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怎樣的波峰焊接是標準工藝——西安速佳電子

發布時間:2020-5-27    來源:西安速佳電子     點擊次數:9892

怎樣的波峰焊接是標準工藝——西安速佳電子

最近在現場遇到的特別關注是與底面裝配的表面貼裝電阻元件和頂面安裝的連接器的橋接有關的焊接問題。在焊接方向線上的間隔近的焊盤橋接是存在多時的一個問題。許多情況中把焊盤從方形到圓形的設計轉變可減少或解決該問題。另一種方法,使用非活性的、靠近在線最后焊盤后面的“掠錫”焊盤經常達到目的。
  兩種方法都從熔化焊錫的表面張力與能力平衡著手。對于方形焊盤,當焊盤離開熔化的焊錫時,焊錫不能夠呈現一個低能量的外形。焊錫從平整的邊緣斷開,造成橋接。掠錫焊盤為焊錫提供一個“斷開”的地方,或許防止了危害。這個方法假設了足夠的元件和印制線路板(PWB, printed wiring board)的可焊性和受控的上助焊劑、預熱和焊接工藝。
  錫膏-通孔(PIH, pin/paste-in-hole)工藝是用來減少在制造一些混合技術裝配中的工藝步驟的一種方法。與該方法的經驗表明,使用PIH工藝消除波峰焊接的溫度巡回通常是有好處的。其中一個優點是消除了大的通孔(through-hole)連接器所出現的橋接。
  高密度安裝的混合技術裝配的增加,驅使許多工藝的創新。特制的“點”或“面”波峰焊接設備的數量越來越多。選擇性焊接托盤(pallet)現在更廣泛地用于傳統的波峰焊接機器上。這些托盤針對那些在裝配的底面上有已經焊接的、大型、溫度敏感有源元件、球柵陣列(BGA, ball grid array)和QFP(quad flat pack)的通孔元件。
  對于進化的和較舊的兩種PWB設計,新的不同的可焊性保護劑正得到波峰焊接和回流焊接工藝的親眛。傳統的熱風焊錫均涂(HASL, hot air solder leveling)工藝,雖然一般對焊接性能有好處,但與進化的設計和工藝存在一個問題。在進入的PWB中,可能在阻焊層(solder resist)中吸收HASL助焊劑殘留物對免洗工藝是有問題的。要求用來從小的通孔中清除過量焊錫的空氣壓力,或者在涂鍍的兩個表面上的壓力差,有時引起面與面之間HASL涂層的厚度不同。這個不同可能導致在一些要焊接的表面特征上很薄的涂層?赡芑卦斐刹蛔愕目珊感院筒粷M意的焊接表現,甚至當使用有侵蝕性的焊接助焊劑。
  為了達到在任何的焊接工藝中的低缺陷率,PWB和元件端子的表面最終涂層都必須提供持久的可焊性。涂層必須經受焊接之前的儲存時間和環境,以及多次溫度巡回而不退化。在焊接工藝中短的熔濕(wetting)時間要求用來表面元件損傷和一些焊接缺陷。因為PWB為每個焊接的連接提供表面的一半,它必須表現出持續和足夠的可焊性特征。
  有機可焊性保護劑(OSP, organic solderability preservative)和各種通過電解和浸鍍工藝施用的金屬涂料在許多情況中證明是最滿意的。任何使用的可焊性保護劑都必須持續地滿足裝配與焊接工藝的需求和所要求的產品可靠性。助焊劑、上助焊劑和預熱
  如圖一中所說明的,助焊劑用來提高能量水平,改善要焊接的表面的可熔濕性。用來焊接電子的助焊劑范圍從侵蝕性強的有機酸到傳統的松香基材料到弱有機酸,低殘留物、低活性、免清洗助焊劑。松香基助焊劑可能在侵蝕性上變化很大,取決于鹵化物類型與含量。侵蝕性水溶性強有機酸助焊劑的殘留物必須通過焊接之后的清洗來去掉。有些松香基材料的殘留物可以留在焊接的裝配上。松香包圍活性劑,因此防止反應,這種反應可能使裝配的可操作性降級。松香對活性劑含量的比率可決定活性劑的密封有多好。今天使用的大多數免洗波峰焊接助焊劑是基于弱有機酸配方,琥珀或脂肪酸用乙醇或水作溶劑。裝配的操作環境主要決定是否免洗助焊劑可以留在裝配上。
  當清洗裝配密度高的裝配時,從一些元件之間和下面清除所有助焊劑殘留物是困難的。低殘留物助焊劑由于留下的殘留物對電路危害的可能性很小。他們留下少數較良性的殘留物。因此,免洗助焊劑可能是一個好的選擇,甚至是必須清洗。注意,使用低殘留物助焊劑,可焊性特性必須是好的。這些助焊劑不提供較高活性的材料所具有的對可焊性差的幫助。
  對于成功的波峰焊接,應用的助焊劑涂層必須是均勻的,厚度上受控的。為了有效,助焊劑必須滲入孔內和涂在引腳上。一種噴霧上助焊劑的裝置,跟著空氣刀,提供保證在要焊接的表面均勻施用助焊劑正確數量的最有些的和受控的方法?諝獾稁椭鷮⒅竸┝鞯娇變,在裝配上更均勻地分布助焊劑,并幫助去掉過多的材料。
  在通過波峰焊接之前預熱裝配,有幾個理由。第一,提升要焊接的表面的溫度,因此從波峰上要求較少的溫帶能量,這樣有助于助焊劑/表面的反應和更快速的焊接。預熱也減少對元件的溫帶沖擊,當元件暴露在突然的溫度梯度下時可能被削弱或變成不能運行。第三、預熱加快揮發性物質從裝配上的蒸發速度。這些揮發性物質主要來自于助焊劑,但也可能來自較早的操作、儲存條件和處理。揮發物在波峰上的出現可能引起焊錫飛濺和在裝配上的錫球。
  控制和了解加熱的速率、在波峰焊接各個階段的溫度、和在給定溫度或以上的時間長度對于達到和在生產良好的焊接結果是關鍵的。保證助焊劑的出現 - 在適當的時間正確地激發和保持直到裝配離開波峰 - 不能過度緊張。預熱必須將裝配帶到足夠高的溫度,以提供正在使用的特殊助焊劑的活性化。多數助焊劑供應商發布推薦的溫度上升率和最大/最小頂面與底面預熱溫度。
  對于任何裝配,最佳的時間/溫度曲線是取決于許多因素,而不是助焊劑化學成分。這些因素包括板的設計、在波峰上的接觸長度、焊錫溫度、錫波的速度和形狀。一些助焊劑與兩步升溫表現最好,結合一個活性化和反應的保溫或穩定階段方式。其他的則推薦一個連續的升溫,這經常與特殊助焊劑的固體含量有關。
  對于任何助焊劑,不足的預熱時間和溫度將造成較多的殘留物留下,或許活性不足,造成熔濕(wetting)差。預熱底也可從氣體放出造成錫球,和當液體溶劑到達波峰時的焊錫飛濺。當在波峰前沒有提供足夠的預熱來蒸發水分時,這個情況在低揮發性有機化合物(VOC, volatile organic compound)的水基助焊劑上看到。過分的時間/溫度曲線將降低助焊劑和/或所有的助焊劑將在波峰之前失去/反應。助焊劑在波峰上的出現幫助降低焊錫的表面張力。如果助焊劑失去,則可能的造成錫橋或冰柱(icicle)。最佳的溫度在波峰上留下足夠的助焊劑,以幫助在板退出波峰時焊錫從金屬表面的剝離和排泄。
  在焊接工位,波峰焊接工藝的所有元素都一起來到。設計、元件、PWB、元件貼裝操作、可焊性特性、助焊劑、熱能的一部分和一個平穩的材料輸送系統都應該到位。在這些規定的和受控的元素出現的情況下,波峰動態和需要形成連接的溫度現在是關鍵因素。
  波峰經常被引證為許多與工藝有關的問題的原因。事實上,在工藝開始之前,焊接工位需要相對的關注。焊接工位要求關注與維護,作為一個可再生產的設備功能的良好工藝控制程序的部分。在錫爐中,沒有夾住的錫渣造成的開口或屏障,一個平緩的水平主波峰是至關重要的。崎嶇的波峰是用于片狀波峰的,較高速度的紊流提供垂直與水平的壓力,來幫助焊接底面的表面貼裝元件。
  當使用熟悉的錫/鉛共晶合金時,在板的底面使用的焊錫溫度應該是連續一致的,在460~500°F的范圍。往這個范圍的較低方向偏離有時是有幫助的。免洗助焊劑經常以這個范圍的最低或稍微更低的溫度焊接,來幫助確保在波峰的出口處有助焊劑存在。一些使用其它助焊劑的工藝,通過提高預熱來達到較高的頂面與底面溫度和將波峰溫度減少到低至430°F,在較厚的多層板上已經取得成功。
培訓與工藝控制
  你不可能控制你不測量的東西!為了有效地測量,必須在工藝技術和對工藝輸出的可再生產性的過程變量統計含義上培訓員工。
  理解你的工藝
  教育和培訓有關人員,使他們理解所要求控制的基本知識。如果他們理解怎樣產生一個不可接受的條件,和怎樣產生一個可接受的條件,他們將獲得知識與信心,特別是如果允許他們為了學習去做這兩種事情。使用一個已定義的控制系統和保持它盡可能簡單有時,在開始了解1.67的Cpk比1.33的Cpk大約好10倍這一點已經足夠了。在使用點上測量工藝參數,并且觀察到偏離時馬上行動 。
  除了有溫度曲線工具可用于建立最佳的機器設定處理各個板的設計之外,其他工具可幫助整個波峰焊機的監測與分析。這些工具所檢測、跟蹤、和分析的重要標準是板在焊錫波形上的駐留時間和接觸長度。這些數據的使用使得能夠計劃維護,以在情況惡化、造成產品缺陷、干擾你的計劃和讓你顧客失望之前糾正變量。
結論
  低成本、低缺陷的焊接表現是配合設計、零件、材料、工藝、設備功能和有知識的人員的一個函數。高度可焊性的表面不能指望用來補償差劣的設計或工藝 - 反之亦然。整個運行必須受控。工藝控制,不是一次搞好的,和對細節的關注是關鍵。因為你不能控制你不連續測量的東西,做足你的功課,限制材料和驗證工藝。實行預防而不是發現,過程結果將自我保持:在這個運行環境中將穩定地得到可靠。

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