《精编》PCB资料无铅焊管理培训教材

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1、1 焊接知识培训 波峰焊焊接 焊接的分类 1 0软焊 操作温度不超过400 2 0硬焊 操作温度400 800 3 0熔接 操作温度800 以上 波峰焊的发展 1 0手焊2 0浸焊此为最早出现的简单做法 系针对焊点较简单的大批量焊接法 系将安插完毕的板子 水平安装在框架中直接接触熔融锡面 而达到全面同时焊妥的做法 3 0波峰焊系利用已融之液锡在马达帮浦驱动下 向上扬起的单波或双波 对斜向上升输送而来的板子 从下向上压迫使液锡进孔 或对点胶定位SMT组件的空脚处 进行填锡形成焊点 称为波峰 波峰焊接机理 基本上 波峰焊接由三个子过程组成 1过助焊剂 2预热3焊接 优化波峰焊接过程意味着优化这三个

2、子过程 助焊剂的作用 除去焊接表面的氧化物防止焊接时焊料和焊接表面再氧化化降低焊料表面张力有助于热量传递到焊接区 助焊剂分类 1 1泡沫型Flux系将 低压空气压缩机 所吹出的空气 经过一种多孔的天然石块或塑料制品与特殊滤蕊等 使形成众多细碎的气泡 再吹入助焊剂储池中 即可向上扬涌出许多助焊剂泡沫 当组装板通过上方裂口时 于是板子底面即能得到均匀的薄层涂布 并在其离开前还须将多余的液滴 再以冷空气约50 60度之斜向强力吹掉 以防后续的预热与焊接带来烦恼 并可迫使助焊剂向上涌出各PTH的孔顶与孔环 完成清洁动作 助焊剂本身则应经常检测其比重 并以自动添加方式补充溶剂中挥发成份的变化 助焊剂分类

3、 2 0喷洒型常用于免洗低固体形物之助焊剂 对早先松香型固形较高的助焊剂则并不适宜 由于较常出现堵塞情况 其协助喷出之气体宜采氮气 既可防火又能减低助焊剂受氧化的烦恼 其喷射的原理也有数种不同的做法 如采用不锈钢之网状滚筒自液中带起液膜 再自筒内向上吹出成雾状 续以涂布 助焊剂分类 直接用帮浦及喷口向上扬起液体 于狭缝控制下 可得一种长条形的波峰 当组装板底部通过时即可进行涂布 此方法能呈现液量过多的情形 其后续气刀的吹刮动作则应更为彻底才行 焊接基本条件 2 0预热 preheating 2 1可赶走助焊剂中的挥发性成份 2 2提升板体与零件的温度 减少瞬间进入高温所造成的热应力的各种危害

4、2 3增加助焊剂的活性与能力 更易清除待焊表面的氧化物与污物 增加可焊性 焊锡丝 系将各种锡铅重量比率所成的合金 再另外加入夹心在内的固体助焊剂焊芯 而抽拉制成的金属条丝状焊料 可用以焊连与填充而成为具有机械强度的焊点者称之 其中的助焊剂要注意是否有腐蚀性 焊后残渣的绝缘电阻是否够高 以免造成后续组装板电性能绝缘不良的问题 有时发现焊丝中助焊剂的效力不足时 也可另外加液态助焊剂以助其作用 但要小心注意此等液态助焊剂的后续离子污染性 空板烘烤除湿 为了避免电路板吸水而造成高温焊接时的爆板 溅锡 吹孔 焊点空洞等困扰起见 已长期储存的板子 最好20 RH30 应先行烘烤 以除去可能吸入的水份 其作

5、业温度与时间如下 温度 时间 hrs 120 3 5 7小时100 8 16小时80 18 48小时 提高波峰质量的方法1为波峰焊接设计PCB 没有适当的PCB设计 只通过控制过程变量是不可能减少缺陷率的 适当的为波峰焊接设计PCB 应该包括正确的元件分布 波峰焊接焊盘设计 手插板孔径与引线线径的差值 应在0 2 0 3 机插板与引线线径的差值 应在0 4 0 55 如差值过小 则影响插件 如差值过大 就有一定几率的 虚焊 几险 如焊盘偏小 则锡量不足 偏大 则焊点扁平 都会造成焊接面小 导电性能差 只有适当 才会得质量好的焊点 2 0PCB平整度控制 波峰焊接对印制的平整度要求很高 一般要求

6、翘曲度小于0 5mm 尤其是某些印制板只有1 5mm左右 其翘曲度要求更高 否则无法保证焊接质量 2 0妥善保存印制板及元件 尽量缩短储存周期 在焊接中 无法埃 油脂 氧化物的铜墙铁壁箔及元件引线有利于形成合格的焊点 因此印制板及元件应保存在干燥 清洁的环境下 并且尽量缩短储存周期 对于放置时间较长的印制板 其表面一般要做清洁处理 这样可提高可焊性 减少虚焊和桥接 对表面有一定程度氧化的元件引脚 应先除去其表面氧化层 3 0助焊剂质量控制提高波峰质量的方法 目前 波峰焊接所采用的助焊剂多为免清洗助焊剂 选择助焊剂时有以下要求 1 0熔点比焊料低2 0浸润扩散速度比熔化焊料快 3 0粘度和比重比

7、焊料低 4 0在常温下贮存稳定 4 0焊料质量控制 锡铅焊料在高温下不断氧化 使锡锅中锡 铅焊料含量不断下降 偏离共晶点 导致流动性差 出现连焊 虚焊 焊点强度不够等质量问题 可采用以下几个方法来解决这个问题 1 添加氧化还原剂 使已氧化的SnO还原为Sn2 不断除去浮渣3 每次焊接前添加一定量的锡4 采用氮气保护 让氮气把焊料与空气隔绝开 取代普通气体 这样就避免浮渣的产生 5 0预热温度的控制 预热的作用1使用权助焊剂中的溶剂充分发挥 以免印制板通过焊锡时 影响印制板的润湿和焊点的形成 2使印制板在焊接前达到一定温度 以免受到热冲击产生翘曲变形 6 0焊接轨道角度的控制 焊接轨道对焊接效果

8、较为明显当倾角太小时 较易出现桥接 特别是焊接中 SMT器件的 遮蔽区 更易出现桥接 而倾角过大 虽有利于桥接的消除 但焊点吃锡量太小 容易产生虚焊 7 0波峰高度 波峰的高度会因焊接工作时间的推移而有一些变化 应在焊接过程中进行适当的修正 以保证理想高度进行焊接波峰高度 以压锡深度为PCB1 2 1 3为准 8 0焊接温度的控制 焊接温度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数焊接温度过低 焊料的扩展率 润湿性变差 使焊盘或元器件焊端由于不能充分润湿 从而产生虚焊 拉尖 桥接等缺陷 焊温度过高时 则加速了焊盘 元器件引脚及焊料的氧化 易产生虚焊 4 0波峰焊工艺条件控制 对于不同的波峰焊机 由于其

9、波峰南的宽窄不同 必须调节印制板的传送速度 使焊接时间大于2 5秒 预热温度与焊剂比重的控制控制一定的焊剂比重和预热温度 使印制板进入锡锅时 焊剂中的溶剂挥发得差不多 但又不太干燥 便能最大限度地起到助焊剂性作用 即使零交时间最短 润湿力最大 如未烘干 则温度较低 焊接时间延长 通过锡峰的时间不足 如烘得过干 则助焊剂性能降低 起不到去除氧化层的作用 波峰焊工艺条件控制 1 助銲劑比重 2 預熱溫度 3 輸送機速度 4 噴流嘴與基板之距離 5 銲錫浸潤度 6 銲錫溫度 1 助銲劑比重 為了防止冷銲 故最適的比重範田為0 830 0 850 它含左右固體含有量之流動性 當助銲劑的比重高時 則基板

10、上之助銲用殘量增加 因銲錫波尾部助銲劑不足 導致產生鍚橋現象 當助銲劑本身的固體含有量多時 則妨礙銲鍚之流動而引起冷銲現象 為了銲鍚要有良好的濡潤性起見 必須要有一定量以上的助銲劑固體含有量 為了防止冷銲 故使用濡潤性良好程度的助銲劑量 相反的若固體含有且過多的話 則產生反效果 故必須在最適的比重範圍內使用 2 預熱 在助銲用不受壞之範圍內 溫度高 可減少銲接之不良 預熱溫度 設定在零件耐熱可靠度之最高點且溫度能夠加以限制 助銲劑有惡化溫度 當溫度達到160C以上時 即使將氧化膜除去 也會再氧化 故在不惡化之範圍內 採用最高溫度較好 助銲劑之特性 當預熱溫度低時 則容易流動 相反的當預熱溫度高

11、時 則基板之翹曲變大 3 輸送機速度 為了防止冷銲 輸送機速度最好慢一些 為了防止鍚橋 在零件形狀和銲錫之流速關係裡 採用最合適之範圍 錫橋之防止方面輸送機速度與銲錫流速有相對之關係 在一定的速度條件下 存在著產生鍚橋最少的範圍 為了防止冷銲 浸潤時間最好長些 當輸送機速度慢時 助銲劑便流動有時會引起銲接不良 故必須試整浸潤時間 4 銲錫噴嘴和基板之距離 基板位可能接近噴嘴 當往基板之表面壓力離開時 則呈橫方向的力 當波高變窄時 垂直方向的力便受大 則能保持銲錫的均勻流動 基板與噴嘴接近 5 銲鍚浸潤深度 在防止冷銲方面 一次噴流時採用深浸潤 而在防止錫橋方面 二次側採用淺浸潤 在防止未銲方面

12、 浸潤深度最好深些 在防止錫橋方面浸潤深度最好淺些 雙重波的情形 在防止冷銲方面 採用一次噴流 在防止錫橋方面 採用二次噴流 故一次側設定較深 二次側設定較淺 6 銲錫溫度 在助銲劑不受壞的範圍內 銲錫溫度最好高些 就自動銲接設備的防止不良發生對策而言 在選擇機器參數的基本條件而進行分散分析之同時 助銲劑也有最適的要素條件 故同時必須檢討機器參數 當不良發生被限定時 例如 在同一個地方 連續的發生不良時 必須對包括基板之設計變更 全部重新下對策 波峰焊錫作業中問題點與改善方法 1 沾錫不良POORWETTING 這種情況是不可接受的缺點 在焊點上只有部分沾錫 分析其原因及改善方式如下 1 1

13、外界的污染物如油 脂 臘等 此類污染物通常可用溶劑清洗 此類油污有時是在印刷防焊劑時沾上的 波峰焊錫作業中問題點與改善方法 1 2 SILICONOIL通常用於脫模及潤滑之用 通常會在基板及零件腳上發現 而SILICONOIL不易清理 因之使用它要非常小心尤其是當它做抗氧化油常會發生問題 因它會蒸發沾在基板上而造成沾錫不良 波峰焊錫作業中問題點與改善方法 1 3 常因貯存狀況不良或基板製程上的問題發生氧化 而助焊劑無法去除時會造成沾錫不良 過二次錫或可解決此問題 1 4 沾助焊劑方式不正確 造成原因為發泡氣壓不穩定或不足 致使泡沫高度不穩或不均勻而使基板部分沒有沾到助焊劑 1 5 吃錫時間不足

14、或錫溫不足會造成沾錫不良 因為熔錫需要足夠的溫度及時間WETTING 通常焊錫溫度應高於熔點溫度50 至80 之間 沾錫總時間約3秒 2 局部沾錫不良DEWETTING 此一情形與沾錫不良相似 不同的是局部沾錫不良不會露出銅箔面 只有薄薄的一層錫無法形成飽滿的焊點 3 冷焊或焊點不亮COLDSOLDERORDISTURREDSOLDERJOINTS 焊點看似碎裂 不平 大部分原因是零件在焊錫正要冷卻形成焊點時振動而造成 注意錫爐輸送是否有異常振動 4 焊點破裂CRACKSINSOLDERFILLET 此一情形通常是焊錫 基板 導通孔 及零件腳之間膨脹係數 未配合而造成 應在基板材質 零件材料及

15、設計上去改善 5 焊點錫量太大EXCESSOLDER 5 焊點錫量太大EXCESSOLDER 通常在評定一個焊點 希望能又大又圓又胖的焊點 但事實上過大的焊點對導電性及抗拉強度未必有所幫助 5 1 錫爐輸送角度不正確會造成焊點過大 傾斜角度由1到7度依基板設計方式 123 整 一般角度約3 5度角 角度越大沾錫越薄角度越小沾錫越厚 5 2 提高錫槽溫度 加長焊錫時間 使多餘的錫再回流到錫槽 波峰焊錫作業中問題點與改善方法 5 3 提高預熱溫度 可減少基板沾錫所需熱量 曾加助焊效果 5 4 改變助焊劑比重 略為降低助焊劑比重 通常比重越高吃錫越厚也越易短路 比重越低吃錫越薄但越易造成錫橋 錫尖

16、焊接前对印制板质量及元件的控制 焊盘设计设计插件元件焊盘时 焊盘大小尺寸设计应合适 焊盘太大 焊料铺展面积较大 形成的焊点不饱满 而较小的焊盘铜箔表面张力太小 形成的焊点为不浸润焊点 孔径与元件线的配合间隙太大 容易虚焊 当孔径比引线宽0 05 0 2mm 焊盘直径的2 2 5倍时 是焊接比较理想的条件 在设计贴片元件焊盘时 应考虑以下几点 为了尽量去除 阴影效应 SMD的焊端或引脚应正着锡流的方向 以利于与锡流的接触 减少虚焊和漏焊 波峰焊时推荐采的元件布置方向如图1所示 波峰焊接不适于细间距QFP PLCC BGA和小间距SOP器件焊接 也就是说在要波峰焊接的这一面尽量不要布置这类元件 较小的元件不应排在较大元件后 以免较大元件妨碍锡流与较小元件的焊盘接触 造成漏焊 PCB平整度控制 波峰焊接对印制板的平整度要求很高 一般要求翘曲度要小于0 5mm要做平整处理 尤其是某些印制板厚度只有1 5mm左右 其翘曲度要求就更高 否则无法保证焊接质量 1 3妥善保存印制板及元件 尽量缩短储存周期 在焊接中 无尘埃 油脂 氧化物的铜箔及元件引线有利于形成合格的焊点 因此印制板及元件应保存在干燥