^oC。
· 終端必須同時(shí)有波通過。
· 最佳條件：從+240^oC到250^oC用3到5秒。
· 保證板上層面的溫度不超過+150^oC。
· 不須升高溫度就可改善可焊性。
· 不需增加時(shí)間就能提高可焊性。
· 不用升高溫度就能減少焊接球或橋接徑路。
· 經(jīng)常檢查波的曲線
· 波變化后立即用+275^oC的熱空氣在焊點(diǎn)上吹風(fēng)，以最小化橋接路徑并且減少焊接角的尺寸。當(dāng)溫度大約在+230^oC時(shí)將熱空氣施加到基板上。
· 將制冷速度控制在每秒2^oC到5^oC。

返工和修復(fù)技術(shù)

偶爾的返工和修復(fù)是需要的。例如：
（1）修復(fù)糾正太多的或不足的焊錫。
（2）重新排列元件，當(dāng)元件發(fā)生錯(cuò)位時(shí)，在濕的焊膏里或濕的粘合劑里，甚至在焊接操作的過程中都會發(fā)生。
（3）因?yàn)榉胖缅e(cuò)誤或失敗，要進(jìn)行重放元件。

針對第一條和第二條，視覺檢查的標(biāo)準(zhǔn)必須定義的非常精確。必須牢記下面幾點(diǎn)：
（1）修復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)是否比不修復(fù)的更大？
（2）修復(fù)過程一定能產(chǎn)生滿足常規(guī)基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的產(chǎn)品。
（3）在你的工藝說明里是不能包括修復(fù)的。因?yàn)槿魏涡迯?fù)都只能是個(gè)例外。

加焊錫

如果焊錫不夠，檢查下面的原因：
（1）焊錫不足或焊膏絲印(回流焊接)不適當(dāng)。
（2）由于托盤、其它元件、太近的元件引出端或焊接波的波動(dòng)，在波峰焊接過程中對某個(gè)元件的引端造成了遮蔽。
（3）焊盤或終端不夠濕潤。

當(dāng)然，也要使用一個(gè)有足夠瓦特?cái)?shù)的烙鐵。一個(gè)好的判斷方法就是控制回流焊接時(shí)間：少于1秒到1.5秒，說明烙鐵尖的溫度過高；超過3到3.5秒，說明烙鐵尖的溫度足，或者應(yīng)用到電路板時(shí)就冷卻了。因此，你最好使用一個(gè)溫度可調(diào)的烙鐵。將少量的助焊劑用到元件終端和焊盤的設(shè)計(jì)上(新一代合成物沒有殘?jiān)�，非常�?yōu)越)。鍍錫后，烙鐵尖應(yīng)該放置在遠(yuǎn)離元件的電路焊盤的邊上。這個(gè)操作必須在1.5至3秒內(nèi)完成。如果必須要將烙鐵超過3秒，那么就要重新放置元件。焊錫應(yīng)該加到焊接烙鐵的尖上，并且從焊盤流到元件的終端。注意不要加太多焊錫。直接接觸元件會導(dǎo)致?lián)p壞和隨之引起的失效。

除去焊錫

橋接、濺污和焊接尖峰通常是焊錫太多引起的。關(guān)于焊接烙鐵的介紹也能用到這：焊錫接頭的時(shí)間不能超過3秒，不能碰到元件及其終端，可以用銅芯或真空焊泵移走多余的焊錫。使用熱氣噴嘴或其它復(fù)雜工具應(yīng)該注意，不要把元件也帶走了。

重新校準(zhǔn)

應(yīng)該很少這樣做，因?yàn)橥ǔx擇重新放置元件。如果在放置后熔化焊膏出現(xiàn)了不重合現(xiàn)象，很容易通過用一個(gè)真空噴嘴抬起零件進(jìn)行糾正并且重新排列。但是更好的是，糾正貼片機(jī)、焊膏絲印方面問題的原因。

對于波峰焊接，一個(gè)對準(zhǔn)錯(cuò)誤更容易在粘合劑固化之前糾正。因?yàn)樵谀菚r(shí)，能將零件和大部分的粘合劑一起移走，可以增加新的粘合劑并且放置新零件。使用太多的粘合劑會導(dǎo)致明確的焊接缺陷(開路)。對于粘合劑固化以后出現(xiàn)的未對準(zhǔn)錯(cuò)誤，唯一的方法就是用一個(gè)新零件代替。

替換

這個(gè)操作必須在6秒內(nèi)完成，以免破壞板上焊盤的布局。在移走一個(gè)元件的過程中，扭力和拉力被傳到了焊盤上。也需要嚴(yán)格的溫度控制。對于粘有粘合劑的零件，必須是第一次通過銅編織焊接燈芯或一個(gè)真空泵移走焊錫。在認(rèn)真地清潔了基板后，用一個(gè)新零件替換。

清潔

安裝后，元件和板通常都需要進(jìn)行清潔。清潔的方法同傳統(tǒng)的元件清潔方法相同，但是表面安裝元件的幾何結(jié)構(gòu)或裝配，使得清潔工作變得更困難。多數(shù)的元件(電阻或電容)不需要清潔，直接就可應(yīng)用到板上。

通常用的溶劑有TES、TMS、Prelete、Chlorethane、Terpene和水性清潔物質(zhì)。然而，我們建議不要將CFC/ODS產(chǎn)品用在這些器件生產(chǎn)上，要盡量避免使用含有亞甲氯化物或其它環(huán)氧基的溶劑，因?yàn)闀g環(huán)氧封裝物質(zhì)。

當(dāng)用超聲波清洗時(shí)，如果輸出功率太高，PCB板會發(fā)生共振。這樣會導(dǎo)致破裂或終端粘附度下降。

標(biāo)準(zhǔn)測試

許多標(biāo)準(zhǔn)(特別是CECC、IEC、MIL)已經(jīng)使用了適合表面安裝元件的測試方法。Vishay Sprague通常采用這些和其它測試規(guī)范進(jìn)行測試。如果需要更多的信息和幫助，請直接向Vishay Sprague代理商咨詢，或訪問http://www.vishay.com/company/brands/sprague/。