深度解析SMT回流焊制程中钽电容吹气（放屁）机理

实验验证，实验的单板上共有4个相同的某品牌钽电容，其中一个的周边有一个0603的电阻，电阻与钽电容之间的距离0.5mm。生产过程中，此电阻印锡和炉前贴片正常，过炉后有30%比例的不良，主要表现为少料、移位和立碑，单板其它位置无异常（如图3所示）。

1、因为过炉后再贴装不良消失，此时钽电容及周边电阻的外在形态和相互位置关系并没有改变，因此可确定不良不是由回流炉内热风吹动引起的，所谓的“风墙效应”的说法不成立，电阻的移位、立碑和少件应该是钽电容在高温状态下“吹气”所导致的；

2、更换不同品牌的钽电容或钽电容过炉后不良消失，说明此不良是钽电容的不同状态差异造成的；

3、常规工艺的高温烘烤无法改变钽电容的这种状态，也就无法有效地解决“吹气”的问题；

4、通过回流炉后的高温可以改变钽电容的相应状态，从而解决钽电容的“吹气”问题。

那么，引起高温下钽电容“吹气”的原因是什么呢？

机理分析

为了解释钽电容高温下的“吹气”问题，我们需要从钽电容的结构、成分和加工工艺入手。

首先，我们了解一下钽电容的制造工艺、结构和材料特性。固体钽电容是通过将钽粉压制成型，之后经高温真空烧

结成一多孔的坚实芯块（圆柱形状），芯块经过阳极化处理生成氧化膜TA2O5，再被覆固体电解质MNO2，然后

覆上一层石墨及铅锡涂层，最后用树脂包封成的元件。

其次，钽电容的加工工艺流程一般有以下几个主要步骤：阳极基体设计——成型烧结——氧化膜形成——被覆

MNo2——封装。

通过对固体钽电容整个制造工艺的了解我们可以发现，MNO2是在阳极氧化膜TA2O5表面被覆的一层电解质。

在实际的加工过程中，MNO2层是通过MN（NO3）2的热分解而得到的，其过程是将TA2O5的阳极基体没入MN（NO3）2溶液中充分浸透，然后取出烘干，在水汽（湿式）或空气（干式）的高温气氛中分解，制取出电子电导型的MNO2。作为钽电容的固体电解质，其分解温度是210-250度，化学方程式如下：

高温

MN（NO3）2=MNO2+2NO2

在固体钽电容的生产过程中，如果工艺参数控制不到位，就会造成MN（NO3）2分解残留。在元件贴装回流时，残留的MN（NO3）2进一步分解，释放出NO2气体，元件外面包裹的一层环氧树脂属于高分子链材料，厚度只有0.5MM，分子间的空隙足以通过NO2气体分子。因此，从固体钽电容元件制造工艺可以看出，如果残留MN（NO3）2，在210-250度时就会分解释放出NO2气体，而回流焊的温度恰好符合MN（NO3）2的分解温度。所以，一旦有MN（NO3）2残留，过炉后就会分解释放出NO2气体，直至残留的MN（NO3）2完全分解为止。基于以上分析我们认为，回流过程中钽电容吹出的并不是业界普遍认为的水蒸气，而是NO2气体。

由于钽电容加工过程中工艺控制不到位，造成了MN（NO3）2残留，在回流加热过程中生成NO2气体。因为MN（NO3）2分解产生NO2的温度是210-250度，因此，普通的高温烘烤无法解决钽电容的“吹气”问题。当元件先过一次炉时，残留的MN（NO3）2基本分解完毕，此时再贴装钽电容，就不会再有“吹气”现象发生了。

由此我们认为，钽电容的“吹气”问题很大程度上是钽电容制造商工艺控制问题造成的。

通过实验验证和相关机理分析，我们可以得出如下结论：

1、SMT回流过程中造成钽电容周边小元件少件、移位和立碑等缺陷的原因是钽电容在回流过程中“吹气”所导

致，传统的“风墙效应”说法不成立；

2、钽电容回流过程中释放出的气体是MN（NO3）2分解出的NO2气体。

基于以上分析，解决钽电容在SMT加工过程中“吹气”问题的建议如下：

PCB设计上，尽量避免在钽电容周围特别是长边两侧近距离布置小元件。

SMT生产过程中一旦产生钽电容“吹气”问题，可以通过将钽电容过回流炉后再贴装的方法加以解决。