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波峰焊基础知识

(时间:2006-2-14 10:26:05 共有 人次浏览) [信息来源:电子生产设备网信息中心]

波峰面 :
    波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

焊点成型:
    当PCB进入波峰面前端(A)时﹐基板与引脚被加热﹐并在未离开波峰面(B)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(183°C )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 POOR WETTING:
    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.SILICON OIL 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 SILICON OIL 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.COPPER ABIETATES 是氧化铜与 ABIETIC ACID (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.TRAPPED OIL:
    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 ZINC OXYCHLORIDE 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.


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