1、怎样设定锡膏回流温度曲线在使用表面贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中,要得到优质的焊点,一条优化的回流温度曲线是最重要的因素之一。温度曲线是施加于电路装配上的温度对时间的函数,当在笛卡尔平面作图时,回流过程中在任何给定的时间上,代表 PCB 上一个特定点上的温度形成一条曲线。几个参数影响曲线的形状,其中最关键的是传送带速度和每个区的温度设定。带速决定机板暴露在每个区所设定的温度下的持续时间,增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该区的温度设定。每个区所花的持续时间总和决定总共的处理时间。每个区的温度设定影响 PCB 的温度上升速度,高温在 PCB 与区的温度之间产生一个较大的温差。增加区
2、的设定温度允许机板更快地达到给定温度。因此,必须作出一个图形来决定 PCB 的温度曲线。接下来是这个步骤的轮廓,用以产生和优化图形。在开始作曲线步骤之前,需要下列设备和辅助工具:温度曲线仪、热电偶、将热电偶附着于 PCB 的工具和锡膏参数表。可从大多数主要的电子工具供应商买到温度曲线附件工具箱,这工具箱使得作曲线方便,因为它包含全部所需的附件(除了曲线仪本身)。现在许多回流焊机器包括了一个板上测温仪,甚至一些较小的、便宜的台面式炉子。测温仪一般分为两类:实时测温仪,即时传送温度/时间数据和作出图形;而另一种测温仪采样储存数据,然后上载到计算机。热电偶必须长度足够,并可经受典型的炉膛温度。一般较
3、小直径的热电偶,热质量小响应快,得到的结果精确。有几种方法将热电偶附着于 PCB,较好的方法是使用高温焊锡如银/锡合金,焊点尽量最小。另一种可接受的方法,快速、容易和对大多数应用足够准确,少量的热化合物(也叫热导膏或热油脂)斑点覆盖住热电偶,再用高温胶带(如 Kapton)粘住。还有一种方法来附着热电偶,就是用高温胶,如氰基丙烯酸盐粘合剂,此方法通常没有其它方法可靠。 附着的位置也要选择,通常最好是将热电偶尖附着在 PCB 焊盘和相应的元件引脚或金属端之间。(图一、将热电偶尖附着在 PCB 焊盘和相应的元件引脚或金属端之间)锡膏特性参数表也是必要的,其包含的信息对温度曲线是至关重要的,如:所希
4、望的温度曲线持续时间、锡膏活性温度、合金熔点和所希望的回流最高温度。开始之前,必须理想的温度曲线有个基本的认识。理论上理想的曲线由四个部分或区间组成,前面三个区加热、最后一个区冷却。炉的温区越多,越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。 (图二、理论上理想的回流曲线由四个区组成,前面三个区加热、最后一个区冷却)预热区,也叫斜坡区,用来将 PCB 的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区,产品的温度以不超过每秒 25C 速度连续上升,温度升得太快会引起某些缺陷,如陶瓷电容的细微裂纹,而温度上升太慢,锡膏会感温过度,没有足够的时间使 PCB 达到活
5、性温度。炉的预热区一般占整个加热通道长度的 2533%。活性区,有时叫做干燥或浸湿区,这个区一般占加热通道的3350%,有两个功用,第一是,将 PCB 在相当稳定的温度下感温,允许不同质量的元件在温度上同质,减少它们的相当温差。第二个功能是,允许助焊剂活性化,挥发性的物质从锡膏中挥发。一般普遍的活性温度范围是 120150C,如果活性区的温度设定太高,助焊剂没有足够的时间活性化,温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。虽然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加,但是理想的曲线要求相当平稳的温度,这样使得 PCB 的温度在活性区开始和结束时是相等的。市面上有的炉子不能维持平坦的活性温度曲线,选择
6、能维持平坦的活性温度曲线的炉子,将提高可焊接性能,使用者有一个较大的处理窗口。 回流区,有时叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将 PCB 装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点,而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是 205230C,这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒 25C,或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起 PCB 的过分卷曲、脱层或烧损,并损害元件的完整性。今天,最普遍使用的合金是 Sn63/Pb37,这种比例的锡和铅使得该合金共晶。共晶合金是在一个特定温度下熔化的合金,非共晶合金有一个熔化的范围,而不是熔点,有时叫做
7、塑性装态。本文所述的所有例子都是指共晶锡/铅,因为其使用广泛,该合金的熔点为183C。理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。越是靠近这种镜像关系,焊点达到固态的结构越紧密,得到焊接点的质量越高,结合完整性越好。作温度曲线的第一个考虑参数是传输带的速度设定,该设定将决定PCB 在加热通道所花的时间。典型的锡膏制造厂参数要求 34 分钟的加热曲线,用总的加热通道长度除以总的加热感温时间,即为准确的传输带速度,例如,当锡膏要求四分钟的加热时间,使用六英尺加热通道长度,计算为:6 英尺 4 分钟 = 每分钟 1.5 英尺 = 每分钟 18 英寸。接下来必须决定各个区的温度设定,重要的是要了解实
8、际的区间温度不一定就是该区的显示温度。显示温度只是代表区内热敏电偶的温度,如果热电偶越靠近加热源,显示的温度将相对比区间温度较高,热电偶越靠近 PCB 的直接通道,显示的温度将越能反应区间温度。明智的是向炉子制造商咨询了解清楚显示温度和实际区间温度的关系。本文中将考虑的是区间温度而不是显示温度。表一列出的是用于典型 PCB 装配回流的区间温度设定。表一、典型 PCB 回流区间温度设定 区间 区间温度设定 区间末实际板温预热 210C(410F) 140C(284F)活性 177C(350F) 150C(302F)回流 250C(482C) 210C(482F)速度和温度确定后,必须输入到炉的控
9、制器。看看手册上其它需要调整的参数,这些参数包括冷却风扇速度、强制空气冲击和惰性气体流量。一旦所有参数输入后,启动机器,炉子稳定后(即,所有实际显示温度接近符合设定参数)可以开始作曲线。下一部将 PCB 放入传送带,触发测温仪开始记录数据。为了方便,有些测温仪包括触发功能,在一个相对低的温度自动启动测温仪,典型的这个温度比人体温度 37C(98.6F)稍微高一点。例如,38C(100F)的自动触发器,允许测温仪几乎在 PCB 刚放入传送带进入炉时开始工作,不至于热电偶在人手上处理时产生误触发。一旦最初的温度曲线图产生,可以和锡膏制造商推荐的曲线或图二所示的曲线进行比较。首先,必须证实从环境温度
10、到回流峰值温度的总时间和所希望的加热曲线居留时间相协调,如果太长,按比例地增加传送带速度,如果太短,则相反。下一步,图形曲线的形状必须和所希望的相比较(图二),如果形状不协调,则同下面的图形(图三六)进行比较。选择与实际图形形状最相协调的曲线。应该考虑从左道右(流程顺序)的偏差,例如,如果预热和回流区中存在差异,首先将预热区的差异调正确,一般最好每次调一个参数,在作进一步调整之前运行这个曲线设定。这是因为一个给定区的改变也将影响随后区的结果。我们也建议新手所作的调整幅度相当较小一点。一旦在特定的炉上取得经验,则会有较好的“感觉”来作多大幅度的调整。 图三、预热不足或过多的回流曲线图四、活性区温
11、度太高或太低图五、回流太多或不够 图六、冷却过快或不够当最后的曲线图尽可能的与所希望的图形相吻合,应该把炉的参数记录或储存以备后用。虽然这个过程开始很慢和费力,但最终可以取得熟练和速度,结果得到高品质的 PCB 的高效率的生产。约翰.希罗(John Shiloh): Novastar Technologies回流焊的设备结构及原理 .1。回流焊接的过程回流焊的基本原理比较简单,它首先对 PCB 板的表面贴装元件(SMD)焊盘印刷锡膏,然后通过自动贴片机把 SMD 贴放到预先印制好锡膏的焊盘上。最后,通过回流焊接炉,在回流焊炉中逐渐加热,把锡膏融化,称为回流(Reflow) ,接着,把 PCB
12、板冷却,焊锡凝固,把元件和焊盘牢固地焊接到一起(见图 9) 。在回流焊中,焊盘和元件管脚都不融化。这是回流焊(Reflow Soldering)与金属融焊(Welding)的不同。 深入的了解回流焊就必须从焊锡膏的作用原理和焊接过程中发生的物理化学变化入手。锡膏的成分主要锡铅合金的粉末和助焊剂混合而成。在受热的条件下,融化的焊锡材料中的锡原子和焊盘或焊接元件(主要成分是铜原子)的接触界面原子相互扩散,形成金属间化合物(IMC) ,首先形成的 Cu6Sn5,称 n-phase,它是形成焊接力的关键连接层, 只有形成了 n-phase,才表示有真正的可靠焊接。随着时间的推移,在 n-phase 和
13、铜层之间中会继续生成 Cu3Sn,称为-phase,它将减弱焊接力量和减低长期可靠性。在焊点剖面的金相图中,可以清楚地看到这个结构。 电子扫描显微镜(SEM)显示的 Cu-Sn IMC金属间化合物是焊点强度的关键因素,因此许多人员专门研究金属间化合物的变化对焊点的长期可靠性带来的影响 410。为了保护焊盘或元件管脚的可焊性,一般它们表面都镀有锡铅合金层或有机保护层。对非铜的金属材料的管脚一般在管脚镀层和金属之间加有镀镍层作为阻断层防止金属扩散。这个镍镀层还用来阻挡与焊锡不可焊或不相容的金属与焊锡层的接触 5。另一个有关镀层的问题是关于镀金层的问题,有文章5指出如果焊点中金的成分达到34%以上,
14、焊点有潜在的脆性增大的危险。3.2。回流焊温度曲线要得到好的回流焊接效果必须有一个好的回流温度曲线(Profile) 。那么什么是一个好的回流曲线呢?一个好的回流曲线应该是对所要焊接的 PCB 板上的各种表面贴装元件都能够达到良好的焊接,且焊点不仅具有良好的外观品质而且有良好的内在品质的温度曲线。3.2.1。回流炉的参数设定要得到一个炉温曲线首先应给回流炉一个参数设定。回流炉的参数设定一般称为 Recipe。Recipe 一般包括炉子每区的温度设定,传送带带速设定,以及是使用空气还是氮气。下表是 BTU 炉的一个Recipe 的设定。温度设定:(单位:) 带速设定:(单位:cm/分)气体设定:
15、表中 1T7T,1B7B 分别表示回流炉上下温区的温度设定,传送带带速为 75 cm/分,焊接环境使用空气,不使用氮气。设定一个回流曲线要考虑的因素有很多,一般包括: 所使用的锡膏特性,PCB 板的特性,回流炉的特点等。下面分别讨论。3.2.2。锡膏特性与回流曲线的重要关系锡膏特性决定回流曲线的基本特性。不同的锡膏由于助焊剂(Flux)有不同的化学组分,因此它的化学变化有不同的温度要求,对回流温度曲线也有不同的要求。一般锡膏供应商都能提供一个参考回流曲线,用户可在此基础上根据自己的产品特性优化。 图 11是一个典型的 Sn63/Pb37 锡膏的温度回流曲线6(P3-7) 。 以此图为例,来分析
16、回流焊曲线。它可分为 4 个主要阶段:1)把 PCB 板加热到 150左右,上升斜率为 1-3 /秒。 称预热(Preheat)阶段。2)把整个板子慢慢加热到 183 。称均热(Soak 或Equilibrium)阶段。时间一般为 60-90 秒。3)把板子加热到融化区(183 以上) ,使锡膏融化。称回流(Reflow Spike)阶段。在回流阶段板子达到最高温度,一般是215 +/-10 。回流时间以 45-60 秒为宜,最大不超过 90 秒。4)曲线由最高温度点下降的过程。称冷却(Cooling)阶段。一般要求冷却的斜率为 2 -4/秒。典型的回流焊接温度曲线预热阶段的目的是把锡膏中较低
17、熔点的溶剂挥发走。锡膏中助焊剂的主要成分包括松香,活性剂,黏度改善剂,和溶剂。溶剂的作用主要作为松香的载体和保证锡膏的储藏时间。预热阶段需把过多的溶剂挥发掉,但是一定要控制升温斜率,太高的升温速度会造成元件的热应力冲击,损伤元件或减低元件性能和寿命,后者带来的危害更大,因为产品已流到了客户手里。另一个原因是太高的升温速度会造成锡膏的塌陷,引起短路的危险,尤其对助焊剂含量较高(达 10%)的锡膏5。均热阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议和 PCB 板热容的大小。因为均热 阶段有两个作用,一个是使整个 PCB 板都能达到均匀的温度(175左右) ,均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击,以
18、及其它焊接缺陷如元件翘起,某些大体积元件冷焊等。均热阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应,它将清除焊件表面的氧化物和杂质,增大焊件表面润湿性能(及表面能) ,使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。由于均热段的重要性,因此均热时间和温度必须很好地控制,既要保证助焊剂能很好地清洁焊面,又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉。助焊剂要保留到回流焊阶段是必需的,它能促进焊锡润湿过程和防止焊接表面的再氧化。尤其是目前使用低残留,免清洗(no-clean)的焊锡膏技术越来越多的情况下,焊膏的活性不是很强,且回流焊接的也多为空气回流焊,更应注意不能在均热阶段把助焊剂消耗光。回流阶段,温度
19、继续升高越过回流线(183) ,锡膏融化并发生润湿反应,开始生成金属间化合物层。到达最高温度(215 左右) ,然后开始降温,落到回流线以下,焊锡凝固。回流区同样应考虑温度的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击。回流区的最高温度是由 PCB 板上的温度敏感元件的耐温能力决定的。在回流区的时间应该在保证元件完成良好焊接的前提下越短越好,一般为 30-60 秒最好,过长的回流时间和较高温度,如回流时间大于 90 秒,最高温度大于 230 度,会造成金属间化合物层增厚,影响焊点的长期可靠性4。冷却阶段的重要性往往被忽视。好的冷却过程对焊接的最后结果也起着关键作用。好的焊点应该是光亮的,平滑的。而如果冷
20、却效果不好,会产生很多问题诸如元件翘起,焊点发暗,焊点表面不光滑,以及会造成金属间化合物层增厚等问题。因此回流焊接必须提供良好的冷却曲线,既不能过慢造成冷却不良,又不能太快,造成元件的热冲击。3.2.3。PCB 板的特性与回流曲线的关系回流曲线的设定,与要焊接的 PCB 板的特性也有重要关系。板子的厚薄,元件的大小,元件周围有无大的吸热部件,如金属屏蔽材料,大面积的地线焊盘等,都对板子的温度变化有影响。因此笼统地说一个回流曲线的好坏是无意义的。一个回流曲线必须是针对某一个或某一类产品而测量得到的。因此如何准确测量回流曲线,来反映真实的回流焊接过程是非常重要的。常用的测量回流焊曲线的方法有三种:
21、1)用回流炉本身配备的长热偶线(一般常用的工业标准是 K 型热偶线) ,热偶线的一端焊接到 PCB 板上,另一端插到设备的预设热偶插口上。把板放进炉内,当板子从炉另一端出来时,用热偶线把板子从出口端拉回来。在测量的同时温度曲线就可显示到设备的显示器上。一般回流炉 都带有多个 K 型热偶插口,因此可连接多根热偶线,同时测量 PCB 板几个点的温度曲线。2)用一个小的温度跟踪记录器。它能够跟随待测 PCB 板进入回流炉。记录器上也有多个热偶插口,可因此可连接多根热偶线。记录器里存放的温度数据,只有在出炉后,才可输到电脑里分析或从打印机中输出。3)带无线数据传输的温度跟踪记录器。与第 2 种方法相同
22、,只是多了一个无线传输功能。当它在炉内测温时,在存储温度数据的同时把数据用无线方式传到外面的接受器上,接受器与电脑相连。三种方法本质都是一样的,用户可根据习惯来选择采用那种方法。热偶线的安装有一般两种,一是高温焊锡丝,温度在 300以上(高于回流最高温度) 。 另一种方法是用胶或是高温胶带把它粘住。这样热偶线就不会在回流区脱落。焊点的位置一般为选取元件的焊脚和焊盘接触的地方。焊点不能太大,以焊牢为准。焊点大,温度反应迟后,不能准确反映温度变化,尤其是对 QFP 等细间距焊脚。对特殊的器件如 BGA 还需要在 PCB 板下钻孔,把热偶线穿到 BGA 下面。图 12 说明了 QFP 和 BGA 元
23、件的热偶线焊接方法。热偶线的安装位置一般根据 PCB 板的工艺特点来选取,如双面板应在板上下都安装热偶线,大的 IC 芯片脚要安装,BGA 元件要安装,某些易造成冷焊的元件(如金属屏蔽罩周围,散热器周围元件)一定要放置。还有就是你认为要研究的焊接出了问题的元件。 焊锡膏使用注意事项焊锡膏是一种比较敏感的焊接 材料,污染、氧化或吸潮都会使其产生不同程度的变质,而焊锡膏变质后不仅会使流动性改变而影响印刷效果,更严重的是会造成焊接不良,降低成品一次合格率,因此需要在制造过程上加以注意,以提高焊锡膏的使用效果。使用说明:1、 焊锡膏应储存低温下,储存温度应在 2-8(冰箱冷藏室) 。2、 刚从冰箱里取
24、出的焊锡膏比环境温度低,不要马上开封,以免空气中的湿气凝结在焊锡中,一般应放置 2-4 小时待恢复到室温后方可使用。3、 焊锡膏使用前先充分搅拌机待搅拌均匀后方可使用。4、 罐中剩余没有用过的焊锡膏,应盖上内、外盖,不可暴露在空气中,以免吸潮和氧化。5、 工作结束时,将钢网上剩余的焊锡装入一空罐内留到下次用,切不可将用过的焊锡膏放到没用过的焊锡膏罐内,因用过的焊锡膏已受到污染会殃及新鲜的焊锡膏使其变质。6、 焊锡膏印刷工应远离经常开动的门窗,使期工作温度稳定,以免外界空气进入引起局部环境变化。7、 免清洗焊锡膏不必进行清洗,清洗液使用不当会破坏焊点的保护膜,清洗不当会造成板而污染。无铅相关政策
25、1。無鉛的定義:根據歐盟(EU)及日本的“電子工業發展協會” (JEITA)的現行要求,焊料(錫膏、錫絲、錫棒、錫粉等) 、PCB 表面塗層、焊點、焊點材料(包括 BGA、CSP 等的錫球)及電子元器件的引腳(包括表面塗層)等的鉛雜質的重量比在 0.1%以下者,稱為無鉛。表示方法: 文中要求:從 2004.1 起,除汽車工 業外(蓄電池已完全做到回收) ,其他行業一律都要開始規劃禁鉛;並要 求各成員國在法律中,明文規定電子產品自 2006.07 起即應徹底禁鉛。旨在減少電子及電器設備的廢棄物及建立回收再利用系統.2)RoHS (Restriction of Use of Hazardous S
26、ubstances)主要內容有:禁鉛、禁汞、禁鎘、禁六價鉻、禁溴耐燃劑,並規定各成員 國在 2004.8.13 之前是正式在各國中完成立法,在 2006.7.1開始執法。3.實施無鉛的意義:我們只有一個地球,隨著近年來人們對健康和環境問題越來越重視,鉛的危害性也逐漸為大眾所了解。人們工作、學習中所使用的電子產品越來越多,且這些設備的更新周期也越來越短,每個都產生大量電子垃圾。由於這些鉛廢棄物絕大部份被直接掩埋,其中的鉛會逐漸溶解到土壤和地下水中,經過各種循環方式又進入人們的生活用水中。鉛在人體中沉積後會造成中毒,傷害腎髒、肺,引起貧血、生殖功能障礙、高血壓等疾病,危害人體中樞;同時,鉛還會影響
27、兒童的智商和正常發育。據統計,目前全球電子行業每年使用焊料消耗的鉛約為20000 噸,大約占世界鉛總產量的 5%。實施無鉛,旨在保護環境,建立無鉛、無鹵之綠色大地。回流焊不良分析資料柢面元件的固定双面回流焊接已采用多年,在此,先对第一面进行印刷布线,安装元件和软熔,然后翻过来对电路板的另一面进行加工处理,为了更加节省起见,某些工艺省去了对第一面的软熔,而是同时软熔顶面和底面,典型的例子是电路板底面上仅装有小的元件,如芯片电容器和芯片电阻器,由于印刷电路板(PCB)的设计越来越复杂,装在底面上的元件也越来越大,结果软熔时元件脱落成为一个重要的问题。显然,元件脱落现象是由于软熔时熔化了的焊料对元件
28、的垂直固定力不足,而垂直固定力不足可归因于元件重量增加,元件的可焊性差,焊剂的润湿性或焊料量不足等。其中,第一个因素是最根本的原因。如果在对后面的三个因素加以改进后仍有元件脱落现象存在,就必须使用 SMT 粘结剂。显然,使用粘结剂将会使软熔时元件自对准的效果变差。未焊满未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥。通常,所有能引起焊膏坍落的因素都会导致未焊满,这些因素包括:1,升温速度太快;2,焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢复太慢;3,金属负荷或固体含量太低;4,粉料粒度分布太广;5;焊剂表面张力太小。但是,坍落并非必然引起未焊满,在软熔时,熔化了的未焊满焊料在表面张力的推动下有断开的可能,焊
29、料流失现象将使未焊满问题变得更加严重。在此情况下,由于焊料流失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而不易断开。除了引起焊膏坍落的因素而外,下面的因素也引起未满焊的常见原因:1,相对于焊点之间的空间而言,焊膏熔敷太多;2,加热温度过高;3,焊膏受热速度比电路板更快;4,焊剂润湿速度太快;5,焊剂蒸气压太低;6;焊剂的溶剂成分太高;7,焊剂树脂软化点太低。断续润湿焊料膜的断续润湿是指有水出现在光滑的表面上(1.4.5.) ,这是由于焊料能粘附在大多数的固体金属表面上,并且在熔化了的焊料覆盖层下隐藏着某些未被润湿的点,因此,在最初用熔化的焊料来覆盖表面时,会有断续润湿现象出现。亚稳态的
30、熔融焊料覆盖层在最小表面能驱动力的作用下会发生收缩,不一会儿之后就聚集成分离的小球和脊状秃起物。断续润湿也能由部件与熔化的焊料相接触时放出的气体而引起。由于有机物的热分解或无机物的水合作用而释放的水分都会产生气体。水蒸气是这些有关气体的最常见的成份,在焊接温度下,水蒸气具极强的氧化作用,能够氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界面(典型的例子是在熔融焊料交界上的金属氧化物表面) 。常见的情况是较高的焊接温度和较长的停留时间会导致更为严重的断续润湿现象,尤其是在基体金属之中,反应速度的增加会导致更加猛烈的气体释放。与此同时,较长的停留时间也会延长气体释放的时间。以上两方面都会增加释放出的气体量,消
31、除断续润湿现象的方法是:1,降低焊接温度;2,缩短软熔的停留时间;3,采用流动的惰性气氛;4,降低污染程度。低残留物对不用清理的软熔工艺而言,为了获得装饰上或功能上的效果,常常要求低残留物,对功能要求方面的例子包括“通过在电路中测试的焊剂残留物来探查测试堆焊层以及在插入接头与堆焊层之间或在插入接头与软熔焊接点附近的通孔之间实行电接触” ,较多的焊剂残渣常会导致在要实行电接触的金属表层上有过多的残留物覆盖,这会妨碍电连接的建立,在电路密度日益增加的情况下,这个问题越发受到人们的关注。显然,不用清理的低残留物焊膏是满足这个要求的一个理想的解决办法。然而,与此相关的软熔必要条件却使这个问题变得更加复
32、杂化了。为了预测在不同级别的惰性软熔气氛中低残留物焊膏的焊接性能,提出一个半经验的模型,这个模型预示,随着氧含量的降低,焊接性能会迅速地改进,然后逐渐趋于平稳,实验结果表明,随着氧浓度的降低,焊接强度和焊膏的润湿能力会有所增加,此外,焊接强度也随焊剂中固体含量的增加而增加。实验数据所提出的模型是可比较的,并强有力地证明了模型是有效的,能够用以预测焊膏与材料的焊接性能,因此,可以断言,为了在焊接工艺中成功地采用不用清理的低残留物焊料,应当使用惰性的软熔气氛。间隙间隙是指在元件引线与电路板焊点之间没有形成焊接点。一般来说,这可归因于以下四方面的原因:1,焊料熔敷不足;2,引线共面性差;3,润湿不够
33、;4,焊料损耗棗这是由预镀锡的印刷电路板上焊膏坍落,引线的芯吸作用(2.3.4)或焊点附近的通孔引起的,引线共面性问题是新的重量较轻的 12 密耳(m)间距的四芯线扁平集成电路(QFP 棗 Quad flat packs)的一个特别令人关注的问题,为了解决这个问题,提出了在装配之前用焊料来预涂覆焊点的方法(9),此法是扩大局部焊点的尺寸并沿着鼓起的焊料预覆盖区形成一个可控制的局部焊接区,并由此来抵偿引线共面性的变化和防止间隙,引线的芯吸作用可以通过减慢加热速度以及让底面比顶面受热更多来加以解决,此外,使用润湿速度较慢的焊剂,较高的活化温度或能延缓熔化的焊膏(如混有锡粉和铅粉的焊膏)也能最大限度
34、地减少芯吸作用.在用锡铅覆盖层光整电路板之前,用焊料掩膜来覆盖连接路径也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用。焊料成球焊料成球是最常见的也是最棘手的问题,这指软熔工序中焊料在离主焊料熔池不远的地方凝固成大小不等的球粒;大多数的情况下,这些球粒是由焊膏中的焊料粉组成的,焊料成球使人们耽心会有电路短路、漏电和焊接点上焊料不足等问题发生,随着细微间距技术和不用清理的焊接方法的进展,人们越来越迫切地要求使用无焊料成球现象的 SMT 工艺。引起焊料成球(1,2,4,10)的原因包括:1,由于电路印制工艺不当而造成的油渍;2,焊膏过多地暴露在具有氧化作用的环境中;3,焊膏过多地暴露在潮湿环境中;4,不适当的加
35、热方法;5,加热速度太快;6,预热断面太长;7,焊料掩膜和焊膏间的相互作用;8,焊剂活性不够;9,焊粉氧化物或污染过多;10,尘粒太多;11,在特定的软熔处理中,焊剂里混入了不适当的挥发物;12,由于焊膏配方不当而引起的焊料坍落;13、焊膏使用前没有充分恢复至室温就打开包装使用;14、印刷厚度过厚导致“塌落”形成锡球;15、焊膏中金属含量偏低。焊料结珠焊料结珠是在使用焊膏和 SMT 工艺时焊料成球的一个特殊现象.,简单地说,焊珠是指那些非常大的焊球,其上粘带有(或没有)细小的焊料球(11).它们形成在具有极低的托脚的元件如芯片电容器的周围。焊料结珠是由焊剂排气而引起,在预热阶段这种排气作用超过
36、了焊膏的内聚力,排气促进了焊膏在低间隙元件下形成孤立的团粒,在软熔时,熔化了的孤立焊膏再次从元件下冒出来,并聚结起。焊接结珠的原因包括:1,印刷电路的厚度太高;2,焊点和元件重叠太多;3,在元件下涂了过多的锡膏;4,安置元件的压力太大;5,预热时温度上升速度太快;6,预热温度太高;7,在湿气从元件和阻焊料中释放出来;8,焊剂的活性太高;9,所用的粉料太细;10,金属负荷太低;11,焊膏坍落太多;12,焊粉氧化物太多;13,溶剂蒸气压不足。消除焊料结珠的最简易的方法也许是改变模版孔隙形状,以使在低托脚元件和焊点之间夹有较少的焊膏。焊接角焊接抬起焊接角缝抬起指在波峰焊接后引线和焊接角焊缝从具有细微
37、电路间距的四芯线组扁平集成电路(QFP)的焊点上完全抬起来,特别是在元件棱角附近的地方,一个可能的原因是在波峰焊前抽样检测时加在引线上的机械应力,或者是在处理电路板时所受到的机械损坏(12),在波峰焊前抽样检测时,用一个镊子划过 QFP 元件的引线,以确定是否所有的引线在软溶烘烤时都焊上了;其结果是产生了没有对准的焊趾,这可在从上向下观察看到,如果板的下面加热在焊接区/角焊缝的间界面上引起了部分二次软熔,那么,从电路板抬起引线和角焊缝能够减轻内在的应力,防止这个问题的一个办法是在波峰焊之后(而不是在波峰焊之前)进行抽样检查。竖碑(Tombstoning)竖碑(Tombstoning)是指无引线
38、元件(如片式电容器或电阻)的一端离开了衬底,甚至整个元件都支在它的一端上。Tombstoning 也称为 Manhattan 效应、Drawbridging 效应或Stonehenge 效应,它是由软熔元件两端不均匀润湿而引起的;因此,熔融焊料的不够均衡的表面张力拉力就施加在元件的两端上,随着 SMT小型化的进展,电子元件对这个问题也变得越来越敏感。此种状况形成的原因:1、加热不均匀;2、元件问题:外形差异、重量太轻、可焊性差异;3、基板材料导热性差,基板的厚度均匀性差;4、焊盘的热容量差异较大,焊盘的可焊性差异较大;5、锡膏中助焊剂的均匀性差或活性差,两个焊盘上的锡膏厚度差异较大,锡膏太厚,
39、印刷精度差,错位严重;6、预热温度太低;7、贴装精度差,元件偏移严重。Ball Grid Array (BGA)成球不良BGA 成球常遇到诸如未焊满,焊球不对准,焊球漏失以及焊料量不足等缺陷,这通常是由于软熔时对球体的固定力不足或自定心力不足而引起。固定力不足可能是由低粘稠,高阻挡厚度或高放气速度造成的;而自定力不足一般由焊剂活性较弱或焊料量过低而引起。BGA 成球作用可通过单独使用焊膏或者将焊料球与焊膏以及焊料球与焊剂一起使用来实现; 正确的可行方法是将整体预成形与焊剂或焊膏一起使用。最通用的方法看来是将焊料球与焊膏一起使用,利用锡 62 或锡 63 球焊的成球工艺产生了极好的效果。在使用焊
40、剂来进行锡 62 或锡 63 球焊的情况下,缺陷率随着焊剂粘度,溶剂的挥发性和间距尺寸的下降而增加,同时也随着焊剂的熔敷厚度,焊剂的活性以及焊点直径的增加而增加,在用焊膏来进行高温熔化的球焊系统中,没有观察到有焊球漏失现象出现,并且其对准精确度随焊膏熔敷厚度与溶剂挥发性,焊剂的活性,焊点的尺寸与可焊性以及金属负载的增加而增加,在使用锡 63 焊膏时,焊膏的粘度,间距与软熔截面对高熔化温度下的成球率几乎没有影响。在要求采用常规的印刷棗释放工艺的情况下,易于释放的焊膏对焊膏的单独成球是至关重要的。整体预成形的成球工艺也是很的发展的前途的。减少焊料链接的厚度与宽度对提高成球的成功率也是相当重要的。形
41、 成 孔 隙形成孔隙通常是一个与焊接接头的相关的问题。尤其是应用SMT 技术来软熔焊膏的时候,在采用无引线陶瓷芯片的情况下,绝大部分的大孔隙(0.0005 英寸/0.01 毫米)是处于 LCCC 焊点和印刷电路板焊点之间,与此同时,在 LCCC 城堡状物附近的角焊缝中,仅有很少量的小孔隙,孔隙的存在会影响焊接接头的机械性能,并会损害接头的强度,延展性和疲劳寿命,这是因为孔隙的生长会聚结成可延伸的裂纹并导致疲劳,孔隙也会使焊料的应力和协变增加,这也是引起损坏的原因。此外,焊料在凝固时会发生收缩,焊接电镀通孔时的分层排气以及夹带焊剂等也是造成孔隙的原因。在焊接过程中,形成孔隙的械制是比较复杂的,一
42、般而言,孔隙是由软熔时夹层状结构中的焊料中夹带的焊剂排气而造成的(2,13)孔隙的形成主要由金属化区的可焊性决定,并随着焊剂活性的降低,粉末的金属负荷的增加以及引线接头下的覆盖区的增加而变化,减少焊料颗粒的尺寸仅能销许增加孔隙。此外,孔隙的形成也与焊料粉的聚结和消除固定金属氧化物之间的时间分配有关。焊膏聚结越早,形成的孔隙也越多。通常,大孔隙的比例随总孔隙量的增加而增加.与总孔隙量的分析结果所示的情况相比,那些有启发性的引起孔隙形成因素将对焊接接头的可靠性产生更大的影响,控制孔隙形成的方法包括:1,改进元件/衫底的可焊性;2,采用具有较高助焊活性的焊剂;3,减少焊料粉状氧化物;4,采用惰性加热
43、气氛.5,减缓软熔前的预热过程.与上述情况相比,在 BGA 装配中孔隙的形成遵照一个略有不同的模式(14).一般说来.在采用锡 63 焊料块的 BGA 装配中孔隙主要是在板级装配阶段生成的.在预镀锡的印刷电路板上,BGA 接头的孔隙量随溶剂的挥发性,金属成分和软熔温度的升高而增加,同时也随粉粒尺寸的减少而增加;这可由决定焊剂排出速度的粘度来加以解释.按照这个模型,在软熔温度下有较高粘度的助焊剂介质会妨碍焊剂从熔融焊料中排出,因此,增加夹带焊剂的数量会增大放气的可能性,从而导致在 BGA 装配中有较大的孔隙度.在不考虑固定的金属化区的可焊性的情况下,焊剂的活性和软熔气氛对孔隙生成的影响似乎可以忽略不计.大孔隙的比例会随总孔隙量的增加而增加,这就表明,与总孔隙量分析结果所示的情况相比,在 BGA 中引起孔隙生成的因素对焊接接头的可靠性有更大的影响,这一点与在 SMT 工艺中空隙生城的情况相似。总 结焊膏的回流焊接是 SMT 装配工艺中的主要的板极互连方法,影响回流焊接的主要问题包括:底面元件的固定、未焊满、断续润湿、低残留物、间隙、焊料成球、焊料结珠、焊接角焊缝抬起、TombstoningBGA 成球不良、形成孔隙等,问题还不仅限于此,在本文中未提及的问题还有浸析作用,金属间化物,不润湿,歪扭,无铅焊接等.只有解决了这些问题,回流焊接作为