印刷红胶工艺浅析,选择助焊剂的三大要点介绍

· 2020-03-24 18:11

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波峰焊是将熔融的液态焊料,借助与泵的作用,在焊料槽液面形成特定形状的焊料波,插装了元器件的PCB置与传送链上,经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程。 波峰面的表面均被一层氧化皮覆盖,它在沿焊料波的整个长度方向上几乎都保持静态,在波峰焊接过程中,PCB接触到锡波的前沿表面,氧化皮破裂,PCB前面的锡波无皲褶地被推向前进,这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动波峰焊机焊点成型:当PCB进入波峰面前端时,基板与引脚被加热,并在未离开波峰面之前,整个PCB浸在焊料中,即被焊料所桥联,但在离开波峰尾端的瞬间,少量的焊料由于润湿力的作用,粘附在焊盘上,并由于表面张力的原因,会出现以引线为中心收缩至最小状态,此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力。因此会形成饱满,圆整的焊点,离开波峰尾部的多余焊料,由于重力的原因,回落到锡锅中。防止桥联的发生。 1,使用可焊性好的元器件/PCB 2,提高助焊剞的活性 3,提高PCB的预热温度,增加焊盘的湿润性能 4,提高焊料的温度 5,去除有害杂质,减低焊料的内聚力,以利于两焊点之间的焊料分开。 波峰焊机中常见的预热方法 1,空气对流加热 2,红外加热器加热 3,热空气和辐射相结合的方法加热 波峰焊工艺曲线解析 1,润湿时间 指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间 2,停留时间 PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰面的时间 停留/焊接时间的计算方式是: 停留/焊接时间=波峰宽/速度 3,预热温度 预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度(見右表) 4,焊接温度 焊接温度是非常重要的焊接参数,通常高于焊料熔点50°C~60°C大多数情况是指焊锡炉的温度实际运行时,所焊接的PCB焊点温度要低于炉温,这是因为PCB吸热的结果 SMA類型元器件預熱溫度 單面板組件通孔器件與混裝90~100 雙面板組件通孔器件100~110 雙面板組件混裝100~110 多層板通孔器件115~125 多層板混裝115~125 波峰焊工艺参数调节 1,波峰高度 波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度。其數值通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3,過大會導致熔融的焊料流到PCB的表面,形成"橋連" 2,傳送傾角 波峰焊機在安裝時除了使機器水平外,還應調節傳送裝置的傾角,通過傾角的調節,可以調控PCB與波峰面的焊接時間,適當的傾角,會有助于焊料液與PCB更快的剝離,使之返回錫鍋內 3,熱風刀 所謂熱風刀,是SMA剛離開焊接波峰后,在SMA的下方放置一個窄長的帶開口的"腔體",窄長的腔體能吹出熱氣流,尤如刀狀,故稱"熱風刀" 4,焊料純度的影響 波峰焊接過程中,焊料的雜質主要是來源于PCB上焊盤的銅浸析,過量的銅會導致焊接缺陷增多 5,助焊劑 6,工藝參數的協調 波峰焊機的工藝參數帶速,預熱時間,焊接時間和傾角之間需要互相協調,反復調整。 波峰焊接缺陷分析: 1.沾锡不良POORWETTING: 这种情况是不可接受的缺点,在焊点上只有部分沾锡.分析其原因及改善方式如下: 1-1.外界的污染物如油,脂,腊等,此类污染物通常可用溶剂清洗,此类油污有时是在印刷防焊剂时沾上的. 1-2.SILICONOIL通常用于脱模及润滑之用,通常会在基板及零件脚上发现,而SILICONOIL不易清理,因之使用它要非常小心尤其是当它做抗氧化油常会发生问题,因它会蒸发沾在基板上而造成沾锡不良. 1-3.常因贮存状况不良或基板制程上的问题发生氧化,而助焊剂无法去除时会造成沾锡不良,过二次锡或可解决此问题. 1-4.沾助焊剂方式不正确,造成原因为发泡气压不稳定或不足,致使泡沫高度不稳或不均匀而使基板部分没有沾到助焊剂. 1-5.吃锡时间不足或锡温不足会造成沾锡不良,因为熔锡需要足够的温度及时间WETTING,通常焊锡温度应高于熔点温度50℃至80℃之间,沾锡总时间约3秒.调整锡膏粘度。 2.局部沾锡不良: 此一情形与沾锡不良相似,不同的是局部沾锡不良不会露出铜箔面,只有薄薄的一层锡无法形成饱满的焊点. 3.冷焊或焊点不亮: 焊点看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊锡正要冷却形成焊点时振动而造成,注意锡炉输送是否有异常振动. 4.焊点破裂: 此一情形通常是焊锡,基板,导通孔,及零件脚之间膨胀系数,未配合而造成,应在基板材质,零件材料及设计上去改善. 5.焊点锡量太大: 通常在评定一个焊点,希望能又大又圆又胖的焊点,但事实上过大的焊点对导电性及抗拉强度未必有所帮助. 5-1.锡炉输送角度不正确会造成焊点过大,倾斜角度由1到7度依基板设计方式?#123;整,一般角度约3.5度角,角度越大沾锡越薄角度越小沾锡越厚. 5-2.提高锡槽温度,加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽. 5-3.提高预热温度,可减少基板沾锡所需热量,曾加助焊效果. 5-4.改变助焊剂比重,略为降低助焊剂比重,通常比重越高吃锡越厚也越易短路,比重越低吃锡越薄但越易造成锡桥,锡尖. 6.锡尖(冰柱): 此一问题通常发生在DIP或WIVE的焊接制程上,在零件脚顶端或焊点上发现有冰尖般的锡. 6-1.基板的可焊性差,此一问题通常伴随着沾锡不良,此问题应由基板可焊性去探讨,可试由提升助焊剂比重来改善. 6-2.基板上金道(PAD)面积过大,可用绿(防焊)漆线将金道分隔来改善,原则上用绿(防焊)漆线在大金道面分隔成5mm乘10mm区块. 6-3.锡槽温度不足沾锡时间太短,可用提高锡槽温度加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽来改善. 6-4.出波峰后之冷却风流角度不对,不可朝锡槽方向吹,会造成锡点急速,多余焊锡无法受重力与内聚力拉回锡槽. 6-5.手焊时产生锡尖,通常为烙铁温度太低,致焊锡温度不足无法立即因内聚力回缩形成焊点,改用 较大瓦特数烙铁,加长烙铁在被焊对象的预热时间. 7.防焊绿漆上留有残锡: 7-1.基板制作时残留有某些与助焊剂不能兼容的物质,在过热之,后餪化产生黏性黏着焊锡形成锡丝,可用丙酮(*已被蒙特娄公约禁用之化学溶剂),,氯化烯类等溶剂来清洗,若清洗后还是无法改善,则有基板层材CURING不正确的可能,本项事故应及时回馈基板供货商. 7-2.不正确的基板CURING会造成此一现象,可在插件前先行烘烤120℃二小时,本项事故应及时回馈基板供货商. 7-3.锡渣被PUMP打入锡槽内再喷流出来而造成基板面沾上锡渣,此一问题较为单纯良好的锡炉维护,锡槽正确的锡面高度(一般正常状况当锡槽不喷流静止时锡面离锡槽边缘10mm高度) 8.白色残留物: 在焊接或溶剂清洗过后发现有白色残留物在基板上,通常是松香的残留物,这类物质不会影响表面电阻质,但客户不接受. 8-1.助焊剂通常是此问题主要原因,有时改用另一种助焊剂即可改善,松香类助焊剂常在清洗时产生白班,此时最好的方式是寻求助焊剂供货商的协助,产品是他们供应他们较专业. 8-2.基板制作过程中残留杂质,在长期储存下亦会产生白斑,可用助焊剂或溶剂清洗即可. 8-3.不正确的CURING亦会造成白班,通常是某一批量单独产生,应及时回馈基板供货商并使用助焊剂或溶剂清洗即可. 8-4.厂内使用之助焊剂与基板氧化保护层不兼容,均发生在新的基板供货商,或更改助焊剂厂牌时发生,应请供货商协助. 8-5.因基板制程中所使用之溶剂使基板材质变化,尤其是在镀镍过程中的溶液常会造成此问题,建议储存时间越短越好. 8-6.助焊剂使用过久老化,暴露在空气中吸收水气劣化,建议更新助焊剂(通常发泡式助焊剂应每周更新,浸泡式助焊剂每两周更新,喷雾式每月更新即可). 8-7.使用松香型助焊剂,过完焊锡炉候停放时间太九才清洗,导致引起白班,尽量缩短焊锡与清洗的时间即可改善. 8-8.清洗基板的溶剂水分含量过高,降低清洗能力并产生白班.应更新溶剂. 9.深色残余物及浸蚀痕迹:通常黑色残余物均发生在焊点的底部或顶端,此问题通常是不正确的使用助焊剂或清洗造成. 9-1.松香型助焊剂焊接后未立即清洗,留下黑褐色残留物,尽量提前清洗即可. 9-2.酸性助焊剂留在焊点上造成黑色腐蚀颜色,且无法清洗,此现象在手焊中常发现,改用较弱之助焊剂并尽快清洗. 9-3.有机类助焊剂在较高温度下烧焦而产生黑班,确认锡槽温度,改用较可耐高温的助焊剂即可. 10.绿色残留物:绿色通常是腐蚀造成,特别是电子产品但是并非完全如此,因为很难分辨到底是绿锈或是其它化学产品,但通常来说发现绿色物质应为警讯,必须立刻查明原因,尤其是此种绿色物质会越来越大,应非常注意,通常可用清洗来改善. 10-1.腐蚀的问题通常发生在裸铜面或含铜合金上,使用非松香性助焊剂,这种腐蚀物质内含铜离子因此呈绿色,当发现此绿色腐蚀物,即可证明是在使用非松香助焊剂后未正确清洗. 10-2.COPPERABIETATES是氧化铜与ABIETICACID(松香主要成分)的化合物,此一物质是绿色但绝不是腐蚀物且具有高绝缘性,不影影响品质但客户不会同意应清洗. 10-3.PRESULFATE的残余物或基板制作上类似残余物,在焊锡后会产生绿色残余物,应要求基板制作厂在基板制作清洗后再做清洁度测试,以确保基板清洁度的品质. 11.白色腐蚀物: 第八项谈的是白色残留物是指基板上白色残留物,而本项目谈的是零件脚及金属上的白色腐蚀物,尤其是含铅成分较多的金属上较易生成此类残余物,主要是因为氯离子易与铅形成氯化铅,再与二氧化碳形成碳酸铅(白色腐蚀物).在使用松香类助焊剂时,因松香不溶于水会将含氯活性剂包着不致腐蚀,但如使用不当溶剂,只能清洗松香无法去除含氯离子,如此一来反而加速腐蚀. 12.针孔及气孔: 针孔与气孔之区别,针孔是在焊点上发现一小孔,气孔则是焊点上较大孔可看到内部,针孔内部通常是空的,气孔则是内部空气完全喷出而造成之大孔,其形成原因是焊锡在气体尚未完全排除即已凝固,而形成此问题. 12-1.有机污染物:基板与零件脚都可能产生气体而造成针孔或气孔,其污染源可能来自自动植件机或储存状况不佳造成,此问题较为简单只要用溶剂清洗即可,但如发现污染物为SILICONOIL因其不容易被溶剂清洗,故在制程中应考虑其它代用品. 12-2.基板有湿气:如使用较便宜的基板材质,或使用较粗糙的钻孔方式,在贯孔处容易吸收湿气,焊锡过程中受到高热蒸发出来而造成,解决方法是放在烤箱中120℃烤二小时. 12-3.电镀溶液中的光亮剂:使用大量光亮剂电镀时,光亮剂常与金同时沉积,遇到高温则挥发而造成, 特别是镀金时,改用含光亮剂较少的电镀液,当然这要回馈到供货商. 13.TRAPPEDOIL: 氧化防止油被打入锡槽内经喷流涌出而机污染基板,此问题应为锡槽焊锡液面过低,锡槽内追加焊锡即可改善. 14.焊点灰暗: 此现象分为二种(1)焊锡过后一段时间,(约半载至一年)焊点颜色转暗. (2)经制造出来的成品焊点即是灰暗的. 14-1.焊锡内杂质:必须每三个月定期检验焊锡内的金属成分. 14-2.助焊剂在热的表面上亦会产生某种程度的灰暗色,如RA及有机酸类助焊剂留在焊点上过久也会造成轻微的腐蚀而呈灰暗色,在焊接后立刻清洗应可改善.某些无机酸类的助焊剂会造成ZINCOXYCHLORIDE可用1%的盐酸清洗再水洗. 14-3.在焊锡合金中,锡含量低者(如40/60焊锡)焊点亦较灰暗. 15.焊点表面粗糙:焊点表面呈砂状突出表面,而焊点整体形状不改变. 15-1.金属杂质的结晶:必须每三个月定期检验焊锡内的金属成分. 15-2.锡渣:锡渣被PUMP打入锡槽内经喷流涌出因锡内含有锡渣而使焊点表面有砂状突出,应为锡槽焊锡液面过低,锡槽内追加焊锡并应清理锡槽及PUMP即可改善. 15-3.外来物质:如毛边,绝缘材等藏在零件脚,亦会产生粗糙表面. 16.黄色焊点:系因焊锡温度过高造成,立即查看锡温及温控器是否故障. 17.短路:过大的焊点造成两焊点相接. 17-1.基板吃锡时间不够,预热不足調整锡炉即可. 17-2.助焊剂不良:助焊剂比重不当,劣化等. 17-3.基板进行方向与锡波配合不良,更改吃锡方向. 17-4.线路设计不良:线路或接点间太过接近(应有0.6mm以上间距);如为排列式焊点或IC,则应考虑盗锡焊垫,或使用文字白漆予以区隔,此时之白漆厚度需为2倍焊垫(金道)厚度以上. 17-5.被污染的锡或积聚过多的氧化物被PUMP带上造成短路应清理锡炉或更进一步全部更新锡槽内的焊锡. (end)

摘要:本文主要针对免洗焊剂以及相关材料、设备、工艺的目前水平和免清洗技术如何达到用CFC清洗的效果进行了探讨,并简要介绍了当前国际上在这一领域的发展状况。关键词:免清洗 焊接工艺 焊接设备 绪言由于CFC及1.1.1-三氯乙烷具有清洗能力强、相容性好、使用安全、元件干燥快等优点,所以,一直被认为是一种理想的清洗剂。长期以来,电子工业在清洗元器件中一直使用这些产品,尤其是SMT元件的焊后清洗。然而,自80年代中后期,人们发现CFC等清洗剂中的ODS臭氧耗竭物质破坏了生态平衡,严重地威胁着人们的生命。为此,开发替代ODS物质技术在全球展开。由此可见,使用SMT技术中使用免清洗焊接材料是大势所趋,实现绿色制造是全球一致的呼声。可是免清洗的效果又是如何呢?免清洗材料能够与CFC媲美吗?通过对免清洗材料、工艺和设备的分析了免清洗技术的将来发展趋势。80年代末90年代初,工业发达国家先后研制开发了下列四种主要替代技术,并已广泛应用于目前的电子清洗工艺中。1溶剂清洗 2 半水清洗 3 水清洗 4 免清洗然而,寻求合适的替代技术并非易事,任何一种替代技术均不能完全取代ODS的所有性能,必须针对不同产品、不同工艺选用不同的替代技术。此外,还要考虑材料、设备、技术兼容等问题。实践证明,上述几种替代技术中的前三种只是过渡时期的技术,作为逐步淘汰的过程。从长远来看,还是应采用免清洗技术,以达到最终完全不使用ODS的目的。因为取消了清洗工艺,会大大降低制造成本。为了实现这一目的,焊后板表面的残余物必须降到最低限度或无残余物。此外,这种技术对于替代ODS来说是一步到位的技术,虽然,目前需要一些投资,但其带来的优越性和经济效益是显著的。但是要使免清洗技术的应用获得成功,必须解决焊球、桥接、漏焊及其它工艺缺陷。如果焊剂残余物有腐蚀性的话,产品使用寿命就会受到影响。换言之,解决这些问题是实现免清洗焊接技术的关键所在。目前,美国、日本等工业发达国家主要围绕上述问题开发研究了一些新技术、新工艺。

随着电子行业的飞速发展,一些大型的电子加工企业,从最初的珠江三角洲到长江三角洲,乃至到现在的津京和环渤海一带,SMT已经成为主流,从最早的手贴片到现在的自动化设备贴片,大部分都是采用SMT焊锡膏工艺,但是很多公司的产品有避免不了的插装器件生产,于是出现了较早的红胶工艺和较晚出现的通孔波峰焊工艺。但是红胶工艺的生产对于波峰焊的控制和PCB的可制造性设计都有很严格的要求,以下我只介绍印刷红胶工艺的设计、工艺参数等一系列要求,是通过我现在就职的海湾公司进行过一年的试验得出的有效经验共SMT行业参考!

针对使用者来讲,选择助焊剂并不是越贵越好,更不是知名厂家生産的就一定好,关键问题是“要选择适合自身産品特性及工艺特点的助焊剂",根据多年助焊剂的研发与推广经验,针对助焊剂的选择问题,贤集网小编总结了以下三点经验供业内外人仕参考:

  1. 免清洗材料1.1 免清洗焊剂在超细间距组装中,助焊剂在电子插件焊接过程中起着决定性的作用。从最初的助焊剂印刷阶段的任何缺陷,对合格率均有很大影响。因为前期生产工序的任何错误都会贯穿到整个生产过程。为此,对焊剂提出下列要求:·透过模板极细缝隙的良好印刷性能·坍落度小·良好的焊球形成过程·良好的元件浸湿特性·再流后无腐蚀作用·溶剂残渣含量低焊剂主要由两种成分组成:焊剂粉末及溶剂,溶剂包括松香、活化剂、溶剂及某些添加剂。免清洗焊剂是一种低固态焊剂,固体含量大约在1.5~3%的范围。焊剂中的溶剂主要是异丙醇、乙醇或甲醇。这些焊剂的残渣少或无残渣,所以,焊后可以不清洗。在使用免清洗焊剂时需要强调下列几点:·在保证极少残余物的同时,还要求焊剂具有足够的活性。·比重难于控制。·吸水效果要比一般的固体含量的焊剂明显。·发泡难。·加工范围要比使用一般的固体含量的焊剂时的加工范围小。免清洗焊剂的固体含量要比传统焊剂的比例少得多。当固体含量低于5%时,比重控制的灵敏度就会出现明显变化。 1.2 非挥发性化合物焊剂美国对排放VOC限制得很严格,而且对此进行了各种不同的详尽研究。目前的问题是大多数免清洗焊剂中的VOC含量极高,有些焊剂中的乙醇含量高达99%。美国的一些公司现已研制出新一代的焊剂,达到了少排放或不排放VOC的目的。这些焊剂以水代替乙醇配制溶剂,也就是我们常说的水溶基助焊剂,水溶基助焊剂几乎无VOC。这种助焊剂除了对环境无污染外,而且不燃,在受热环境下进行喷涂是非常安全的。水溶基助焊剂对波峰焊剂的预热能力提出了新的要求。图1和图2所示是两条预热曲线,这两条曲线通过采用识别预热器读数和传送速度而形成的。图1所示是应用2%固体含量的乙醇基焊剂的效果。图2 所示是用2%固体含量的水溶基免清洗助焊剂的预热曲线。如果在组件接触波峰之前,水份没有完全蒸发,焊剂就会飞溅,形成焊球,且可能在通孔的焊点上形成孔洞。其工艺处理的难处在于怎样在PCA非过热的情况下,蒸发掉水份。实验证明以强有力的对流加热来提高预热温度,可有效地解决这一问题。1.3 免清洗焊膏免清洗焊膏可分为四类:普通、低残渣、极低残渣和超低残渣焊膏。这些焊膏还可进一步划分为松香基焊膏和非松香基焊膏两种。1.3.1 普通免清洗焊膏普通免清洗焊膏是典型的松香其焊剂。固体含量的比重为3.5~5%,不同厂家的产品其残渣含量和颜色有所不同,不过其共同点是颜色在透明——黄色之间。从外观来看,透明残渣较好,不过残渣颜色与腐蚀性和可靠性无关。普通免清洗焊膏不需要特别的气氛,如象;用于再流焊的具有良好可焊性的氮气。虽然湿润性是免清洗焊膏存在的问题,但是,这个问题通常是由于元件和基板的可焊性差所致。由于普通免清洗焊膏多数都是松香基的,粘性次数及印刷特性可与RMA和OA类焊膏进行比较。残渣的颜色和数量是普通免清洗焊膏的主要缺陷。从外观来说,用户不喜欢黄色残渣,而残渣过多会阻碍电子测试。 1.3.2 低残渣免清洗焊膏低残渣免清洗焊膏不是松香基焊膏,就是合成材料制成的。一般来说,残渣量最少的焊膏是合成材料制成的。低残渣焊膏的主要优点是残渣量少,这样就不存在外观方面的问题,同时也减少或排除了需探测的问题。低残渣焊膏成分中的固体含量的比重大约为3.4%,超低残渣焊膏的固体含量比重在2.1~2.8%,超低残渣焊膏的固体含量低于2%。在配制低的、极低的、超低残渣焊膏时,主要是将金属含量提高到91~92%,。设计焊剂的同时也是研制焊膏的过程。由于大部分焊剂在再流焊中将分解或挥发,所以减少了残渣的形成。由于金属含量高和有时焊剂中的溶剂含量高这两个原因,低残渣免清洗焊膏的粘性次数和使用寿命比普通的RMA和OA的寿命短。低残渣免清洗焊膏的成分要比大多数常用的RMA和OA的化学腐蚀性小。2. 免清洗助焊剂的涂覆工艺及惰性气氛2.1 焊剂涂覆方法目前,采用的涂覆方法主要有二种:发泡和喷雾。根据许多文献报导说明,发泡的方法对于含有高于5%固体含量的焊剂来说,即具有实用性,又可获得可观的经济效益。可通过连续地或间断地监控比重来控制固体含量及在相应的范围不使用用过的焊剂。然而,免清洗焊剂和无残渣焊剂的固体含量都低于5%,通过多数免清洗焊剂的固体含量为2%,而固体含量低的焊剂发泡不充分,为此,不适合发泡应用。所以,发泡的方法只能满足一般的焊接要求。此外,末封闭的焊剂可使乙醇溶剂快速挥发,使焊剂固体含量上升,这样就不需要焊剂比重测试仪来控制固体含量,因为焊剂和稀释剂的比重相差甚大,因此需用滴定法来监控焊剂。发泡涂覆工艺主要使用松香基焊剂,使压缩空气通过发泡管,使焊剂变为泡沫涂覆在印制板上,其优点是波峰焊机不需要改型,节省投资,缺点是涂覆不均匀,印制板上有残余物,不能控制焊剂量,需要时常监视焊剂的变化及经常更换焊剂,焊剂消耗量大。焊剂喷雾的方法是免清洗焊接工艺中一种颇受欢迎的方法。它可以精确地控制焊剂沉积量。焊剂喷雾系统可设计成单通路系统,由单通路系统中的非再循环的封闭容器供给焊剂。为此就不需要监控焊剂的固体含量。喷雾涂覆工艺是利用喷雾装置,将焊剂雾化后喷到印制板上,预热后进行波峰焊。喷雾涂覆工艺由于具有涂覆均匀、用量少、不需进行任何滴定或比重的监控,不需定期排放旧焊剂,可控制板上的焊剂沉积量及封闭式系统,消除了焊剂污迹问题等优点,被众多的用户认可,但喷雾设备需花费一定的资金,如在原有的发泡设备上进行改造,投资相对就少些。通过比较可看出,喷雾方式比发泡方式有许多优越性。国外众多企业为此将发泡式改为喷雾式是焊剂涂覆设备的一个新突破。用喷雾方式进行免清洗焊剂的涂覆已成为今后的发展方向。2.2 惰性气氛焊接如上所述,在免清洗焊接工艺中存在着焊球、桥接、漏焊、氧化、可焊性差、湿润性欠佳等诸多缺陷,尤其是在普通的气氛下进行波峰焊和再流焊时,焊料氧化尤为突出。目前,美国、日本等国都是采用惰性气氛来克服这些问题的。应选用哪种气氛要进行全面的衡量,不但要考虑到气体成本,还要考虑安全以及其它的物理特性。每单位体积的氢气和氦气都比氮气贵得多。氢气比氮气要贵5~10倍,而氦气要贵20~30倍。同时,氢气又是一种可燃气体,在大气中的爆炸限4~75%。如果再流焊炉使用氢气,就需另配安全系统,比如联锁器、废气燃烧装置和及相应的工艺步骤。二氧化碳虽然在价格上比氮气稍为便宜一些,但可能会引起一些氧化问题,影响到可焊性。通过评估和实验应用,使人们认识到氮气是真正的惰性气体,其价格低廉,而且在使用过程中没有大的安全问题,为此受到人们的青睐。使用惰性气体,相对于采用普通气体有明显的优点,可以明显减少板上的残余物。不过,使用不同的焊膏,降低残余物的效果是不同的。尽管还做不到完全去除残留物,但是,如果将可控制气体环境技术与焊膏和焊剂化学的新发展结合起来便可以实现低残余物的新的焊接技术。要使免洗焊接工艺迅速推广应用,普遍采用的方法是用氮气使整个或部分波峰焊机惰性化。许多资料说明,在没有氧气的条件下进行焊接会提高湿润力,并减少湿润时间。还观察到,当焊接波峰惰性化时,就不会出现焊料毛刺。在氮气保护下形成的焊点,外观较漂亮,即平整光滑又降低了漏焊率。波峰焊接工艺惰性化效果最佳的方法是在不用焊剂时,对涂覆有焊料的组件进行波峰焊接。由于氮气改善了焊料波峰的表面条件,使接触焊料的时间和预热温度的最佳值具有很大的调节余地。焊接工艺惰性化十分有利的一面是焊料残渣明显下降,减少了焊料的耗用,更重要的是减少了返修工作量。在许多情况下,节约的资金要比焊接工艺中使用氮气所花费的资金要多。最近又出现了一种新技术,这种技术只会使焊接波峰惰性化,即局部惰性化,被称为惰性边界焊接。不需要防护罩和通道,将气体供给与元件接触的每个焊点的第个焊接波峰的进口端和出口端,实际上,掩蔽通过波峰的元件,使焊接波峰各点和含氮量低于10ppm。这种方法与具有防护罩、通道、完全惰性化焊机相比有一定的优点,与普通的波峰焊接系统比较,具有能见度和可接触性好。由于不需要氮气密封门,所以不影响生产量。最近研究的焦点是将惰性气体用于下一代的产品,新的工艺包括通过采用免清洗工艺来取代CFC,0.5微米以下的精细间距器件的生产,符合环保要求的无VOC组装制程及越来越流行的BGA和PCMICA工艺技术。3. 免清洗焊接设备3.1 波峰焊接设备免清洗波峰焊接设备主要有三种:最老式的一种是旋转鼓形的,操作成本最低。这种类型的设备采用的是不锈钢或塑料丝网鼓,其在焊剂槽中旋转,转鼓上装有热风刀,在焊剂活化时,丝网上的焊剂被吹到PCA上。焊剂沉积量由鼓旋转速度来控制。这种简易的系统具有较高的一致性及可重复性。缺陷是没有密封,因此,焊剂溶剂有挥发的可能。“高档”的密封型焊剂喷涂设备主要分为两大类:超声喷头和喷枪型。这两种类型的焊剂喷涂机是将压力容器中的焊剂抽出,或用泵抽取密封容器中的焊剂。超声焊剂喷涂机是把液体焊剂输送到超声振子,在超声振子的作用下,焊剂破裂为极小的液滴,呈雾状。雾化的液滴由喷气口导入PCA。通过改变流向,超声喷头的焊剂流动率可控制焊剂沉积量。焊剂喷枪是采用商品化的喷头。通常喷头使用的焊剂由压力容器供给。最流行的一种焊剂喷枪是往复运行的摆动型喷枪。该系统由安装在机械装置上的单喷头构成,它能随波峰焊接机传送带的运行而前后运行。根据PCA的规格,将喷涂控制在相应的范围。通过调节焊剂槽的压力,可控制焊剂沉积量。超声和喷枪这两种喷涂设备都是密封的单路系统,所以不需要监控焊剂的固体含量。虽然这两种涂覆设备价格昂贵,但是,这些焊剂涂覆设备能很快获得效益,这是由于焊剂及稀释剂的消耗减少了,而且焊剂涂层密度能力提高了,可重复性为 ±10%,使得这种技术得到很快的推广应用。在波峰焊接中,为了克服焊料合金的氧化问题,通常都是在波峰焊接设备中充氮,使其惰性化,以获得优质的焊接。惰性化的波峰焊机有几种不同的类型。完全惰性化的焊机很贵、很复杂。不过,使用氮气的效果是很明显的。通常消耗量在600~1200CFH的范围。替代完全惰性焊机的设备成本较低,在普通波峰焊机上,装上一个惰性气体保护装置包括焊料槽或预热器焊槽。这种技术的另一个优点是可对现有焊机进行改型。这种类型的焊机消耗的氮气在1400~2400CFH范围。为了解决焊料氧化等问题,除了采用氮气外,波峰焊机在形成波峰的喷口结构上进行了许多改造,因而形成了象双波峰、Ω波、λ波、O波、T波、W波以及各种组合波峰形式。3.2 再流焊接设备红外加热再流焊机的结构为隧道式炉膛,设有2~3个预热区,一个焊接区,在炉膛出口端外面还有一个冷风冷却区。PCB用链条或网带传送通过炉膛,传送速度根据工艺需要可以无级调速。为适应双面PCB的焊接,采用了上下同时加热。红外辐射加热采用板式陶瓷红外辐射元件。波长为2.5~5μm 炉膛内的温度曲线可以设定,焊接的实际温度曲线也可以进行测量,设定曲线和实际测量的温度曲线都可以在显示屏上显示出来。如实测量焊接曲线与理想焊接温度曲线不一致,可以调整设定曲线,使最后实际焊接曲线与理想的焊接曲线相接近。一般,再流焊机的传输系统中都有手摇机构,一旦发生问题,可用手摇传送链将产品送出炉膛,便可以在突然停电或出现故障时能立即把炉中的产品取出。此外,为了防止氧化,保证焊接质量,有部分再流焊机附加了氮气保护。在较高档的电路组装再流焊接中,已经采用免洗焊膏和全封闭红外加热N2气氛对流的再流焊接设备。美国不仅继续使用汽车焊接设备,而且还在进行深入研究。汽相再流焊由于生产成本昂贵和环保等原因使其应用受到限制,为此本文对此类设备不作详细论述。近几年来,主要从事强制对流加热的再流焊接技术和设备的研究,以满足PCMICA、BGA和细间距QFP的焊接要求。随着精细间距组装技术的出现,充氮气氛再流焊接工艺和设备也随之问世。这种技术改善了再流焊接的质量和成品率,成为这一领域的发展方向。充N2气氛再流焊炉的优点:· 减少氧化。· 焊料湿润焊点、元件的效果更佳。· 非湿润缺陷减少了。· 减少了焊球的形成。· 不存在桥接,提高了焊接质量。实验证明,氮气中的氧含量残余物越低的焊膏,焊接能力就越低,也就是说,焊接缺陷率就越高。为此,只有提高炉内氮气纯度,才能发挥免清洗焊膏的作用。显而易见,实现免清洗焊接是以高纯度N2气氛为代价的。 结论:在替代ODS清洗技术中,由于焊剂、焊膏的改型,使得焊接工艺及焊接设备随之变化。尤其还要适应越来越高的组装密度及质量的要求,使得免清洗工艺的实现难度很大。在免清洗助焊剂的研制过程中,主要是围绕减少焊料氧化、减少残余物及提高湿润性等问题而展开的。为克服上述问题,主要对策是在焊接设备中充惰性气氛。尽管各厂家生产的焊接设备各异,但总的来说都是在波峰焊的波形上、工艺上打开突破口。目前还有激光焊技术应用于免清洗技术中,由此可见,免清洗技术已深入人心,成为发展的主要潮流。(end)

通过海湾公司可视对讲产品的试验,从器件的封装、插孔的封装、器件布局的合理设计、模板的开孔技术要求、波峰焊参数的合理调整,线路板焊接一次性合格率达到92%以上(该产品上有6个20pin以上的IC,一个48pin的QFP)。波峰焊接后只做微小的修复就可以达到100%的合格率,但焊接效率和手工焊相比,提高了3倍以上。

1、结合産品选择助焊剂

以下是一些具体设计要求共享给SMT同行和各位专家。

自身産品的档次及産品本身的特点,是选择助焊剂时首先考虑的条件,高档次的産品如电脑主板、板卡等电脑周边産品及其他主机板或高精度産品,一般选择高档次免清洗助焊剂,也有少数客户用清洗型助焊剂焊后再进行清洗,有用溶剂清洗型也有用水清洗型助焊剂。

对于模板的厚度和开口要求 模板厚度:0.2mm 模板开口要求:IC的开口宽度是两个焊盘宽度的1/2,可以开多个小圆孔。

此类高档次産品,无论是选择免清洗助焊剂还是清洗型助焊剂,首先都要保证焊后的可靠性,因爲在板材状况比较好时,一般助焊剂的上锡是没有太大问题的,而残留物或残留离子的存在,则是産品内在的最大隐患。我们建议此类産品选择高档免清洗助焊剂,此类焊剂活性适中,焊后残留极少,离子状况残留能控制在1.5μgNacl/cm2左右,大大加强了焊后産品的可靠性。

器件的布局要求

如果对免清洗焊剂不是很放心,也可以选择清洗型焊剂,焊后进行清洗这是目前在电子装联中最可靠的一种;如果需要选择清洗型焊剂,爲推动环保事业,我们建议客户选择水清洗焊剂,此类焊剂焊接效果好,焊后易清洗,清洗后的高可靠性让客人更加放心。

Chip元件的长轴应垂直于波峰焊机的传送带方向;集成电路器件长轴应平行于波峰焊机的传送带方向。 为了避免阴影效应,同尺寸元件的端头在平行于焊料波方向排成一直线;不同尺寸的大小元器件应交错放置;小尺寸的元件要排布在大元件的前方;防止元件体遮挡焊接端头和引脚。当不能按以上要求排布时,元件之间应留有3~5mm间距。 元器件的特征方向应一致。如:电解电容器极性、二极管的正极、三极管的单引脚端应该垂直于传输方向、集成电路的第一脚等。

中档次産品最好能够选择不含卤素的或含卤素很少的低固含量免清洗助焊剂,如高档电话机、CD机的主板等,选择此类焊剂,焊后板面光洁、残留较少,不含卤素或很少的卤素基本可保证焊后的电气性能,一般不会造成漏电或电信号干扰等问题。较低档次的电子産品,一般来讲板材较差,多爲单面裸铜板或预涂层板,如果选择高档免清洗无残留助焊剂,焊接效果可能较差,另外,可能会因爲破坏了板面原有的涂层而造成泛白的现象産生。这种情况下我们建议选择活性较强的松香型助焊剂,虽然焊后板面残留较多,但是上锡效果及可靠性都能得到保证。

元件孔径和焊盘设计

目前,联机材、变压器、线圈及小型片式(SMD)变压器等元件管脚镀锡时,多数客户选用免清洗助焊剂,在客户提出免清洗的要求后,我们多推荐免清洗无残留含松香型助焊剂,此类焊剂活性适中,上锡效果好,焊后无残留,不会对元件管脚造成再腐蚀,另外焊点光亮平滑,且有良好的润湿性,能达到大多数客户所希望的焊锡“爬升"的效果。

元件孔一定要安排在基本格、1/2基本格、1/4基本格上,插装元件焊盘孔和引脚直径的间隙为焊锡能很好的湿润为止。 高密度元件布线时应采用椭圆焊盘图形,以减少连锡。

总而言之,结合産品选择助焊剂,就是要充分了解自身産品特点,包括産品的档次、线路板的情况、元件管脚的情况等几个方面进行综合考虑,然后选择适合自身産品的助焊剂。

波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求

2、结合自己客户的要求选择助焊剂

应选择三层端头结构的表面贴装元件,元件体和焊端能经受两次以上260摄氏度波峰焊的温度冲击。焊接后器件体不损坏或变形,片式元件端头无脱帽现象。 基板应能经受260摄氏度/50s的耐热性。铜箔抗剥强度好,阻焊层在高温下仍有足够的粘附力,焊接后阻焊层不起皱。 线路板翘曲度小于0.8-1.0%

多数厂商在选择焊剂时会提出客户的要求,特别是电子産品代工厂或OEM贴牌工厂,其客户在这方面的要求或考核更爲严格,有些厂商自己生産起来达不到要求或有一定的难度,可是把这个産品外发至代工厂后,却提出同样的或更高条件的要求。常见的客户要求有以下几个方面:

波峰焊参数的设计

(1)焊点上锡饱满。这是90%以上的客人会提出来的要求,焊点要上锡饱满就必须选用活性适当、润湿性能较好的助焊剂。

助焊剂系统:发泡风量或助焊剂喷射压力要根据助焊剂接触PCB底面的情况确定:助焊剂喷涂量要求在印制板底部有均匀而薄薄的一层,助焊剂涂覆方式有涂刷发泡和定量喷射两种。 A 采用涂覆和发泡方式必须控制助焊剂的比重,助焊剂的比重一般控制在0.8-0.83之间。 B 采用定量喷射方式时,焊剂是密闭在容器内的,不会挥发、不会吸收空气中的水分、不会被污染,因此焊剂成分能保持不变。关键要求喷头能控制喷雾量,应经常清理喷头,喷射孔不能堵。 预热温度:根据波峰焊机预热区的实际情况设定。预热的作用:将助焊剂中的溶剂挥发掉,这样可以减少焊接时产生气体;助焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化,可以去除印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其他污染物,同时起到保护金属表面防止发生再氧化的作用;使得印制板和元器件充分预热,避免焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。

(2)板面无残留或泛白现象。面对客户这样的要求,多数厂商会选择免清洗助焊剂,如果确因板材问题造成焊后泛白,可选用焊后清洗的办法来解决。

焊接温度和时间:焊接过程是焊接金属表面、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程,必须控制好焊接温度和时间。如果焊接温度偏低,液体焊料的粘度大,不能很好的在金属表面润湿和扩散,容易产生拉尖、桥连和焊接表面粗糙等缺陷,如果焊接温度过高,容易损坏元器件,还会产生焊点氧化速度加快、焊点发乌、焊点不饱满等问题。根据印制板的大小、厚度、印制板上元器件的多少和大小来确定波峰焊温度,波峰焊温度一般为250摄氏度正负5摄氏度,由于热量是温度和时间的函数,在一定温度下焊点和元件受热的热量随时间的增加而增加,波峰焊的焊接时间通过调整传输带的速度来控制,传输带的速度要根据不同型号波峰焊的长度和波峰宽度来调整,以每个焊点接触波峰的时间来表示焊接时间,一般第二波峰焊接时间为2.5-4s。板爬坡角度和波峰高度:印制板爬坡角度一般为3-7度,建议5.5-6度。有利于排除残留在焊点和元件周围由焊剂产生的气体。例如:有 SMD时如果设计时通孔比较少,爬坡角度应该大一些,适当的爬坡角度可以避免漏焊,起到排气作用;波峰高度一般控制在印制板厚的2/3和3/4 处。

(3)焊点光亮。63/37锡条焊出来的焊点正常情况下都是比较光亮的,如果锡的含量偏低或杂质超标,相对来讲焊点就没有那麽光亮了;一般的助焊剂不会对焊点造成消光的效果,除非是消光型助焊剂;松香型助焊剂比不含松香的助焊剂焊点相对要光亮些,如果在助焊剂中添加了使焊点光亮的成份,则焊后焊点会更加光亮。

波峰焊工艺参数的综合调整:这对提高波峰焊质量非常重要的。焊接温度和时间是形成良好焊点的首要条件。焊接温度和时间与预热温度、倾斜角度、传输速度都有关系。综合调整工艺参数时首先要保证焊接温度和时间。有铅双波峰焊的第一个波峰一般在220-230摄氏度/1s左右,第二个波峰一般在230-240摄氏度/3s左右,两个波峰的总时间控制在4-7s左右。铜含量不能超过1%,铜含量增大后,锡的表面张力也增大,熔点也高了,所以建议波峰焊一个月捞一次铜,维护是将锡炉设在200度左右等待4-8小时后再捞锡炉表面的含铜杂。

(4)无锡珠、连焊或虚焊、漏焊等不良状况。这些状况在电子焊接中是比较典型的不良,一般厂商会对此进行比较严格的检测与控制,学过品质管理的人都知道这样一句口号“好的産品是做出来的而不是检验出来的",这句话告诉我们,如果能在焊接过程当中控制不良状况的産生,将比做好之后再修复要重要的多。要在生産中保证好的品质,正确选择助焊剂是重要的,因爲我们在上面已经有过分析,这些不良的産生都有可能和助焊剂有关系。因此,选择活性适当、润湿性能较好的助焊剂,再加上良好的工艺做配合,是避免这些不良的基本因素。

红胶的选择和使用

(5)无漏电等电性能不良。如果客户有这样的要求,就尽量不要选择活性很强的或卤素含量较高的助焊剂,如果板材状况不好必须用这样的焊剂,我们可以通过清洗的办法进行解决,如果因爲清洗的成本或考虑到环保要求,在産品及其他条件许可的情况下,选择水清洗助焊剂也是一个很好的办法。

由于不是点胶工艺,而是印刷红胶工艺,所以对红胶的触变指数和粘度有一定要求,如果触变指数和粘度不好,印刷后成型不好,即塌陷现象,这样会有部分IC的本体粘不上红胶而备掉。x1000000)

以上主要以电子装联加工型企业爲例进行的探讨,此类厂商的成品就是加工完成的线路板,而没有装成成品机,所以,这时客人能够直接对焊点进行检验;如果焊接完成后还要进行成品组装的厂商,其客人很少会打开机壳去检验焊接情况,而这个时候,我们厂商自己内部应该自觉地加强品质管控,焊接后的组装工序,可用客户以上的要求,来要求自已的上制程——焊接制程,因爲我们都知道“下制程是上制程的客户",只有时时刻刻、一点一滴不断加强,我们的産品品质才能够不断进步与提升。

粘在线路板上未固化的胶可用丙酮或丙二醇醚类擦掉或用红胶专用清洗剂清洗。

3、根据设备及工艺状况选择助焊剂。

将未开口的产品冷藏于2-10℃的干燥处,存储期为6个月。使用前,先将产品恢复至室温,回温24小时以上。

设备状况如何,决定了焊接工艺的状况,而工艺状况是选择助焊剂的关键环节;举个简单的例子,如果是喷雾的波峰炉选择松香型助焊剂,可能就是不合适的,因爲较高的固态物在较短的时间内,就有可能堵塞喷雾器的喷嘴;如果是发泡的波峰焊选择了只能适有于喷雾的助焊剂,可能发泡效果就没有那麽好了。根据设备及工艺状况选择助焊剂有以下几个方面:

选择固化时间小90-120秒,而固化温度在150度左右较好。

(1)手动锡炉。

要有良好的耐热性和优良的电气性能,以及极低的吸湿性和高的稳定性。

手动锡炉在焊接时,助焊剂有发泡和不发泡两种情况,在大规模生産时很少有见到手动喷雾的情况。在不发泡时,可以选择的助焊剂范围较宽;有发泡工艺时,我们要选择发泡效果较好的助焊剂,无论是手动还是自动焊接,我们对发泡较好的标准都是一样的,第一:发出的泡要尽量细小,不要太大颗;第二:发出的泡沫要大小均匀;第三:发泡尽量要持久些。因爲手动锡炉没有预热过程,有些不含松香的免清洗无残留助焊剂,我们一般不向客户推荐,使用这样的助焊剂有造成锡珠及其他的不良産生可能;如果客户一定要坚持使用此类助焊剂,我们建议还是试用后再确定。

印刷机参数调整注意事项

(2)发泡波峰焊炉。

压力在4.5公斤左右 红胶加量要使红胶在模板上滚动为最好 SNAP OFF中距离设为0.05mm,速度设为:2等级。 自动擦网频率设为2。 生产结束后模板上的红胶在5天内不再使用时报废处理 红胶一定要准确印刷在两个焊盘中间,不能偏移。

发泡波峰炉一定要选择发泡型助焊剂,目前除松香型焊剂发泡效果较好外,免清洗无残留及免清洗低残留助焊剂的发泡问题早已解决,至于发泡好坏的标准上面已经有了论述。

(3)喷雾波峰焊炉。

喷雾波峰炉除松香含量较高的助焊剂外,可供选择的助焊剂种类较多,如果能够选择不含松香的免清洗助焊剂效果会更好。目前,有些免清洗助焊剂既可以发泡也可以喷雾,针对这样的工艺选择助焊剂将不会有太大问题。

(4)双波峰焊炉。

双波峰焊炉主要用于生産贴片与插件混装的线路板,此时,线路板焊接面需要经过前后两个波峰;第一个波峰较高(也叫高波或乱流波),主要作用是焊接,使元件初步固定;第二个波峰相对较平(也叫平波或整流波),主要是对焊点进行整形。在这个过程中,经常碰到的问题是,助焊剂在经过第一个波峰时,其中的活化剂或润湿剂等都已经充分分解,因此在过第二波峰时,其实助焊剂已经起不到作用了,此时极易出现连焊、拉尖等不良状况。爲了解决这种状况,我们建议客户使用固含量稍高,活化剂及润湿剂能够经受高温的助焊剂;同时助焊剂生産厂家爲解决这样的问题,往往在助焊剂中添加复配的活化剂及润湿剂,以使助焊剂能够经受不同的温度段,在经过第一波的焊接后仍然能发挥其助焊的作用。

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