SMT常见问题分析

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2003-10-8 9:02:33 阅读1993次 双击鼠标自动滚屏，单击停止

焊膏的回流焊接是用在SMT装配工艺中的主要板级互连方法，这种焊接方法把所需要的焊接特性极好地结合在一起，这些特性包括易于加工、对各种SMT设计有广泛的兼容性，具有高的焊接可靠性以及成本低等；然而，在回流焊接被用作为最重要的SMT组件级和板级互连方法的时候，它也受到要求进一步改进焊接性能的挑战，事实上，回流焊接技术能否经受住这一挑战将决定焊膏能否继续作为首要的SMT焊接材料，尤其是在超细微间距技术不断取得进展的情况之下。下面我们将探讨影响改进回流焊接性能的几个主要问题，为发激发工业界研究出解决这一课题的新方法，我们分别对每个问题简要介绍如下：

底面组件的固定

双面回流焊接已采用多年，在此，先对第一面进行印刷布线，安装组件和软熔，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组件，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，装在底面上的组件也越来越大，结果软熔时组件脱落成为一个重要的问题。显然，组件脱落现象是由于软熔时熔化了的焊料对组件的垂直固定力不足，而垂直固定力不足可归因于组件重量增加，组件的可焊性差，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组件脱落现象存在，就必须使用SMT粘结剂。显然，使用粘结剂将会使软熔时组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接口（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。实验资料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

间隙是指在组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；4，焊料损耗枣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（μm）间距的四芯线扁平集成电路(QFP枣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组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了焊膏的内聚力,排气促进了焊膏在低间隙组件下形成孤立的团粒,在软熔时,熔化了的孤立焊膏再次从组件下冒出来,并聚结起。

焊接结珠的原因包括：1,印刷电路的厚度太高;2,焊点和组件重叠太多;3,在组件下涂了过多的锡膏;4,安置组件的压力太大;5,预热时温度上升速度太快;6,预热温度太高;7,在湿气从组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,以使在低托脚组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,特别是在组件棱角附近的地方，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组件的引线,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/角焊缝的间接口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）是指无引线组件(如片式电容器或电阻)的一端离开了衬底，甚至整个组件都支在它的一端上。

Tombstoning也称为Manhattan效应、Drawbridging 效应或Stonehenge 效应，它是由软熔组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组件的两端上,随着SMT小型化的进展,电子组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、组件问题：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，印刷精度差，错位严重；6、预热温度太低；7、贴装精度差，组件偏移严重。

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枣释放工艺的情况下，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 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,改进组件/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：底面组件的固定、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,回流焊接作为一个重要的SMT装配方法,才能在超细微间距的时代继续成功地保留下去。

柔性印制板SMT工艺探讨

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2003-8-5 8:45:08 鸿城电（上海）有限公司 顾忠良 余新 阅读1565次 双击鼠标自动滚屏，单击停止

随着电子产品向短小、轻薄方向发展，相应的便要求电子元器件集成化、微小型化。传统的通孔安装技术（THT）已不能满足要求，新一代的贴装技术，即表面贴装技术(SMT)就应运而生。

从广义角度来说，SMT是包括了表面贴装组件(SMC: Surface Mount Component)、表面贴装器件（SMD：Surface Mount Device）、表面贴装印刷电路板(SMB: Surface Mount Printed Circuit Board)、普通混装印刷电路板（PCB: Printed Circuit Board）、点胶、涂膏、表面贴装设备、元器件取放系统、焊接及在线测试等技术内容的一整套完整工艺技术过程的统称。 由于SMC、SMD减少引线分布特性影响，而且在PCB表面贴焊牢固，大大降低了寄生电容和引线间寄生电感。在很大程度上减少了电磁干扰和射频干扰，改善了高频特性。这类组件已广泛应用于卫星通信方面的产品中：例如，地面接收卫星信号时需使用的低噪声降频放大器（LNB）等高频产品，另外高频所用的PCB，对其特性参数：介电常数X，也有要求，例如，当电路的工作频<109HZ时，通常要求PCB基材的X<2.5.实验表明，PCB基材的X除了与基材的特性有关外，还与增强材料的含量有关。基材的增强材料含量越高，X值越大，故高频电路用PCB基材的增强料含量不能太高，这使得高频电路用PCB机械性能不够强，甚至有些高频产品还要求采的PCB非常薄，其厚度只有通常PCB厚度的1/3，这样的PCB就更加易断裂。这一特性会给该类产品的生产带来困难。下面就这方面问题，谈一谈我们在生产实践中的一些体会及采用的上些手段以克服高频产品所用薄型PCB在进行表面贴装生产中易断裂的弱点使这类产品的大批量生产能顺利进行。

表面贴装过程主要包括三个基本环节：涂布焊膏、贴片以及焊接，下面我们重点前二个基本环节。

在进行大批量生产时，我们通常采用全自动印刷机进行印刷的（即涂布焊膏），当PCB进入印刷机被涂布焊膏之前，需先固定于印刷机内，印刷机固定PCB方式通常有二种：第一种是传送导轨并定位；第二种是传送导轨下方采用真空吸附固定并定位。

对于较薄且易断的PCB而言，若在第一种固定PCB方式的印刷机中被涂布焊膏，我们会看到PCB放入印刷机的传送导轨上进入到适当位置后，两传送导轨会相向夹紧PCB，这会引起PCB板中间部分轻轻凸起。一方面这个夹持力易使PCB断裂；另一方面，由于PCB中部凸起，使PCB整个需涂布面不平。这样会影响到焊膏的涂布质量。若放在第二种固定PCB方式的印刷机中被涂布焊膏，就可避免上述情况，因为这种固定PCB方式时，传送导轨是不相向运动，那么不会对PCB两边施加一相向的力，PCB中部也就不会凸起，这种印刷机是靠传送导轨下方的真空吸附装置将PCB吸附于传送导轨上，PCB不会因受到夹紧的外力而折断。另外，我们会看到PCB中间底部是悬空的。为了保证薄型的PCB在涂布时，板面平整不弯曲，我们在实际操作时会在真空吸附装置上增加一自制平台以支撑PCB。该平台的面积可与PCB相匹配，这样就避免了因PCB板面不平而影响涂布的质量的问题。

为了保证成品率及产品质量，采用上述第二种具有真空吸附固定功能的印刷进行生产。

涂布焊膏之后，就进入到贴片环节。同样PCB进入贴片机进行贴片之前，首先需固定于贴片机内。贴片

机夹持固定PCB的方式通常也有两种，第一种为贴片平台上传送导轨相向运动夹紧PCB。从而固定PCB并定位；第二种为传送导轨上装有压紧条，当PCB在传送导轨上前进到相应的位置时，导轨上的压紧条则自动压下，将PCB两边压在导轨上固定并定位。无论采用上述哪一种PCB固定方式，PCB中间底部均无支撑物，形成悬空，若对较薄且易断裂的PCB在进行贴片时，随着贴片平台的运动及贴片关的动作，不能完全保证PCB板面不弯曲。这会影响到贴片位置的准确性，另外第一种PCB方式对较薄且易断的PCB来说，它使PCB板两边受到一相向的夹紧力，易造成PCB中部凸起，若该PCB为拼板时，甚至会导致其拼接处断裂。为此，我们在实际操作中会采用将PCB固定在定制的托盘中，然后将托盘送入传送导轨上，进入贴片机进行贴片，这样PCB就不会直接受到导轨给予的外力而导致断裂，而且托盘起到了对PCB的支撑作用，在贴片时，避免了因PCB无支撑物击变形影响贴片位置的准确性的问题。采用这种方法，我们要求托盘之间的一致性要好（包括外形、边框、尺寸及涉及PCB定位的尺寸）。托盘的一致性好坏，直接影响到贴片位置的准确性。

当然上述方法并不是十全十美的，它同样也存在着某些缺陷。因为采用该方法在托盘制作上要求比较高，除了一致性要求要高外，还有一个问题需解决，即PCB的固定问题。所以在托盘制作时还要注意固定PCB的方式，既要保证PCB在托盘中不能晃动，又要使PCB便于取放，这增加了托盘的制作难度及费用、鉴于这点，我们提出了另一种解决方法，这种方法就是将托盘制成简单的框架，而PCB在托盘中的固定，采用真空吸附的方法，这使托盘制作简便了，一致性也较容易保证且PCB的取放也很容易，但是该方法需要对现有的贴片机进行稍稍改制。因目前贴片机不带真空吸附固定PCB的功能，所以需另外增加一小型真空吸附装置，而且该装置的真空泵开启的动作需与传送导轨夹持固定PCB的动作同步。

综上所述，薄型易断PCB的SMT工艺探讨，只是我们对使用该类PCB的产品生产工作中的点滴体会，仅供同行们特别是在生产该类PCB的产品的同行们参考。 无铅焊料与无铅工艺制程

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2003-11-4 17:29:24 阅读2270次 双击鼠标自动滚屏，单击停止

随着社会的进步，人们的环境意识逐渐加强。保护环境，减少工业污染，已越来越受到人们的关注。众所周知铅是有毒的金属，将会对人体和周围环境造成相当巨大的影响。为了消除铅污染，采用无铅焊锡已势在必行。国际上电子等工业部门或禁止使用铅的呼声日渐高涨。因此，开发避免污染、能替代传统合金的绿色焊料以及实施无铅工艺制程已成为电子工业所面临的重要课题之一。一些发达国家的科研机构正开展相关研究，寻找解决生产污染问题的方法和途径，使电子装配生产向绿色环保方向发展，其中寻找实用的无铅焊锡和实施无铅工艺就是其中关键课题。

中国赛宝实验室可靠性研究分析中心不仅一直关注无铅焊料的研究状况，而且致力于研究改进无铅工艺，经过大量实验，总结了实施无铅工艺遇到的技术问题及其解决办法，并且建立了一套可靠性评价方案。随着研究的进一步深入以及考虑到环保的要求，深圳邦讯人才信息咨询服务有限公司与中国赛宝实验室可靠性研究分析中心联合举办《无铅焊料与无铅工艺制程》培训讲座，以有力资料说明无铅焊料的研究状况，总结大量资料分类介绍和推荐了实用的无铅焊料，最后以案例分析了实施无铅工艺的相关技术问题和解决方法，借此希望能跟业界精英共同研讨，推动实施无铅化进程在电子电气行业发展。

授课专家：罗道军 电子五所高级工程师，现在五所可靠性物理国家重点实验室从事电子元器件以及材料的可靠性技术研究、检测以及失效分析工作，同时负责主持国家95计划中的一项五年的元器件可靠性评

价技术的研究课题，在电子组装工艺与焊接技术方面具有丰富的经验，尤其擅长电子辅料质量与工艺过程控制过程相关问题的解决，在解决电子焊接工艺质量问题方面在珠三角业界享有很高声誉。

培训内容：

第一部分：我们必须重视铅对人类的危害，许多国家和组织早已开展控制铅的使用进程。许多人预测，是否立法无关重要，市场需求就足以推动无铅电子组装。因而积极开发无铅焊料受到了许多组织和企业的关注。

为什么要无铅？ 无铅的原因

铅在各种产品中的使用量 控制铅的使用－日本北美 市场竞争分析 无铅焊料研究状况

积极开发无铅焊料的学术组织

NCMS“Lead-free Solder”计划的成员 积极开发无铅焊料的企业组织 其它研究计划 基本共识

替代元素/焊料的基本要求 替代元素的价格 替代元素的供需情况 合金成本情况 关于熔点

关于金属学组织 NCMS“Lead-free Solder”计划研究结果概述

第二部分：我们认识到无铅焊料应在其物理性能、钎焊工艺性能、接头的力学性能等与Sn-Pb焊料接近，而且成本不能过高。目前所研究的无铅焊料主要以Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等合金元素，通过合金化来改善合金的性能，提高可焊性，所以多元合金化是无铅焊料设计的一大特点。

目前已实用的无铅焊料 无铅焊料简介与分类

低温无铅焊料Low Temperature Alloys Sn-Pb Equivalents无铅焊料

Mid-range Melting Temperature Alloys Possible Tin-lead replacement alloys High Temperature Lead－free Solders Lead-free alloys: A comparison Suppliers And Patents

Solders Used by Area of Industry Served

推荐的无铅焊料：理想的无铅焊料的标准 典型的无铅焊料商品举例

第三部分：在电子组装行业实施无铅工艺将遇到许多问题，本课程针对高温过程、材料兼容性、生产实施、检验检查、可靠性、返修和修理、再利用和实施成本方面的问题，以具体案例和资料作出分析，并

且对比了各国或地区的无铅材料和工艺发展状况，最后陈述了典型无铅制程工艺条件，提出了无铅制程的可靠性评价。

无铅工艺相关技术问题

高温过程的相关技术问题Higher process temperatures （高温来源设备 ） 材料兼容性问题Materials compatibility Logistical 生产实施的逻辑问题 Inspection 检验检查 Reliability 可靠性问题

Rework and Repair 返修与修理 Recycling - Solder Recovery再利用 Costs 实施成本

无铅材料与工艺发展状况 日本工艺发展进程（2）：1 北美工艺发展进程（1） 2 北美工艺发展进程（2）

欧洲无铅材料与工艺发展进程：1 焊料无铅化的推动力；2 焊料无铅化进程；3 再流焊选用的无铅焊料体系；4 波峰焊选用的无铅焊料体系；5 手工焊选用的无铅焊料体系；6 Sn-Ag-Cu的选用组成比例；7 元器件引线脚镀层无铅化；8 实施无铅工艺需考虑的技术问题；9 产品无铅化难题的解决期限 典型无铅制程工艺条件：典型的Lead-free solder wave Process

无铅制程的可靠性评价：无铅制程工艺准备 无铅工艺可靠性内容 无铅工艺可靠性评价方案. 表面安装工艺对印制板设计的要求

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2003-7-9 10:06:50 本文摘自《电子电路与贴装》 许继集团工艺处 郭晓甫 阅读1170次 双击鼠标自动滚屏，单击停止

1.概述

由于微电子技术的迅速发展，电子元个件和器个件的小型化和高密度安装已成为发展的必然趋势。目前，集成电路的引线距离最小的可达到0．127mm。这样高集成化、高密度的器件再采用传统的工艺安装和焊接几乎已径不再可能。从而，一场电子元器件的装联工艺技术就成为必然。表面安装器件(SMD，Surface Mounting Device)和表面安装工艺(SMT，Surface Mounting Technotogy)的出现，导致了印制电路板(PCB，Printed Circuit Board)装联。SMT组装工艺和组装设备

是产品生产的手段和工具，组装工艺的制定是依据产品设计中所选定材料的技术条什和组装没备的技术条件而制定的。在产品设计中充分地考虑生产工艺条件，把生产工艺融合到产品设计中，对产品质量、提高生产效率、降低生产成本都有着很重要的作用。同时，SMT已将当代电子技术领域所广泛使用的计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造CAM有机地结合在了一起。

SMT生产线的一般构成包括如下设备：装料机、焊膏印刷机、贴片机、自动检测装置、气相再流焊机、在线检测装置和卸料机。SMT的工艺过程为：由上料机将PCB装在生产线上，输送到焊膏印刷机上后，按已经编好的程序和预制的检板，将焊膏(同时含有粘接剂、助焊剂和焊料)刷在PCB上。进入贴片机后，按照设计要求由机械手自动地将所需的元器件放置在指定位置。由于焊膏中含有贴接剂，元器件可暂时定位、固定。自动检测装置对元器件的安装进行检验。进入气相再流焊机时，先预热，再逐步升温至焊

接温度，经保温后，元器件的焊接任务也就完成。经过在线检测合格后，由卸料机将已装联好元器件的PCB板卸下，从此完成了全部的PCB装联工作。

SMT的特点：

a)简化传统PCB装联工艺；

b)免清洗；

c)可靠性高；

d)减少人为因素影响。

2．SMT对PCB设it的要求

由于SMT的特殊性，传统的PCB设计方法也应针对其特点作一些改变。

2.1网络尺寸

PCB设计中的网络距应采用2．54mm(用于英制器件)或者2．5mm(用于公制器件)，以及它们的倍份数值。如：2．54mm的倍份数值为1．27、0．635„„，2．5的倍数值为1．25、0．625„„。

2．2布线区域

印制电路板的布线区域主要取决于以下各因素：

a)元器件选型及其接脚。选性价比高的元器件是保证系统性能和经济指针的首要条件。但相同型号、相同性能的组件，又有不同的封装形式和包装形式，而SMT生产线设备的技术性能恰好又对元器件的这些形式作出了一些，故了解和掌握承担产品生产的SMT生产线的技术条件对SMT产品设计中元器件的选择及PCB的设计优化很重要；

b)元器件形状、尺寸及间距。产品设计时考虑此项因素既能更好地利用现有设备，如贴片机、焊接检测设备等，同时为元器件的合理布局(如对电气性能、生产工艺的考虑等)提供依据，往往因设计而引起的质量问题而在产品生产中很难得以克服；

c)连通元器件的布线信道及布线设计。线宽不宜选得太细，在布线密度允许的条件下，应将联机设计得尽量宽，以保证机械强度、高可靠性及方便制造；

d)装联要求及导轨槽尺寸。元器件的排列方向与顺序，对再流焊的焊接质量有着直接的影响，一个好的布局设计，除了要考虑热容量的均匀设计外，另一点要考虑元器件的排列方向与顺序。当导轨槽用于接地线或供电线时，与它们没有电气联系的印制板最外边缘的导电图形应与导轨槽外缘保持有2．5mm以上的距离；

e)安装空间要求及制造要求。为防止印制板加工时触及印制导线造成层间短路，内层和外层最外边缘的导

电图形距离印制板边缘应大于1．25mm。当印制板外层的边缘布设接地线时，接地线可以占据边缘位置。对因结构要求已占据的印制板板面位置，不能再布设元器件和印制导线。

2．3 布线要求

由于SMT提高了PCB上的组装密度，在通过CAD系统进行布线设计时，线宽和线间距、线与过孔、线与焊盘、过孔与过孔、线与穿孔焊盘等间的距离都要考虑好。当元器件尺寸较大、布线密度较蔬盹，应适当加大印制导线宽度及其间距，并尽可能把空余的区域合理地设置接地线和电源线。一般来说，功率(电流)回路的线宽、间距应大于信号(电压)回路；模似回路的电线宽、间距应大于数字回路。

对于多层印制板，当内层不需电镀时，则内层线路应多于外层且采用较细的线条布线：在双层或多层印制板中，相邻两层的印制导线走向宜相互垂直、斜交，应尽量避免平行走向以减少电磁干扰；印制板上同时布设模拟电路和数字电路时，宜将它们的地线系统分开，电源系统分开；高速数字电路的输入端和输出端的印制导线，也应避免平行布线，必要时，其间应加设地线，同时数字信号线应靠近地线布设，以减小干扰；模似电路输入线应加设保护环，以减小信号线与地线之间的电容。

印制电路上装有高压或大功率器件时，应尽量和低压小功率器件分开，并要确保其连接设计的合理、可靠。

大面积导线(如电源或接地区域)，应在局部开设窗口(见图1)。

印制导线的设计原则是：

a)最短走线原则；

b)尽量少通过焊盘；

c)避免尖角设计；

d)均匀、对称的设计；

e)充分合理地利用空间。

2．4元器件布置

贴装元器件的线脚间距应与元器件尺寸一致以保证贴装后焊脚尺寸与之吻合。元器件的布置应尽可能均匀分布，以避免相互干扰(见图2)。

SMD不应跨越插装组件(见图3)。

组件的极性排列应尽量一致(见图4)。

另外，大功率组件附近应避开热敏组件，并与其它组件留有足够的距离；较重的元器件应安排在印制板的支撑点附近，以减小印制板变形；元器件排列应有利于空气的流通。

元器件位置的改动，特别是多层板上的元器件位置的任何改动，都应经认真分析和试验，以免造成错误的布线。

2．5 焊盘设计及印字符号

最小焊盘及中继孔焊盘的边缘尺寸应为127DLm(见图5a)，焊盘与导线的交接处应锒边，锒边形式见图5b。阻焊膜孔应稍大于焊盘。

丝网漏印的组件符号位置应避免组件贴装或插装后遮盖符号，以便识别(见图6)。

焊盘设计的对比例子见图7。

另外，焊盘应设置钻孔的导向点，导向点应与焊盘同心并小于钻孔尺寸。

2．6 基准点

SMT所用印制板应设计和制作基准作为定位点和公共测量点，以便印制板的层间定位和组件定位。但基准点的设置既不能覆盖阻焊膜，也不能接近布线。印制板的基准点最好在板的边缘，一般为2-3个(见图8)；元器件的基准点可设置在元器件的布置区域内或在区域外的边缘处，一般为1-3个(见图9)，可根据需要设置。

推荐的定位标记图形见图10。

3．结束语

一项新技术的出现需要许多领域和环节的协调和配合，特别是在当今电子组装领域里，电子产品正朝着超薄、超小、超轻、高密度组装方向发展，使今天的设计人员已不能仅满足于对你所设计的电路、系统的请悉，还要要求你了解你所设计的产品将怎样去制造，了解产品制造的主要工艺环节。只有这样才能使新开发的产品具有较短的制造周期，具有较低的制造成本，具有较强的市场竞争能力，才能产生较好的经济效益和社会效益。本文谈及到的是其中的一些实例，希望本文能起到抛砖引玉的作用，使产品设计人员在产品设计中得到一些启示。 再流焊工艺技术的研究

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2003-6-9 9:02:06 精伦电子有限公司 □鲜飞 阅读2次 双击鼠标自动滚屏，单击停止

摘要 随着表面贴装技术的发展，再流焊越来越受到人们的重视，本文从多个方面对再流焊工艺进行了较详细的介绍。

关键词 再流焊 表面贴装技术 表面组装组件 温度曲线

再流焊接是表面贴装技术特有的重要工艺，焊接工艺质量的优劣不仅影响正常生产，也影响最终产品的质量和可靠性。因此对再流焊工艺进行深入研究，并据此开发合理的再流焊温度曲线，是保证表面组装质量的重要环节。

影响再流焊工艺的因素很多，也很复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探讨，本文将从多个方面来进行探讨。

一、 再流焊设备的发展

在电子行业中，大量的表面组装组件通过再流焊机进行焊接，目前再流焊的热传递方式经历了远红线一全热风一红外/热风三个阶段。 远红外再流焊

八十年代使用的远红外再流焊具有加热快、节能、运行平稳的特点，但由于印制板及各种元器件因材质、色泽不同而对辐射热吸收率有很大差异，造成电路上各种不同元器件以及不同部位温度不均匀，即局部温差。例如集成电路的黑色塑料封装体上会因辐射吸收率高而过热，而其焊接部位一银白色引线上反而温度低产生假焊。另外，印制板上热辐射被阻挡的部位，例如在元器件阴影部位的焊接引脚或小元器件就会加热不足而造成焊接不良。 全热风再流焊

全热风再流焊是一种通过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使气流循环，从而实现被焊件加热的焊接方法。该类设备在90年代开始兴起。由于采用此种加热方式，印制板和元器件的温度接近给定的加热温区的气体温度，完全克服了红外再流焊的温差和遮蔽效应，故目前应用较广。

在全热风再流焊设备中，循环气体的对流速度至关重要。为确保循环气体作用于印制板的任一区域，气流必须具有足够快的速度。这在一定程度上易造成印制板的抖动和元器件的移位，此外，采用此种加热

方式就热交换方式而言，效率较差，耗电较多。 红外热风再流焊

这类再流焊炉是在IR炉基础上加上热风使炉内温度更均匀，是目前较为理想的加热方式。这类设备充分利用了红外线穿透力强的特点，热效率高，节电，电时有效克服了红外再流焊的温差和遮蔽效应，并弥补了热风再流焊对气体流速要求过快而造成的影响，因此这种IR+Hot的再流焊在国际上目前是使用得最普遍的。

随着组装密度的提高，精细间距组装技术的出现，还出现了氮气保护的再流焊炉。在氮气保护条件下进行焊接可防止氧化，提高焊接润湿速度加快，对未贴正的组件矫正力大，焊珠减少，更适合于免清洗工艺。

二、 温度曲线的建立

温度曲线是指SMA通过回流 炉时，SMA上某一点的温度随时间变化的曲线。温度曲线提供了一种直观的方法，来分析某个组件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得最佳的可焊性，避免由于超温温而对组件造成损坏，以及保证焊接质量都非常有作。 一个典型的温度曲线如图1所示。 210℃~230℃

120℃ 160℃

120℃

60~90S 时间（t）

预热 保温 回流 冷却

以下从预热段开始进行简要分析。 预热段：a

该区域的目的是把室温的PCB尽快加热，以达到第二个特定目标，但升温速率要控制在适当范围以内，如果过快，会产生热冲击，电路板和组件都可能受损，过慢，则溶剂挥发不充分，影响焊接质量。由于加热速度较快，在温区的后段SMA内的温差较大。为防止热冲击对组件的损伤，一般规定最大速度为4℃/S。然而，通常上升速率设定为1~3℃/S。典型的升温速率为2℃/S。 保温段：

是指温度从120℃一150℃升至焊膏熔点的区域。保温段的主要目的是使SMA内各组件的温度趋于稳定，尽量减少温差。在这个区域里给予足够的时间使较大组件的温度赶上较小组件，并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到保温段结束，焊盘，焊料球及组件引脚上的氧化物被除去，整个电路板的温度达到平衡。应注意的是SMA上所有组件在这一段结束时应具有相同的温度，否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。 回流焊：

在这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的温度快速上升至峰值温度。在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同，一般推荐为焊膏的溶点温度加20-40℃。对于熔点为183℃的63Sn/37Pb焊膏和熔点为179℃的Sn62/Pb36/Ag2焊膏，峰值温度一般为210-230℃，再流时间不要过长，以防对SMA造成不良影响。理想的温度曲线是超过焊锡熔点的“尖端区”覆盖的面积最小。 冷却段：

这段中焊膏中的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面，应该用尽可能快的速度来进行冷却，这样将

有助于得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的更多分解而进入锡中，从而产生灰暗毛糙的焊点。在极湍的情形下，它能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段降温速率一般为3~10℃/S，冷却至75℃即可。

测量再流焊温度曲线时需使用温度曲线测试仪，其主体是扁平金属盒子，一端插座接着布告个带有细导线的微型热电偶探头。测量时可用焊料、胶粘剂、高温胶带固定在测试点上，打开测温仪上的开关，测温仪随同被测印制板一起进入炉腔，自动按内编时间程序进行采样记录。测试记录完毕，将测试仪与打印机连接，便可打印出多根各种色彩的温度曲线。测温仪作为SMT工艺人员的眼睛与工具，在国外SMT行业中已相当普遍地使用。

在使用测温仪时，应注意以下几点：

1、测定时，必须使用已完全装配过的板。首先对印制板元器件进行热特性分析，由于印制板受热性能不同，元器件体积大小及材料差异等原因，各点实际受热升温不相同，找出最热点，最冷嘲热讽点，分别设置热电偶便可测量出最高温度与最低温度。

2、尽可能多设置热电偶测试点，以求全面反映印制板各部分真实受热状态。例如印制板中心与边缘受热程度不一样，大体积组件与小型组件热容量不同及热敏感组件都必须设置测试点。

3、热电偶探头外形微小，必须用指定高温焊料或胶粘剂固定在测试位置，否则受热松动，偏离预定测试点，引起测试误差。

4、所用电池为锂电池与可重复充电镍镉电池两种。结合具体情况合理测试及时充电，以保证测试资料准确性。

三、 影响再流焊加热不均匀的主要因素：

在SMT再流焊工艺造成对组件加热不均匀的原因主要有：再流焊组件热容量或吸收热量的差别，传送带 或加热器边缘影响，再流焊产品载等三个方面。

1、通常PLCC、QFP与一个分立片状元件相比热容量要大，焊接大面积组件就比小组件更困难些。 2、在再流焊炉中传送带在周而复始传送产品进行再流焊的同时，也成为一个散热系统，此外在加热部分的边缘与中心散热条件不同，边缘一般温度偏低，炉内除各温区温度要求不同外，同一载面的温度也有差异。

3、产品装载量不同的影响。再流焊的温度曲线的调整要考虑在空载，负载及不同负载因子情况下能得到良好的重复性。负载因子定义为：LF=L/（L+S）；其中L=组装基板的长度，S=组装基板的间距。

再流焊工艺要得到 重复性好的结果，负载因子愈大愈困难。通常再流焊炉的最大负载因子的范围为0.5~0.9。这要根据产品情况和再流炉的不同型号来决定。要得到良好的焊接效果和重复性，实践经验很重要的。

四、 与再流焊相关焊接缺陷的原因分析： 桥联

焊接加热过程中也会产生焊料塌边，这个情况出现在预热和主加热两种场合，当预热温度在几十至一百度范围内，作为焊料中成分之一的溶剂即会降低粘度而流出，如果其流出的趋势是十分强烈的，会同时将焊料颗粒挤出焊区外的含金颗粒，在熔融时如不能返回到焊区内，也会形成滞留的焊料球。

除上面的因素外SMD组件端电极是否平整良好，电路线路板布线设计与焊区间距是否规范，阻焊剂涂敷方法的选择和其涂敷精度等都会是造成桥接的原因。 立碑

片式组件在遭受急速加热情况下发生的翘立，这是因为急热使组件两端存在温差，电极端一边的焊料完全熔融后获得良好的湿润，而另一边的焊料未完全熔融而引起湿润不良，这样促进了组件的翘立。因此，加热时要从时间要素的角度考虑，使水平方向的加热形成均衡的温度分布，避免 急热的产生。 防止组件翘立的主要因素以下几点：

① 选择粘接力强的焊料，焊料的印刷精度和组件的贴装精度也需提高。

② 组件的外部电极需要有良好的湿润性和湿润稳定性，推荐：温度40℃以上，湿度70%RH以下，进厂

组件的使用期不可超过6个月。

③ 采用小的焊区宽度尺寸，以减少焊料熔融时对组件端部产生的表面张力。另外可适当减小焊料的印刷厚度，如选用100um。

④ 焊接温度管理条件设定对组件翘立也是一个因素，通常的目标是加热要均匀，特别在组件两连接端的焊接圆角形成之前，均衡加热不可出现波动。 润湿不良

润湿不良是指焊接过程中焊料和电路基板的焊区，或SMD的外部电极，经浸润后不生成相互间的反应层，而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊区表面受到污染或沾上阻焊剂，或是被接合物表面生成金属化合物层而引起的，譬如银的表面有硫化物，锡的表面有氧化物都会产生润湿不良。另外焊料中残留的铝、锌、镉等超过0.005%以上时，由于焊剂的吸湿作用使活化程度降低，也可发生润湿不良。因此在焊接基板表面和组件表面要做好防污措施。选择合适的焊料，并设定合理的焊接温度曲线。

再流焊接是SMT工艺中复杂而关键的工艺，涉及到自动控制、材料、流体力学和冶金学等多种科学。要获得优良的焊接质量，必须深入研究焊接工艺的方方面面。本文仅从几个方面就焊接工艺进行了探讨，而且许多观点仅就现有设备和工艺条件而言，成此文章仅为与同行交流。

锡珠(Solder Balls)：原因：1、丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使锡膏弄脏PCB。 2、锡膏在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。3、加热不精确，太慢并不均匀。4、加热速率太快并预热区间太长。5、锡膏干得太快。6、助焊剂活性不够。7、太多颗粒小的锡粉。8、回流过程中 [1]

回流焊温差问题

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作者:未知 来自:未知 点击:345 时间:2003-10-15 8:53:11

1． 温度差⊿T问题 回流焊的首要问题是温度差问题，温差问题包括设备的温差和板的温差两种，设备

（炉子）的温差指炉子同一横截面处的温度差，可用光板测。好炉子的横向温差应小于5℃。好的单板设计上，板上焊点温差应小于10℃，〔对于BGA，Tmax-Tmin＝5℃〕 我们将炉温调高，使profile最高值大于200℃是为了弥补温差，保证板上最低温点的锡膏可以充分熔化。 焊点液相线上的时间回流焊为30~60秒为宜， 波峰为15~20秒。 若焊点的IMC<3um，则是较好的厚度。如果板上最小的焊点在183℃以上的时间在1.5~2min，则焊点会形成很厚的IMC层，这是不好的。这就是为什么要求小的⊿T 值，用于保证焊点的可靠性。 2。IMC的作用 IMC（金属间化合物），是焊点和焊盘，或焊点和元器件焊端金属形成的一种金属化合物。焊盘材料一般是铜（Cu），焊接时Cu与锡膏中锡（Sn）作用，Cu 向Sn中扩散，Sn 向Cu中扩散，形成金属间化合物Sn6Sn5，Cu3Sn等（一般为Cu6Sn5）。如果高温时间过长，Cu会持续向焊点中扩散。在焊点中形成化合物，而Cu6Sn5和Cu3Sn都是脆性材料，高温时间长则IMC厚，焊点的脆性大，可靠性降低。IMC的成长与温度有关，与焊接温度有关，与板的使用环境温度有关，如果使用温度过高，60℃，90℃，则IMC仍会增长。 IMC也是有用处的，没有IMC就没有良好的焊点连接，IMC是可靠连接的保证，但不要太厚，应小于3um。 3。关于板上⊿T的测量 用真实的板测温差。估计板上的最高、最低温点。低温点一般在大元器件，大铜皮处，高温点在小元器件不接大金属层处。要各用几条热电偶同时测，然后依据测量结果设定温度曲线。 用真实板测温差的成本会高，但所测的值会很真实，据此所设的温度也会使板得到最佳焊接效果

回流焊缺陷分析：

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作者:未知 来自:未知 点击:363 时间:2003-10-15 8:53:29

锡珠(Solder Balls)：原因：1、丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使锡膏弄脏PCB。 2、锡膏在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。3、加热不精确，太慢并不均匀。4、加热速率太快并预热区间太长。5、锡膏干得太快。6、助焊剂活性不够。7、太多颗粒小的锡粉。8、回流过程中助焊剂挥发性不适当。锡球的工艺认可标准是：当焊盘或印制导线的之间距离为0.13mm时，锡珠直径不能超过0.13mm，或者在600mm平方范围内不能出现超过五个锡珠。 锡桥(Bridging)：一般来说，造成锡桥的因素就是由于锡膏太稀，包括 锡膏内金属或固体含量低、摇溶性低、锡膏容易榨开，锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小。焊盘上太多锡膏，回流温度峰值太高等。 开路(Open)：原因：1、锡膏量不够。2、组件引脚的共面性不够。3、锡湿不够(不够熔化、流动性不好)，锡膏太稀引起锡流失。4、引脚吸锡(象灯芯草一样)或附近有联机孔。引脚的共面性对密间距和超密间距引脚组件特别重要，一个解决方法是在焊盘上预先上锡。引脚吸锡可以通过放慢加热速度和底面加热多、上面加热少来防止。也可以用一种浸湿速度较慢、活性温度高的助焊剂或者用一种Sn/Pb不同比例的阻滞熔化的锡膏来减少引脚吸锡。 [1]

焊膏的正确使用

日期:2003-10-11

HT996用户多为中小批量、多品种的生产、研发单位。 一瓶焊膏要用较长时间并多次使用。这样焊膏的保存就与那些一次用一瓶、几瓶甚至几拾瓶的大规模生产线有所不同。

一：焊膏使用、保管的基本原则:

基本原则是尽量与空气少接触，越少越好。

焊膏与空气长时间接触后，会造成焊膏氧化、助焊剂比例成分失调。产生的后果是：焊膏出现硬皮、硬块、难熔并产生大量锡球等。

二：一瓶焊膏多次使用时的注意事项 1：开盖时间要尽量短

开盖时间要尽量短，当班取出够用的焊膏后，应立即将内盖盖好。不要取一点用一点，频繁开盖或始终将盖子敞开着。 2：盖好盖子

取出焊膏后，将内盖立即盖好，用力下压，挤出盖子与焊膏之间的全部空气，使内盖与焊膏紧密接触。确信内盖压紧后，再拧上外面的大盖。 3：取出的焊膏要尽快印刷

取出的焊膏要尽快实施印刷使用。印刷工作要连续不停顿，一口气把当班要加工的PCB板全部印刷完毕，平放在工作台上等待贴放表贴组件。不要印印停停。 4：已取出的多余焊膏的处理

全部印刷完毕后，剩余的焊膏应尽快回收到一个专门的回收瓶内，并如同注意事项2与空气隔绝保存。绝对不要将剩余焊膏放回未使用的焊膏瓶内！因此在取用焊膏时要尽量准确估计当班焊膏的使用量，用多少取多少。

5：出现问题的处理

若已出现焊膏表面结皮、变硬时，千万不要搅拌！务必将硬皮、硬块除掉，剩下的焊膏在正式使用前要作一下试验，看试用效果如何，若不行，就只能报废了。

锡膏质量的控制

日期:2003-10-11

摘要：表面安装工艺流程的关键工序之一就是焊膏印刷。其控制直接影响着组装板的质量。通过对焊膏的特性、模板设计制造、以及印刷设备工艺参数的优化设定等方面，对焊膏印刷质量的控制作初步探讨。 关键词：焊膏 模板 印刷机 刮刀

焊膏印刷工艺是SMT的关键工艺，其印刷质量直接影响印制板组装件的质量，尤其是对含有0.65mm以下引脚细微间距的IC器件贴装工艺，对焊膏印刷的要求更高。而这些都要受到焊膏印刷机的功能、模板设计和选用、焊膏的选择以及由实践经验所设定的参数的控制。本文就这些方面论述一下如何控制焊膏印刷质量。 1、 焊膏要求

1、1良好的印刷性

焊膏的粘度与颗粒大小是其主要性能。焊膏的粘度过大，易造成焊膏不容易印刷到模板开孔的底部，而且还会粘到刮刀上。焊膏的粘度过代，则不容易控制焊膏的沉积形状，印刷后会塌陷，这样较易产生桥接，同时粘度过代在使用软刮刀或刮刀压力较大时，会使焊膏从模板开孔被刮走，从而形成凹型焊膏沉积，使焊料不足而造成虚焊。

焊膏粘度过大一般是由于配方原因。粘度过低则可以通过改变印刷温度和刮刀速度来调节，温度和刮刀速度降低会使焊膏粒度增大。通常认为对细间距印刷焊膏最佳粘度范围是800pa²s─1300pa²s，而普通间距常用的粘度范围是500 pa²s─900 pa²s。

焊膏的颗粒形状，直径大小及其均匀性也影响其印刷性能。一般焊膏颗粒为圆球形，直径约为模板开口尺寸的1/5，而且颗粒的直径应均匀一致，其最大尺寸与最小尺寸的颗粒数不应超过10%，这样才能提高印刷的均匀性和分辨率。我们可以从表1中了解焊膏的选择与器件间距的相应关系。 表1 焊膏的选择与器件间距的关系 焊膏尺寸范围（um） 目数 器件间距 75-45 -200/+325 0.60-1.30 45-25 -325/+500 0.40-0.60 35-25 -400/+500 0.20-0.40 <20 -500 <0.2

1、2 良好的粘结性

焊膏的粘结性除与焊膏颗粒、直径大小有关外，主要取决于焊膏中助焊剂系统的成分以及其它的添加剂的配比量。焊膏良好的粘结性使其印刷时对焊盘的粘附力大于模板开口侧面的粘附力，使焊膏牢固的粘附在焊盘上，改善脱模性，粘接性好且能保持足够的时间，可使组件贴装时减少飞片或掉片。 1、3 良好的焊接性

用于印刷的焊膏，典型金属含量为90%。焊膏的焊球必须符合无氧化物等级，即氧化物含量<0.1%，包括表面吸附氧在内的氧化物总含理=<0.04%。焊膏印后保存时间过长，印刷周期过长都会因熔剂等物质挥发而增加氧化程度，影响焊料的润湿性。焊膏应在5-10℃保存，在22-25℃时使用。 根据焊膏的性能和使用要求，可参考以下几点选用适宜的焊膏：

1） 焊膏的活性可根据PCB表面清洁程度来决定，一般采用RMA级，必要时采用RA级； 2） 根据不同的涂覆方法选用不同粘度的焊膏； 3） 精细间距印刷时选用球形细颗粒焊膏；

4） 双面焊接时，第一面采用高熔点焊膏，第二面采用低熔点焊膏，保证两者相差30-40℃，以防止第一面已焊元器件脱落；

5） 当焊接热敏组件时，应采用含铋的低熔点焊膏；

6） 采用免清洗工艺时，要用不含氯离子或其它强腐蚀性化合物焊膏。

7） 还要求焊膏回流焊后有良好的清洁性，极少产生焊料球，有足够的焊接强度。 2、 模板

模板是焊膏印刷的基本工具。可分为三种主要类型：丝网模板、全金属模板和柔性金属模板。丝网模板制作简单，适合于小批量的产品，缺点是孔眼通过丝网不容易看到焊盘，定位困难，而通过丝网的焊膏只有孔眼的60%左右，容易堵塞。模板的开口尺寸与模板厚度密切相关，过厚，会导致焊膏的脱模不良，且易造成焊点桥接；过薄，则很难满足粗细间距混装的组装板的要求。选用参见表2 器件类型 引线间距（mm） 焊盘宽度（mm） 模板开口尺寸（mm） 模板厚度（mm） 通用SMT器件（注）BGA 1.27 0. 0.58 0.20-0.25 0.65 0.35 0.30-0.33 0.15-0.18 0.50 0.30 0.22-0.25 0.12-0.15 0.40 0.22 0.18-0.20 0.10-0.12 0.30 0.18 0.12-0.15 0.10 1.27 0.80 0.76 0.20-0.25 1.00 0.63 0.56 0.15-0.20 0.50 0.25 0.23 0.12-0.19

Flip Ｃhip 0.25 0.12 0.12 0.08-0.10 0.20 0.10 0.10 0.05-0.10 0.15 0.08 0.08 0.03-0.08

注：包括SOIC、PLCC、TSOP、QFP等通用器件

模板开口一般通过化学蚀刻，激光束切割以及电铸等方法制造。在制造过程中均以取得光滑一致的开口侧壁为目标。模板可采用有焊盘孔眼的锡青铜、铍青铜、不锈钢、箔片等材料制作。不锈钢是激光切割来制造模板最常用的材料，经激光束切割后获得的模板开口可以自然形成锥形内壁，有助于焊膏的释放这一特点对于细间距印刷尤为重要。另外，还可以通过电抛光或镀镍的方法使开口内壁更光滑 致。 柔性金属模板是非曲直丝网模板与全金属模板的结合，将蚀刻后的金属模板四周打孔，尺寸范围控制在15-20mm之间，用于小接固定在丝网上，周围用胶带固定。这种制做工艺简单，成本低，能满足中小批量的生产，目前国内外采用这类模板的最多。金属模板四周距铝框架的距离不能太大，保证纤维拉紧超过弹性点，具有一定柔性，一般将距离控制在50-75mm。 3、 印刷机的选择

焊膏印刷机主要执行两大功能，模板与PCB的精确定位及刮刀的参数控制。目前，印刷机发展迅速，大多数采用机器视觉系统对PCB上的基准点的自动定位来完成印刷前的快速调整。MPM公司的Utraprint2000焊膏印刷机采用先进的上下照视及光学技术，为快速准确的定位提供了精巧的闭路反蚀系统，并且有3D高度探测系统以每秒12-14个焊盘的速度精确测量焊膏高度，可印刷的PCB为0.381-12.7mm最小间距0.3mm。适合于生产规模较大，产品要求较高的用户。对于批量较小，品种较多的用户来说，选择半自动/手动印刷机灵活性好，价格比较经济，操作过程简单。 4、 印刷工艺参数的设定 4、1刮刀的类型

不同厂家使用的刮刀类型不同，同时焊膏的差异也会要求使用不同的刮刀。刮刀的类型有三种。 4、2刮刀的调整

a） 刮刀运行角度θ一般为60-65o时焊膏印刷的品质最佳。焊膏的传统印刷方法是刮刀沿模板的X或Y方向以90o角运行，这往往导致于器件在开口不同走向上焊训量的不同。我们经多次印刷试验证明，刮刀以45o的方向进行印刷可明显改善焊膏不同模板开口走向上的失衡现象，同时还可以减少对细间距的模板开口的损坏。

b） 刮刀压力并非只取决于气压缸行程要调整到最佳刮刀压力，还必须注意刮刀平行度。压力一般为30N/mm2。 4、3印刷速度

焊膏在刮刀的推动下会在模板上向前滚动。印刷速度快有利于模板的回弹，但同时会阻碍焊膏向PCB的焊盘上传递，而速度过慢，焊膏在模板上将不会滚动，引起焊盘上所印的焊膏分辨率不良，通常对于细间距的印刷速度范围为25-30mm/s，对于粗间距的印刷速度为25-50mm/s。 4、4印刷方式

目前最普遍的印刷方式分为接触式印刷和非接触式印刷。模板与PCB之间存在间隙的印刷方式为非接触式印刷。一般间隙值为0.5-1.5mm，其优点是适合不同粘度焊膏。焊膏是被刮刀推入模板开孔与PCB焊盘接触，在刮刀慢慢移开之后，模板即会与PCB自动分离，这样可以减少由于真空漏气而造成模板污染的困扰。

模板与PCB之间没有间隙的印刷方式称之为接触式印刷。它要求整体结构的稳定性，适用于印刷高精度的焊膏，模板与PCB保持非常平坦的接触，在印刷守后才与PCB脱离，因而该方式达到的印刷精度，尤适用于细间距、超细间距的焊膏印刷。随着钢板的广泛应用，以及元器件向小而密方向的发展，接触式印刷因其高的印刷精度而普遍采用。 4、5印刷效果 的评定

理想的印刷效果为下图所示状态。 因素印刷结果

刮刀硬度 好 略硬 太硬 软 刮刀速度 好 略快 太快 略慢 印刷压力 好 好 太大 太小

组件CHIP和BGA返修指导书（1）

日期:2003-10-11

一. 目的

为了保证用正确方法更换组件, 使组件返修之后其功能和性能不受影响.

二. 物料品种

1. 0201, 0402, 0603, 0805, 1206等CHIP物料, 6脚以下IC可用烙铁在规定温度(360 ± 10℃)下返修.

2. 组件BGA , 6脚以上IC, QFP, Filter, Volume Switch, Connector, 可 以 使用 BGA返修台进行修理更换.

3. 位置重叠的BGA在BGA返修台拆下和摆放新料后,应在回流焊接炉中进行焊接.

三. 注意事项.

1. 用BGA返修台更换组件时应严格按其W/I操作.

2. 用BGA返修台更换组件时, 应在拆下要更换的组件之后, 用烙铁将其 PAD位上的残锡拖平, 按BGA返修台W/I焊接.

3. 返工后的PCBA必须要彻底清洁PCB表面及其周围的污渍.

4. 在拆除QFP及BGA之前, 必须事先把BGA, PCBA 锔 炉100± 20℃、24 小时除湿.

BGA返修指导书（2）

日期:2003-10-11

一. 目的

1.0 本文提供有关返修BGA, QFP, PLCC, SOIC, Filter的解焊, 贴装, 焊接的操作指引.

2.0 适用于BGA及超细引脚的QFP, PLCC, SOIC组件的返修.

操作指引

1. 开机程序

1.1 插上单相115V的电源.

1.2 打开主电源开关于“ ON”状态.

1.3 在操作台上按下“ POWER”按键.

1.4 开机结束.

组件的解焊

1. 选择合适的NOZZLE并安装好, 并选取合适的程序.

2. 如果是拆BGA, 选用第四种炉温曲线程序, 主机炉温设置为450华氏度, 时间设置为4分钟, 底部预热设置为115摄氏度.

3. 拆BGA以外的物料, 选用第1种炉温曲线程序, 主机炉温设置为450华氏度, 时间为1分钟, 底部预热设置为115摄氏度.

4. 特殊物料的解焊, 请参考SMT-1000 Rework Station Operator's Maunal 使用.

5. 解焊前请将要返工的物料用皱纹胶纸四周贴上, 如果物料之间的距离很密, 就要多贴几层胶纸, 防止其它物料翻熔或坏掉.

6. 将准备好的机板在要返工的物料的四周围加少量的松香水, 然后 将PCB放于工作夹台上并小心将工作夹台放于“ Z”臂上.

7. 移动工作夹台, 使组件处于NOZZLE的正下方, 并按工作台锁紧开关.

8. 通过X.Y轴微调使组件处于NOZZLE的中心位置.

9. 调节“ Z”臂高度调节钮, 使NOZZLE与PCB板的距离, 约3~5mm.

10.待回流温度达到上温度控制器设定后, 打 开 真 空 开 闭 ,并将高温NOZZLE伸出端向下 轻轻压 一下使高温NOZZLE吸住组件.

11. 打开预热开关, 让机板预热3分钟, 然后打开脚踏回流开关,待温度达到外置温度控制器设定值.

12. 待高温NOZZLE伸出端弹起后, 表明组件已脱离PCB板.

13. 关闭连续回流开关, 待回流温度下降至同预热温度相同时, 关闭预热开关. 14. 待温度冷却至100华氏度左右, 关闭真空检测后组件掉出, 并取出PCB板.

五. 组件的贴装

1. 按WI\" WIE-S07\"种锡波操作指引, 完成种锡波过程.

2. 按WI\" WIE-S08\"补印锡膏操作指引, 完成补印锡膏过程.

3. 将准备好的BGA摆放到PCB已印好锡的相应位置, 且摆放时要求平稳, 不移位为佳.

4. 将贴放好BGA的PCB板摆放到专用的积架上, 拿到SMT房过回流焊接炉一次. 但必 须选择正确的炉温过炉.

5. 取出过完回流炉的PCBA.

六. 关机程序

1. 待回流温度显示低于70华氏度时,关闭回流开关于“ O”状态.

2. 关闭下预热开关于关闭状态.

3. 关闭主电源于“ O”状态.

4. 切断电源.

七. 解焊/焊接程序的选择

1. 在温度控制表“ INDEX”上连续按二次.

2. 在“ SV”栏内显示PROF.

3. 在“ PV”栏内显示1至4, 1至4表示四种不同参数设置的程序.根据组件的不同而选择不同 的程序.

4. 在“ PV”栏内,选定所需的程序后,按“ ENTER”键,便确定程序.

5. 连续按INDEX,直至退出.

八. 安全操作

1. 在没有风咀时,严禁开启机器.

2. 在温度高于70华氏度时,严禁关机,以免损坏风嘴及加热丝等.

3. 不能更改内设的参数值.

4. 如有问题, 请及时联系技术员

种锡波操作指引（3）

日期:2003-10-11

1. 将解焊出来的BGA,用恒温烙铁(360 ± 10℃), 吸锡线等工具清除残锡,使BGA 球面引脚凸出均匀一致.

2. 将吸锡线放在铬铁和BGA贴装 面之间,加热2-3秒,然后直接抬起而不要拖 曳吸锡线.

3. 清除残锡要非常小心,注意不要破坏引脚的铜皮.

4. 用棉花棒,小毛刷,酒精或专用清洗剂清洗BGA.

5. 根据BGA的规格选用相配的夹具.

6. 把BGA引脚面向上放于夹具底座,(黑色)的凹槽内.

7. 在BGA引脚面处涂少许 膏状松香或助焊剂.

8. 将有锡波网的夹具(铝合金)对准底座的二个定位柱小心合上,使锡波网与 BGA重合.

9. 将少许锡波 (网孔数的二倍左右)倒入网 内, 用铲子小心轻轻刮锡 波移动使锡波 滚入网内, 重复几次直至每个网孔内都有锡波 , 且只能有一个锡波.

10. 小心分开夹具上,下座,(黑色与铝合金)

11. 将剩余的锡波 小心收好,并小心取出底座夹具内的BGA.

12. 将BGA放在专用的夹具上,一起到SMD-ROOM过一次回流焊炉.

13. 将形成球面锡珠的BGA取出.

UL简介与CCL认证(一)

日期:2003-10-11

一.概述

从事覆铜板行业的人都知道,覆铜板的安全认证是非常重要的,是覆铜板能否走入市场的先决条件。世界上许多国家都有进行产品安全认证的机构,但历史最悠久﹑最具权威性的安全认证机构非UL莫属。因此,国内的大数覆铜板生产厂家将产品获得UL认证作为门槛。本文对UL机构﹑覆铜板UL认证的标准和

程序作一简单的介绍,使大家对UL﹑UL标准与UL认证有所了解。

二.UL机构

UL是英文美全检测实验室（Underwriter Laboratories Inc.）的简写。UL安全试验所是美国最有权威的，也是界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构。它是一个的、非营利的、为公共安全做试验的专业机构。它采用科学的测试方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害和危害的程度；确定、编写、发行相应的标准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料，同时开展实情调研业务。总之，它主要从事产品的安全认证和经营安全证明业务，其最终目的是为市场得到具有相当安全水准的商品，为人身健康和财产安全得到保证作出贡献。就产品安全认证作为消除国际贸易技术壁垒的有效手段而言，UL为促进国际贸易的发展也发挥着积极的作用。

UL始建于14年，初始阶段UL主在靠防火保险部门提供资金维持动作，直到1916年，UL才完全自立。经过近百年的发展，UL已成为具有世界知名度的认证机构，其自身具有一整套严密的组织管理、标准开发和产品认证程序。UL由一个有安全专家、、消费者、教育界、公用事业、保险业及标准部门的代表组成的理事会管理，日常工作由总裁、副总裁处理。目前，UL在美国本土有五个实验室(通信录见表1)，总部设在芝加哥北部的Northbrook镇，同时在和分别设立了相应的实验室。

UL在中国国内设有两个办事处,主要负责中国内厂家的跟踪检查服务。 1.美全检测实验室公司 广州办事处

地址:广州环市东路3698号花园酒店花园大厦M06 邮编:5100

电话:020-8387-7427 传真:020-8384-7745

2. 美全检测实验室公司 上海办事处 地址:上海南京路1376号上海商城561室 邮编:20040

电话:021-6249-8276 传真:021-6279-30

三.UL专用术语解释

1.ACTIVE PROJECT(活跃项目)

当项目进行到UL工程师已经收到完成该项目所需的全部资料﹑试样?部件﹑图纸等,并且已经预定了项目的完成时间,这时的项目被称为活跃项目

2.\"AL\" LISTING， CLASSIFICATION OR RECOGNITION(多重列名或认可)

由申请人提出申请并授权，以不同与申请人（列名人）的另一方的名义建立的列名或认可服务

3.AGENT(代理)

受申请人的委托，以申请人的名义从事与UL之间的活动的个人或企业

4.APPEALS PROCEDURE(申诉程序)

如果客户对工程测试或跟踪检验的结果有不同意见的话，可以与相关的工程师或现场代表讨论而不必担心危及以后的结论。如果在这一层次中不能得到满意的答复，客户可以向更高一层提出申诉，直至总裁。

5.APPENDIX(附页)

细则的一部分，其中包括工厂和现场代表的责任以及对相关测试的要求。也可能会描述送往UL的样品所做的测试。

6.APPLICANT(申请人)

向UL申请对其部件，产品或系统进行测试的企业或个人。在法律上，这一方将负责测试和跟踪服务的费用，并对和测试的结果有关的所有信息拥有权利。亦见代理。

7.APPLICATION(申请)

书面请求产品UL认证,可以通过申请表(Application Form)或其它得到授权人签署的书面文件进行。

8.APPLICATION FORM(申请表)

由UL准备的一种表格,该表格陈述了契约的条款和条件,据此,UL将可以接受申请人提交的申请。

9.AUTHORIZATION PAGE(授权页)

存盘在跟踪服务工厂检验细则最前面的一页，以授权相应的跟踪检验服务（L类或R类）和允许的认证标志

10.CATEGORY CONTROL NUMBER（CCN）(类别控制号)

UL列名、认可 、分类服务中不同的产品类别的字符表示形式。如AVLV2表示电子线 ；QOWZ表示便携灯具。一般的，XXXX为列名产品 ， XXXX2为认可产品，XXXX7表示符合加拿大标准的列 名产品，XXXX8表示符合加拿大标准的认可产品。

11.CLASSIFICATION SERVICE(分级服务)

UL的认证服务,是对产品根据不同性质﹑指定的危险范围或特定的情况进行测试。一般来说,分级服务多数是对建筑材料或工业仪器。

12.COMPONENT(零部件)

产品的某一部分，除了作为完整产品的一部分参与整个产品的测试外，还需要单独地测试其性能和/

或结构。零部件可以是列名，认可或非列名部件。

13.CONDITION OF ACCEPTABILITY(适用的条件)

这些项目列在认可或非列名零部件的报告中，但不作为现场代表的检验依据。这些项目基于测试的结果，标明了该零部件用与完整产品时的和条件。例如，在某种开关的报告中，可能会在\"适用的条件\"中指明该产品只适用于1A以下的电流或125℃以下的温度。

14.CONTROL NUMBER(控制号)

UL认可标记的四个可能的组成部分之一，由UL指定。根据不同的产品类别和不同的跟踪服务种类，控制号可能会定期更改。

15.FACTORY IDENTIFICATION(工厂标识)

由在不同工厂生产同一产品的生产商采用的某一识别标记用来区分某一产品是在哪个工厂生产的。

16.FILE NUMBER(档案号)

由UL指定的由字母和数字组成的代号,用于区分申请人在特定产品下的档案,所有UL报告都在其每页的上部列出了档案号,。应在涉及该种类产品的所有UL往来书信中提及档案号。

17.INACTIVE PROJECT(不活跃项目)

由于UL项目工程师需要申请人提交资料或试样才能完成该项目,这时该项目被定为不活跃项目,当项目处于不活跃状态时,该项目所需的测试或其它评估将停止进行,申请人收到需要提供资料或试样才能使项目回复活跃状态的通知。

18.LISTING SERVICE(列名服务)

UL的列名服务,是UL安全认证中最广为人知的服务,产品上的UL列名标志,代表UL根据美国认证的安全标准对样本进行了测试,在合理及可预见的情况下,样本不会引起火灾﹑漏电及有关危险。

19.MANUFACTURER(制造商)

是指制造或装配UL列名﹑认证或分级产品的制造商,同时也是执行跟踪检查服务的地方。

20. PROJECT NUMBER (项目号)

UL对某一特定项目指定的代号,如00ME12345。在该项目进行期间,所有与该项目有关的往来书信应提到该项目号及档案号。

21. RECOGNITION SERVICE (认证服务)

UL的认证服务,是测试零部件或非成品,这些组件将用在UL列名产品中。UL的认证服务涉及数以百计的塑料﹑电线与线路板﹑覆铜板等

22.AMERICAN NATIONAL STANDARDS (美国国家标准)

美国国家标准协会(ANSI)发布的标准,ANSI标准被指定为美国国家标准

UL简介与CCL认证(二)

日期:2003-10-11

四.UL标准

UL制定和发布了很多标准,其中与覆铜板UL认证直接有关的标准有两个,这两个标准分别是:UL94—仪器和部件用塑料材料的燃烧性测试;UL746E—聚合材料-工业层压板﹑纤维缠绕管﹑硫化纤维及印制板用材料。

1.UL94

层压板的燃烧性试验,在UL94中规定了垂直燃烧试验方法和水平燃烧试验方法,由于篇幅有限,本文主要介绍垂直燃烧试验方法(见UL94第八部分)。

1-1 燃烧性等级的划分 垂直燃烧试验将材料的燃烧性等级分为三级—94V-0﹑94V-1和94V-2,燃烧性等级的划分见表2。表2 燃烧性等级划分 性 能 要 求

V-0级 V-1级 V-2级

单个试样每次点火后的有火焰燃烧时间/s ≦10 ≦30 ≦30

每组5个试样10次点火后的总有火焰燃烧时间/s ≦50 ≦250 ≦250

第2次试验火焰移开后的有火焰燃烧时间加无焰燃烧时间/s ≦30 ≦60 ≦60 有火焰燃烧或无焰燃烧至夹具 无 无 无 燃烧滴落物引燃薄棉纸 无 无 有

1-2 试样

1-2-1 试样呎寸为长(125±5)㎜﹑宽(13.0±0.5)mm,厚度为被测板的最小和最大厚度。试样剪切后的边缘应磨光,各角的倒角半径不超过1.3mm。

1-2-2 试样应纵向切取,每组需5块试样。保留一组(5块)试样,以备必要的重复试验。

1-2-3 将覆铜箔试样的铜箔完全蚀刻掉,未覆铜箔试样可采用其接收态进行试验。

1-3 主要试验装置

1-3-1 试验箱 试验箱应全封闭,带有观察试验用的耐热玻璃窗。试验过程应关闭排风扇,但试验之间可以周期性地打开以抽出试验产生的烟气。

1-3-2 试样夹具 试验箱内装有可将试样调节到垂直位置的夹紧装置,以使试样长度方向大约在试验箱的中轴线方向垂直悬挂。

1-3-3 试验室燃烧器 用灯管长101.6mm和内径9.4mm的本生灯 。该本生灯不装终端装置。

1-4 试样处理

1-4-1 两组试样应置于(232)℃﹑55±5%RH的标准试验室大气条件下至少处理48h。

1-4-2 两组试样应温度(125±1)℃下处理(24±2)h,然后放在干燥器中至少4h。

1-5 试验程序

1-5-1 试验火焰的调节 点燃本生灯,并调节至产生(20±1)mm高的蓝色火焰(如图1),

为获得规定的火焰,应调节燃气供应量和灯的空气进入量,直至产生高度20mm的黄顶蓝色火焰,然后稍微增大通风量,直至黄顶刚好消失,火焰内外层均现蓝色。重新测量火焰高度,必要时重复上述过程,直到达到所有规定要求。在调节和试验时,灯管应保持垂直。

1-5-2 试样安装 试样安装见图1,每一试样均按纵向垂直安装在试样夹具上,夹着部份不超过试样上半部的6mm,调节试验夹具/试样处于垂直状态,使试样下端距灯管顶端约10mm。

1-5-3 试样火焰置于试样下端中心位置(10±0.5)s,撤开本生灯,同时激活定时器,测量试样燃烧的持续时间。

1-5-4 如在试样被完全烧尽前火焰熄灭,则立即将试验火焰再次移致试样下再补加(10± 0.5)s,然后再撤走本生灯,同时妄动定时器,测量试样有焰燃烧和无焰燃烧时间。

1.试样 2.本生灯 3.棉花

图1.垂直燃烧试样装置示意图

2.UL746E

UL746E规定了覆铜板产品的基本要求和试验程序。

2-1 UL/ANSI型号认证 层压板(未覆箔)如果符合UL746E对层压板的性能﹑相对温度指数及结构的规定,则可获得UL/ANSI型号认证。一般情况下,层压板申请UL/ANSI型号认证时,UL不是对层压板进行全套项目的测试,而是对层压板先进行缩短(Abbreviated)测试,根据缩短测试结果与已知UL/ANSI型号

的材料进行对比的情况,决定是否给予该材料相应的UL/ANSI型号。

缩短测试的试验项目包括:IR(红外光谱)分析﹑弯曲强度﹑灰分(适用时)及燃烧性。

红外光谱图必须与已知材料的典型光谱图一致,FR-4的典型红外光谱图见图2,弯曲强度﹑灰分和燃烧性必须符合表3的要求。

图2 FR-4的典型红外光谱图 表3.常用层压板缩短测试要求

如果缩短测试出现一项或多项结果不符合要求,则根据不合格的情况,可以选择重新提交试样测 试或选择进行全套项目的测试以及1﹑2或4点温度的老化试验。全套项目的测试计划见UL746E第七章。

焊剂焊料检测方法

2003-10-8 9:08:14 阅读1482次 双击鼠标自动滚屏，单击停止

一.卤素含量的测定

实验方法:电位滴定法

1.试剂:(1)乙醇─苯混合溶液(10:1) (2)银标准溶液 0.05N (需标定)

2.仪器:电位差计、银电极、甘汞电极(玻璃电极) 3.基本原理:(略) 注:由能斯特公式导出

电位滴定法是一种测量滴定反应过程中电位变化的方法,当滴定反应达到等 当点时,待测物质浓度突变,使指示电极的电位产生突跃,故可确定终点。 4.银标准溶液的配制:

用万分之一天平称量8.494g银,后溶解至1Ｌ容量瓶中(0.05N)。 5.基准氯化钠标准溶液的配制:

用减量法称量氯化钠(优级纯)至坩锅中,在550℃下烘烤2个小时左右,降至室 温,转至称量瓶中称量,取50ml小烧瓶,将氯化钠慢慢(分几次)向小烧杯中倒,称重 1.g,溶解后转移至1Ｌ容量瓶中。(1ml=0.001g氯) 6.铬酸钾(2%)溶液配制:

称取2g铬酸钾配成2%的水溶液。 7.标定银:

吸取10ml溶液于250ml锥形瓶中,以铬酸银溶液为指示剂, 用银溶液滴定至淡黄色为终点。 按下式计算系数C： C=0.01/V (g/ml). 8.实验步骤：

准确称量试样(约1g)若为焊剂则移取已知比重的试液1ml,配制成200ml溶液于

500ml烧杯中,接好电极, 开动电磁搅拌,用0.05N银溶液滴定,记录消耗的 银溶液体积(ml)和相应的电极电位(mv).全部实验需进行空白试验。 Cl%=C(V-V0)/m x100%

二、酸值的测定:

实验方法: 酸碱滴定法 1.试剂: (1)无水乙醇 (2)甲苯

(3)0.1N KOH标准溶液:将5.6gKOH溶于蒸馏水中,备用。 (4)酚酞溶液:1g酚酞溶于甲醇溶液中至100ml。 2.实验步骤:

(1)用溶剂(选(1)、(2)或(1)+(2))溶解约1g样品(若为焊剂则移取已知比重的试液1ml),溶于100溶剂内。 (2)滴加酚酞指示剂,立即用KOH溶液滴定至浅粉红色,持续15S即可。 (须做空白)

酸值=N(V-V0)×56.11/m (mgKOH/g)

三、扩展率测定:

实验方法:游标卡尺测量法 实验步骤: 1.样板的制备:

将T2铜板剪成适当的小块,用(1:2)盐酸除去氧化膜后,用水冲洗,再用乙醇2铜板剪成适当的小块,用(1:2)盐酸除去氧化膜后,用水冲洗,再用乙醇2铜板剪成适当的小块,用(1:2)盐酸除去氧化膜后,用水冲洗,再用乙醇 清洗,放置空气中干燥后,放入150℃±5℃烘箱内1小时氧化,取出放入严密的玻璃 瓶中备用。 2.试料

称取0.3000±0.002g实芯焊丝(Φ1.0),用小细棒弯成小圆。 3.试验步骤

将铜板一角弯一小角,将试料环放在试验板中心,用镊子夹住试验板小角(焊剂 滴三滴,固体焊剂称3g)放入锡锅,在30s内熔化并扩展,取出常温下冷却,用乙醇清 除残余物,用千分尺测铜板厚度H0和铜板中试料中心最高处的厚度HA。

扩展率=4.06-(HA-HO)/4.06×100%

四、焊剂含量测定(焊丝) 实验方法:减量法

1.试剂: 丙三醇、异丙醇(无水乙醇或95乙醇) 实验步骤:

1.取样:取焊丝10～20g,并准确称至0.001g,质量为m1。

2.熔样:取大约60g丙三醇于烧杯中,加热至冒白烟,用长镊夹取样品,轻轻放入溶液中 继续加热至微沸。

3.洗样:待样品冷却,凝固后取出,用水冲净,再用异丙醇将表面擦净。 4.称样:准确称量上述样品,质量为m2,

焊剂含量% = (m1 - m2)/m1× 100

五、锡含量测定 实验方法:滴定法

1.试剂: (1)浓硫酸H2SO4 (2)浓盐酸HCl

(3)KIO3标准溶液(0.004000g/ml,需标定) (4)Al片、锡粒(99.99%以上)

(5)碳酸氢钠饱和溶液、1%的淀粉溶液

2.仪器:酸式滴定管、玻璃弯管(带胶塞)、锥形瓶 3.实验准备

(1)KIO3标准溶液的配制和标定

A:配制:称5.2gKIO3、26gKI、0.9gNaOH置于500ml烧杯中,加入200ml水, 加热 至完全溶解,冷却至室温后,转移于2000ml容量瓶中,用纯水稀释至刻线,混匀备用。 注: 1.若溶液不澄清,应先过滤后稀释。 2.此溶液应避光保存,每次标定后使用。 B:标定:

1.准确称取0.100g纯锡,质量为m,置于锥形瓶中。

2.加入20ml浓硫酸,加热,至冒白烟后,自然冷却至室温。 3.加入70ml纯水,沿壁缓慢加入,摇匀,静置。

4.加入50mlHCL后,再加入1.5～2gAl片,迅速塞紧瓶口,待反应一段时间后加热, 且胶管一端插入NaHCO3饱和液中,反应至冒大泡,迅速用水冲冷。

5.加入5ml淀粉溶液,快速用KIO3溶液滴定, 至溶液由无色变成淡兰紫色,持续15S即可。消耗KIO3溶液体积为V3溶液体积为V3溶液体积为V 滴定度T = m/v (g/ml)

(2)饱和NaHCO3溶液配制3溶液配制3溶液配制

取与所需溶液等体积的纯水,然后慢慢加入NaHCO3,边加边搅拌,至固体溶解。 (3)1%的淀粉溶液配制

取30ml纯水加热至沸,溶入1.0g淀粉,至完全溶解后,再加入69ml纯水,备用。 4.锡含量测定 A:试样制备

取20～30g焊丝,用甘油加热熔化,以除去焊剂,冷却后,用镊子夹出后, 用水洗再用异丙醇将表面擦净,备用。 B:测定

将A所得试样锯末,准确称取约0.150g,加入H2SO4等,其余步骤同KIO3溶液标定。 原始记录模式: 硫酸纸重:

ＴKIO3×V

Sn%= ─────── ×100 m

六、样品制备

实验方法:抽提法 1.试剂:异丙醇

2.仪器:250ml平底烧瓶、配套温包、抽提管、冷凝管。 实验步骤:

(1)取样:取焊丝80～100g,切成2～3mm,作为样品备用。

(2)抽提:取抽提管,用滤纸堵上小孔,小心将样品倒入抽提管, 并保证滤纸与管壁间无样品进入。取100ml左右异丙醇加入烧瓶,安装好装置,并将冷凝管上口用滤纸包好,大约抽提4小时。 (3)蒸馏:卸下抽提管,装上蒸馏装置,将溶液蒸至75ml左右后,停止加热。 (4)挥发:将抽提液倒入小烧杯中,水浴加热,至剩2ml左右。 (5)烘干:放入烘箱中于110±5℃下烘干,2小时后取出,放入干燥器中备用。

七、发泡实验

一.仪器:200ml小烧杯、发泡器、刻度尺。 二.实验步骤:

(1)取样品160ml于200ml烧杯中,放入发泡器,量其上升高度(mm),若升至 200ml以上,且泡沫细小、均匀,则发泡性好。

(2)取出发泡器,若泡沫在15S内不完全消失,且液面四周仍有小泡残留, 则合格。

八、颜色

实验方法: 目测法 实验步骤:

1.取200ml干净小烧杯,加入100ml左右待测液。 2.将其与标准液平行放置,看其颜色是否相同。 3.若颜色有异,需从各方面考虑其原因。

九、比重

一.仪器:比重计、比重管、温度计。 二.实验步骤:

(1)将待测液约100ml,倒入比重管,估计其大约比重,选比重计, 将其放入待 测液中,静置。 (2)在视线与其刻线对应凹液面相平时,读数,准确至0.001。 (3)记录测试时环境温度和湿度。

十、机械杂质

实验方法:目测法 实验步骤:

1.取干净烧杯200ml,倒入150ml左右待测液,静置。 2.透过烧杯看溶液中是否有悬浮物、漂浮物等杂质。

十一、水溶物电导率试验

1.在四个100ml烧杯内,分别加入去离子水50ml,将两个烧杯保存作为核对标准,其余 二个烧杯中分别加入0.05±0.005g固体焊剂(或0.1ml液体焊剂)。

2.用电炉将烧杯中的水烧开,当大量冒气泡时即停止,注意不要爆沸。 3.用去离子水彻底冲洗电导电极,然后浸入烧杯中记下读数。 核对标准的电导,如大 于2μs/cm,则该水已被水溶性物质污染,所有实验需重做。

4.二个试验结果的平均值作为试液的电导率。用μs/cm表示。

十二、绝缘电阻试验

1.样板制备

1.1 将特别的梳型电极样板,用1:2盐酸溶液除去氧化膜后,用水洗净,用乙醇擦干。

1.2 将液体焊剂或固体焊剂(配成30%异丙醇溶液)1ml均匀涂覆在1.1中处理的板上。1.3 a.焊后:1.2处理的将覆铜板放在干净的锡锅中焊接,待用。

b.焊前:1.1处理好的板子即可放在干燥箱中在60±1℃温度下干燥1h。 1.4放入温度40±2℃,相对湿度约90+2(-3)%的潮湿箱中,72h后取出, 再放入盛有特级酒石酸钾钠饱和溶液的干燥器内。1小时左右取出测定, 使用高阻表, 以直流 500v在3min内测定。

十三、铜板腐蚀试验

1.试样制备 1.11试样: 0.3×30×30mm的Ｔ2铜板放入HCL(1:2)溶液中,除去氧化膜后,用水冲 洗,再用乙醇清洗。放置空气中充分干燥后,放入干燥器待用。 1.12 50×150mm单面覆铜板放入HCL(1:2)中除去氧化膜后,用水冲洗, 再用乙醇清洗放置空气中充分干燥后,放入干燥器待用。 1.2试料

1.21 0.1g树脂芯锡丝或焊膏

1.22 0.1g实芯焊丝试验时再加0.005g固体焊剂或松香焊剂 1.23 0.1实芯焊丝试验时再滴液体焊剂。 2.试验步骤:

2.1取0.1g试料放在1.11制备的铜板表面,250℃左右加热,(放在设定的锡锅中), 加热约5s,使试料熔化,常温冷却后作为试样。制四块试样, 一块保持在常温干燥状态作为对照,三块放在40±2℃温度,90±2(3)%的恒温箱中,连续72 小时后取出将它们同时对照试样相比,检验腐蚀。

2.2在1.12制的覆铜板用75W的烙铁焊接5个焊点,共制四块试样, 其中一块试样保持常温干燥状态,留作对照试样。三块试样作为腐蚀试样,放在温度为40±2%,湿度90+2(-3)%的潮湿箱中,连续72h后取出,将它们同对照试样相比,检验腐蚀与否。 3.腐蚀结果评定

放大20倍观察比较腐蚀试样与对照试样,无明显变化时则可以为无腐蚀,但试样与对照试样比较,出现下列现象之一者则视为腐蚀。

A.试样在焊接过程中产生的颜色可不判为腐蚀, 但当其潮湿条件下产生的绿兰色或与对照试样比较颜色扩大,则视为腐蚀。

B.当焊剂残留物内产生白斑或焊剂水化时,则视为腐蚀。

双波峰焊机现场使用及技术分析

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2003-6-20 12:04:26 华中光电技术研究所 卫志龙 阅读1178次 双击鼠标自动滚屏，单击停止

摘要：本文主要叙述了有关波峰焊机在操作过程中的必要条件，对关键技术方面进行了相应的分析。围绕如何用好波峰焊机，充分发挥其内在的潜力，提出一些见解。

关键词：焊料；焊接温度；波峰高度；压锡深度 引言

当今世界，电子技术已摆在现代战争的前沿阵地，任何先进的武器都是以先进的电子技术作为支撑。为适应水上、水下舰艇所处的各种恶劣的环境 ，对于电气设施的可靠性提 出了更高的要求。为满足这一要求，致力于电气硬件质 量的持续提高，我们从瑞士引进一台 EPM-CDX-400型双波峰焊机。如何用好这台设备，使其各方面参数达到最佳状态，是现代技术工艺的一道新课题。

焊接基本条件的要求

●助焊剂：助焊剂有多种，但无论选用哪种类型，其密度D必须控制在0.82~0.86g/cm3之间。我们选用的是免清洗树脂型助焊剂。该助焊剂除免清洗功能外，具有较好的可溶性，稀释剂容易挥发。还能迅速清除印制板表面的氧化物并防止二次氧化，降低焊料表面张力， 提高焊接性能。

●焊料：波峰焊机采用的焊料必须要求较高的纯度，金属锡的含量要求为63%。对其它杂质具有严 格的，否则对焊接质量有较大的影响。<<电子行业工艺标准汇编>>中对其它杂质的容限及对焊点的质量影响作了如表1所示的技术分析。 杂质 最高容限

杂质超标对焊点性能的影响 铜

0.300

焊料硬而脆，流动性差 金 0.200

焊料呈颗粒状 镉 0.005

焊料疏松易碎 锌 0.005

焊料粗糙和颗粒状，起霜和多孔的树 枝结构 铝 0.006

焊料粘滞起双多孔 锑 0.500 焊料硬脆 铁 0.020

焊料熔点升高，流动性差 砷 0.030

小气孔，脆性增加 鉍 0.250

熔点降低，变脆 银 0.100

失去自然光泽，出现白色颗粒状物 镍 0.010

起泡，形成硬的不溶化物

表1焊料杂质容限及对焊接质量的影响

在每天用机8小时以上的情况下，要求每隔一定的周期，对锡槽内的焊料进行化学或光谱分析，不符合要求时要进行更换。

●印制电路板：选用印制板材料时，应当考虑材料的转化温度、热膨胀系数、热传导性、抗张模数、介电常数、体积电阻率、表面电阻率、吸湿性等因素。常用是的环氧树脂玻璃布制成的印制板，其各方面的参数可达到有关规定的要求。我们对印制板的物理变形作了相应的分析，厚度为1.6mm的印制板，长度100mm，翘曲度必须小于0.5mm。因为翘曲度过大，压锡深度则不 能保证一致，导致焊点的均匀度差。

●焊盘：焊盘设计时应考虑热传导性的影响，无论是贺形还是矩形焊盘，与其相连的印线必须小于焊盘直径或宽度，若要与较大面的导电区，如地、电源等平面相连时，可通过较短的印制导线达到热隔离，见图1焊盘的正确设计。

●阻焊剂膜：在涂敷阻焊剂的工艺过程中，应考虑阻焊剂的涂敷精度，焊盘的边缘应当光滑，该暴露的部位不可粘附阻焊剂。

●运输和储存：加工完成的印制板，在运输和储存过程中，应当使用防振塑料袋抽真空包装 ，预防焊盘二次氧化和其它的污染。当更高技术要求时，也可进行荡金处理，或者进行焊料涂镀的工艺处理。

元器件的要求

●可焊性：用于波峰焊接组装的元器件引线应有较好的可焊性。可焊性的量化可采用润湿称量法进行试验，对于试验结果用润湿系数进行评定，润湿系数按下式进行计算：?=地F/T

式中：?—润湿系数，?N/S；

F—润湿力，?N；

T—润湿时间，S。

由止式可以看出，润湿时间T越短，则可焊性越好。润湿称量法是精度较高的计量方法，但需要较复杂的仪器设备。如果试验条件不具备，可选用焊球法进行试验，简单易行。

有些元器件的引线选用的材料润湿系数很低，为增加其可焊性，必须对这些元器引线或焊煓进行处理并涂镀焊料层，焊料涂镀层厚度应大于8?M,，要求表面光亮，无氧化杂质及油渍污染。

●元器件本身的耐温能力：采用波峰焊接技术的元器件，必须要考虑元件本身的 耐温能力，必须能耐受2600C/10S。对于无耐温能力的元器应剔除。

技术条件要求

上述的保障条件，只是具备了焊接基础，要焊接出高质量的印制板，重要的是技术参数的设置，以及怎样使这些技术参数达到最佳值，使焊点不出现漏焊、虚焊、桥连、针孔、气泡、裂纹、挂锡、拉尖等现象，设置参数应通过试验和分析对比，从中找出一组最佳参数并记录在案。以后再 遇到 类似的输入条件时就可以直接按那组成熟的参数设置而不必再去进行试验。

●助焊剂 流量控制：调节助焊剂 的流量，雾化颗粒及喷漈均匀度可用一张白纸进行试验，目测助焊剂 喷涂在白纸上的分布情况，通过计算机软件设置参数，再用调节器配合调节，直到理想状态为止。通常板厚为1.6MM。元器件为一般 通孔器件的情况下，设定流量为1.8L/H.

●倾斜角的控制：倾斜角是波峰顶水平面与传送到波峰处的印制板之间的夹角。这个角度的夹角对于焊点质量致关重要。由于地球的引力，焊锡从锡槽向外流动起始速度与流出的锡槽后的自由落体速度不一致。如果夹角调节不当会导致印制板与焊锡的接触和分离的时间不同，焊锡对印制板的浸入力度也不同。为避免这些问题，调节范围严格近控制在6o~10o之间。

●传送速度控制：控制传送速度在设置参数时应考虑以下诸方面的因素：

1助焊剂喷涂厚度：因为助焊剂的流量设定后，基本上是一个固定的参数。传送速度的变化会使喷涂在印制板上的助焊剂厚度发生相应的变化。

2预热效果：印制板从进入预热区到第一波峰这段时间里，印制板底面的温度要求能够达到 设定的工艺温度。传送速度的快慢会影响 预热效果。

3板材的厚度：传送速度与板材的厚薄具有相应的关系，厚板的传送速度应比薄 板稍慢 一点。

4单面板和双面板：单面板和双面板的热 传导性不同，所要求的预热温度也相应不同。

5无件的分布密度：由于热传导的作用，印制板上元件的分布密度及元器件体积的大小，也 应作为设置传 送速度的重要因素之一国。

经实际操作，总结的传送速度参数调节范围见表2。

印制板类别

传送速度调节范围 (m/min)

单面板 1.5~1.8

双面板 1.0~1.2

表2传送速度调节范围

注：要求印制板上没有特殊的元器件(如：散热器或者加固冷板)

传送速度v可按下式进行计算：v=L/t(m/min)

式中：L—总行程，从进入预热区的始端至第一波峰的长度;

t—传送时间，min;

V—传送速度，m/min

●温度控制：

1 预热温度：印制板在焊接前，必须达到 设定的工艺温度。用电子温度计固定在印制板的底面，当印制板运行到达第一波峰时，可读出印制板底面的实际温度，然后通过计算机进行修正。预热速率可通过下式进行计算：

?T=(T1-T2)/t

式中：T1—预热的工艺温度；

T2—环境 温度；

t—预热起始点至 第一波峰之间的传送时间；

?T—预热速率：℃/S.

通常，PCB的预热速率为线性值。当有些元器件的耐温曲线呈非线性值时，根据需要，可通过计算机软件设置八组辐射灯管相应的发射功率 。

2焊接温度：波峰焊接温度取决于焊点形成最佳状态所需要的温度，这里是指焊料熔液的温度，往往实际温度与计算机设置的温度有些偏差，焊接之前，必须进行实际测量。用校准的温度计或电子温度计测量锡槽各点温度。按实际温度值修改计算机设置的参数。当基本达到设计温度时，空载运行4分钟，使温度分布均匀后，再进行焊接。

以上两个方面的温度设置范围及实际应用的参数见表3。

印制板类别

预热温度调节范围 实际采用温度

熔液温度调节范围 实际采用温度

单面板 80%~90% 80%

240℃~260℃ 248℃

双面板 90%~100% 90%

240℃~260℃ 248℃

表3温度调节范围及采用实例

环境温度对波峰焊接的影响

当环境 温度发生较大的变化时，PCB预热的工艺温度随之上下浮动，焊接效果立即会发生变化。如果变化量太大以至于 预热 的工艺温度超过极限值，会造 成焊点无法形成、虚焊、焊层太厚或太薄、 桥连等不良现象。由图2可见环境 、温度对预热工艺温度一时间曲线的影响。

波峰高度和压锡深度对焊接的影响

波峰高度是指波棱到 波峰顶点的距离，波峰过高或过低会影响被焊件与波峰的接触状况，波峰高度调节范围是在0~99%之间，实际对应高度约为0~10mm。99%对应为机器的最大容限。实际选用波峰高设为7mm左右。

压锡深度是指被 焊印 制板浸 入焊锡的深 度，一般压锡深度为板厚的1/2~3/4.压锡太深 容易使焊锡溅上元件面；压锡太浅时，焊锡涂履力度不够，则会造 成虚焊或漏焊。 结语

双波峰焊机是科技含量较高的焊接设备，以上的分析和总结有待于完善，最佳参数只能在实际工作中不断总结得到。

表面贴装焊接的不良原因和防止对策

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2003-7-11 14:06:12 SMT信息网 阅读1737次 双击鼠标自动滚屏，单击停止

一、 润湿不良

润湿不良是指焊接过程中焊料和基板焊区，经浸润后不生成金属间的反应，而造成漏焊或少焊故障。其原因大多是焊区表面受到污染，或沾上阻焊剂，或是被接合物表面生成金属化合物层而引起的，例如银的表面有硫化物，锡的表面有氧化物等都会产生润湿不良。另外，焊料中残留的铝、锌、镉等超过0.005%时，由焊剂吸湿作用使活性程度降低，也可发生润湿不良。波峰焊接中，如有气体存在于基板表面，也易发生这一故障。因此除了要执行合适的焊接工艺外，对基板表面和元件表面要做好防污措施，选择合适的焊料，并设定合理的焊接温度与时间。

二、 桥联

桥联的发生原因，大多是焊料过量或焊料印刷后严重塌边，或是基板焊区尺寸超差，SMD贴装偏移等引起的，在SOP、QFP电路趋向微细化阶段，桥联会造成电气短路，影响产品使用。

作为改正措施 ：

1、 要防止焊膏印刷时塌边不良。

2、 基板焊区的尺寸设定要符合设计要求。

3、 SMD的贴装位置要在规定的范围内。

4、 基板布线间隙，阻焊剂的涂敷精度，都必须符合规定要求。

5、 制订合适的焊接工艺参数，防止焊机传送带的机械性振动。

三、裂纹

焊接PCB在刚脱离焊区时，由于焊料和被接合件的热膨胀差异，在急冷或急热作用下，因凝固应力或收缩应力的影响，会使SMD基本产生微裂，焊接后的PCB，在冲切、运输过程中，也必须减少对SMD的冲击应力。弯曲应力。

表面贴装产品在设计时，就应考虑到缩小热膨胀的差距，正确设定加热等条件和冷却条件。选用延展性良好的焊料。

四、焊料球

焊料球的产生多发生在焊接过程中的加热急速而使焊料飞散所致，另外与焊料的印刷错位，塌边。污染等也有关系。

防止对策:

1．避免焊接加热中的过急不良，按设定的升温工艺进行焊接。

2．对焊料的印刷塌边，错位等不良品要删除。

3．焊膏的使用要符合要求，无吸湿不良。

4．按照焊接类型实施相应的预热工艺。

五、吊桥（曼哈顿）

吊桥不良是指元器件的一端离开焊区而向上方斜立或直立，产生的原因是加热速度过快，加热方向不均衡，焊膏的选择问题，焊接前的预热，以及焊区尺寸，SMD本身形状，润湿性有关。

防止对策:

1． SMD的保管要符合要求

2． 基板焊区长度的尺寸要适当制定。

3． 减少焊料熔融时对SMD端部产生的表面张力。

4． 焊料的印刷厚度尺寸要设定正确。

5． 采取合理的预热方式，实现焊接时的均匀加热。

SMT网板设计基本技术要求

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2003-6-23 8:41:07 中兴通讯股份有限公司 ※张怀儒、贾变芬、宋好强 阅读1480次 双击鼠标自动滚屏，单击停止 引言

在SMT装联工艺技术中，印刷工业是第一环节，也是极其重要的一个环节。印刷质量的好坏会直接影响到SMT焊接直通率的高低，在实际生产过程中，我们发现60%—70%的焊接缺陷与印刷质量有关。因此，有必要对印刷工艺的各个方面进行研究。在影响印刷工艺的各个方面中，网板的设计起着举足轻重的作用。

一般技术要求 １、网框：框架尺寸根据印刷机的要求而定，以DEK265和MPM UP 3000机型为例，框架尺寸为29ˊ 29ˊ，采用铝合金，框架型材规格为1.5ˊ 1.5ˊ.

2、绷网：采用红胶+铝胶带方式，在铝框与胶粘接处，须均匀刮上一层保护漆。同时，为保证网板有足够的张力和良好的平整度，建议不锈 钢板距网框内侧保留25mm-50mm。

3、基准点：根据PCB资料提供的大小及形状按1：1方式开口，并在印刷反面刻半透。在对应坐标处，整块PCB至少开两个基准点。 4、开口要求：

1．41． 位置及尺寸确保较高开口精度，严格按规定开口方式开口。

1．42．开口尺寸不能太大，宽度不能大于2mm，焊盘尺寸大于2mm的中间需架0.4mm的桥，以免影响网板强度。

1．43．开口区域必须居中。

5、字符：为方便生产，建议在网板左下角或右下角刻上下面的字符：Model；T；Date；网板制作公司名称。

6、网板厚度：为保证焊膏印刷量和焊接质量，网板表面平滑均匀，厚度均匀，网板厚度参照以上表格，网板厚度应以满足最细间距QFP BGA为前提。

如PCB上有0.5mmQFP和CHIP 0402元件，网板厚度0.12mm； 如PCB上有0.5mmQFP和CHIP 0603以上元件，网板厚度0.15mm； 印锡网板开口形状及尺寸要求 1、 总原则：

依据IPC-7525钢网设计指南要求，为保证锡膏能顺畅地从网板开孔中释放到PCB焊盘上，在网板的开孔方面，主要依赖于三个因素： 1、）面积比/宽厚比面积比>0.66 2、）网孔孔壁光滑。尤其是对于间距小于0.5mm的QFP和CSP，制作过程中要求供应商作电抛光处理。 3、）以印刷面为上面，网孔下开口应比上开口宽0.01mm或0.02mm，即开口成倒锥形，便于焊膏不效释放，同时可减少网板清洁次数。

通常情况下，SMT元件其网板开口尺寸和形状与焊盘一致，按1：1方式开口。 特殊情况下，一些特别SMT元件，其网板开口尺寸和形状有特别规定。 2 特别SMT元件网板开口 2.1CHIP元件：

0603以上CHIP元件，为有效防止锡珠的产生。 2.2SOT元件：由于焊盘和元件较大

焊盘间距小，容易产生锡珠等焊接质量问题。

2.3 SOT252元件：由于SOT252有一焊盘很大，容易产生锡珠，且回流焊张力大引起移位。 2.4IC：

A．对于标准焊盘设计，PITCH》=0.65mm的IC，开口宽度为焊盘宽度的90%，长度不变。

B．对于标准焊盘设计，PITCH《=005mm的IC，由于其PITCH小，容易产生桥连，钢网开口方式长度方向不变，开口宽度为0.5PITCH，开口宽度为0.25mm。 2.5其他情形：

一个焊盘过大，通常一边大于4mm，另一边不小于2.5mm时，为防止锡珠的产生以及张力作用引起的移位，网板开口建议采用网格线分割的方式，网格线宽度为0.5mm，网格大小为2mm，可按焊盘大小均分。 印胶网板开口形状及尺寸要求：

对简单PCB组装采用胶水工艺，优先选用点胶，CHIP、MELF、SOT元件通过网板印胶，IC则尽量采用点胶避免网板刮胶。在此，只给出CHIP，MELF，SOT印胶网板建议开口尺寸，开口形状。 1、 网板对角处须开两对角定位孔，选取FIDUCIAL MARK 点开孔。 2、 开口均为长条形。 检验方法

1） 通过目测检查开口居中绷网平整。 2） 通过PCB实体核对网板开口正确性。

3） 用带刻度高倍显微镜检验网板开口长度和宽度以及孔壁和钢片表面的光滑程度。 4） 钢片厚度通过检测印锡后焊膏厚度来验证，即结果验证。 结束语

网板设计技术要求经过一段时间的试行，印刷质量得到了很好的控制，表现在SMT焊接质量缺陷PPM由1300ppm左右下降到130ppm左右。由于现代电子元器件的封装方向发展，对钢网设计也提出了更高的要求。是我们以后需要重点研究的课题。

焊料资料

日期:2003-10-11

抗氧化焊料

抗氧化焊料是一种新型焊料，是在普通锡铅焊料中加入微量的抗氧化元素熔炼而成，它具有独特的抗氧化性，润湿性强，且有良好的物理机械和耐腐蚀性能，是当前电子工业生产流水线上的理想焊料，广泛应用于热浸焊以及波峰焊。 抗氧化焊料具有以下特点：

⒈ 抗氧化作用显著，在260℃±10静态时氧化24小时，保护镜而不变色。表态及动态搅拌下产渣量仅为普通焊料的1/6，焊料氧化损失少。

⒉ 焊性、润湿性优良，焊点圆润、饱满、光亮、焊接庇点率底，合格率高。 ⒊ 物理及机械性能符合GB3131-88国家标准。 无铅焊料

保护自然环境，减少工业污染，已越来越受到人们的关注。SMT（表面贴装技术）生产作为电子生产的一部分，也不可避免地存在着对环境污染的问题。找解决SMT生产污染问题的方法和途径，使SMT生产向绿色环保方向发展，其中无铅焊锡就是其中一个关键课题。前在SMT生产过程中普遍采用的是Sn—Pb焊锡，其中铅的含量在40％左右。众所周知铅是有毒的金属，将会对人体和周围环境造成相当巨大的影响。为了消除铅污染，采用无铅焊锡已势在必行。无铅焊锡的研究目标－－究的无铅焊锡应该具备

与Sn—Pb体系焊锡大体相同的特征。具体目标如下： 毒性弱，对环境影响要小。

熔点应同Sn—Pb体系焊锡的熔点（183℃）接近，不应超过200℃。 成本要低，导电性好。

机械强度和耐热疲劳性要与Sn—Pb体系焊锡大体相同。 焊锡的保存稳定性要好。

能利用设备和现行工艺条件进行安装。

能确保有良好的润湿性和安装后的机械可靠性。

焊接后对各种焊接点检修容易和应有良好的电可靠性。

无铅焊锡的研究现状－－无铅焊锡的主要成分是锡，熔点是232℃，与其他金属如银、铋、锌等组成合金体系。 含银焊料

含银焊料应用于银导线，银电极等镀银器件的焊接，防止银扩散，避免电腐蚀，具有长期使用的良好性能及浸润性，焊点质量优于相等含量的锡铅焊料。根据用户不同需要，可生产不同规格的棒（条）及线材制品，棒（条）状制品可用于浸焊、波峰 焊。 高温焊料

特点较一般焊料熔点高，应用于有特殊要求的机械制造、航空、电子及纺织等在较高温度中工作的零件、元器件的焊接。 低温焊料

应用于热敏电子元器件加热温度不宜高的元件进行多层次多组件的分步焊接，操作与一般焊料相同，自行消光，不含镉。除铋焊料外，亦可根据用户的焊接工艺需要，配制生产其它品种的低温焊料以及耐低温焊料。

焊料资料

日期:2003-10-11

抗氧化焊料

抗氧化焊料是一种新型焊料，是在普通锡铅焊料中加入微量的抗氧化元素熔炼而成，它具有独特的抗氧化性，润湿性强，且有良好的物理机械和耐腐蚀性能，是当前电子工业生产流水线上的理想焊料，广泛应用于热浸焊以及波峰焊。 抗氧化焊料具有以下特点：

⒈ 抗氧化作用显著，在260℃±10静态时氧化24小时，保护镜而不变色。表态及动态搅拌下产渣量仅为普通焊料的1/6，焊料氧化损失少。

⒉ 焊性、润湿性优良，焊点圆润、饱满、光亮、焊接庇点率底，合格率高。 ⒊ 物理及机械性能符合GB3131-88国家标准。 无铅焊料

保护自然环境，减少工业污染，已越来越受到人们的关注。SMT（表面贴装技术）生产作为电子生产的一部分，也不可避免地存在着对环境污染的问题。找解决SMT生产污染问题的方法和途径，使SMT生产向绿色环保方向发展，其中无铅焊锡就是其中一个关键课题。前在SMT生产过程中普遍采用的是Sn—Pb焊锡，其中铅的含量在40％左右。众所周知铅是有毒的金属，将会对人体和周围环境造成相当巨大

的影响。为了消除铅污染，采用无铅焊锡已势在必行。无铅焊锡的研究目标－－究的无铅焊锡应该具备与Sn—Pb体系焊锡大体相同的特征。具体目标如下： 毒性弱，对环境影响要小。

熔点应同Sn—Pb体系焊锡的熔点（183℃）接近，不应超过200℃。 成本要低，导电性好。

机械强度和耐热疲劳性要与Sn—Pb体系焊锡大体相同。 焊锡的保存稳定性要好。

能利用设备和现行工艺条件进行安装。

能确保有良好的润湿性和安装后的机械可靠性。

焊接后对各种焊接点检修容易和应有良好的电可靠性。

无铅焊锡的研究现状－－无铅焊锡的主要成分是锡，熔点是232℃，与其他金属如银、铋、锌等组成合金体系。 含银焊料

含银焊料应用于银导线，银电极等镀银器件的焊接，防止银扩散，避免电腐蚀，具有长期使用的良好性能及浸润性，焊点质量优于相等含量的锡铅焊料。根据用户不同需要，可生产不同规格的棒（条）及线材制品，棒（条）状制品可用于浸焊、波峰 焊。 高温焊料

特点较一般焊料熔点高，应用于有特殊要求的机械制造、航空、电子及纺织等在较高温度中工作的零件、元器件的焊接。 低温焊料

应用于热敏电子元器件加热温度不宜高的元件进行多层次多组件的分步焊接，操作与一般焊料相同，自行消光，不含镉。除铋焊料外，亦可根据用户的焊接工艺需要，配制生产其它品种的低温焊料以及耐低温焊料。

点胶——波峰焊工艺中常见的缺陷与解决方法

日期:2003-10-11

1、拉丝/拖尾

现象：拉丝/拖尾，点胶中常见缺陷

产生原因：胶嘴内径太小，点胶压力太高，胶嘴离PCB的间距太大，粘胶剂过期或品质不好，贴片胶黏度太高，从冰箱中取出后未能恢复到室温，点胶量太多等。

解决办法：改换内径较大的胶嘴，降低点胶压力，调节“止动”高度，换胶，选择适合黏度的胶种，从冰箱中取出后应恢复到室温（约4h），调整点胶量。

2、胶嘴堵塞

现象：胶嘴出量偏少活没有胶点出来。

产生原因：针孔内未完全清洗干净，贴片胶中混入杂质，有堵孔现象，不相容的胶水相混合。

解决办法：换清洁的针头，换质量较好的贴片胶，贴片胶牌号不应搞错。

３、孔打

现象：只有点胶动作，无出现胶量。

产生原因：混入气泡，胶嘴堵塞。

解决方法：注射筒中的胶应进行脱气泡处理（特别是自己装的胶），按胶嘴堵塞方法处理。

４、元器件偏移

现象：固化元器件移位，严重时元器件引脚不在焊盘上。

产生原因：贴片胶出胶量不均匀（例如片式元件两点胶水一个多一个少），贴片时，元件移位，贴片胶黏力下降，点胶后ＰＣＢ放置时间太长，胶水半固化。

解决办法：检查胶嘴是否有堵塞，排除出胶不均匀现象，调整贴片机工作状态，换胶水，点胶后ＰＣＢ放置时间不应过长（小于４ｈ）。

５、固化后，元器件黏结强度不够，波峰焊后会掉片

现象：固化后，元器件黏结强度不够，低于规范值，有时用手触摸会出现掉片。

产生原因：固化后工艺参数不到位，特别是温度不够，元件尺寸过大，吸热量大，光固化灯老化，胶水不够，元件／ｐｃｂ有污染。

解决办法：调整固化曲线，特别是提高固化温度，通常热固化胶的峰值固化温度很关键，达到峰值温度易引起掉片，对光固化胶来说，应观察光固化灯是否老化，灯管是否有发黑现象，胶水的数量，元件／ｐｃｂ是否有污染。

６、固化后元件引脚上浮／移位

现象：固化后元件引脚浮起来或移位，波峰焊后锡料会进入焊盘，严重时会出现短路和开路。

产生原因：贴片胶不均匀，贴片胶量过多，贴片时元件偏移。

解决办法：调整点胶工艺参数，控制点胶量，调整贴片工艺参数。

无铅回流焊要求更先进的炉温监控技术

日期:2003-10-11

当今世界越来越关注铅带来的环境和健康危害。尽管电子行业铅的用量只占世界总铅量中极其微小的一部分，但我们所关注的是大部分的电子垃圾最后都是掩埋在地下，污染地球和水资源。虽然每年只有一万吨的锡铅合金焊料用于这一领域，但是这些焊料几乎没有得到回收。相反，许多使用更多铅的其他产品，在全世界大部分市场都得到了严格的控制和有效的回收。

欧洲已经采用许多法律手段来禁止和电子行业铅的使用。比如说，WEEE指出：“必须拆除任何废弃的终将被埋入地下，焚烧或再生的电子或电气设备中含有以下成分[铅]的元器件。”本法令将于2006年一月一日生效，虽然其中含有很多豁免情况。这一行动将影响到那些含铅产品进入欧洲市场，不管这些产品是在哪里生产的。

事实上，早在1998年，日本电子工业协会就决定主动消除电子组装中的铅。他们的目标是到2004年真正作到“无铅”。

美国目前还没有这样的法令。有些公司推崇铅的回收利用，认为它是一种比“无铅”更好的解决办法。总之，业界已经广泛接受“无铅”趋势。

竞争因素

许多主张无铅焊接的预言家们，觉得法律手段是无实际意义的，他们相信在不久的将来，单凭市场因素足以促使电子组装业的无铅化。Iwona Turnik博士，摩托罗拉先进技术中心主任在IPC主办的Works99会议发表的市场调查报告中表明：

1. 20%的消费者在购买时会主动考虑环境问题。

2. 45%的消费者购买动机是因为产品对环境安全。

3. 50%的消费者更换品牌是因为发现它对环境有害。

4. 76%的消费者将在价格和质量相当的情况下首先选择环保产品。

例如，日本所有的大型消费类电子产品公司都在大量生产无铅电子产品，推销时使用“绿色产品”作为竞争卖点，特别是消费类电子市场。松下1998年推出了无铅微型CD播放机，包装上用了一片绿色的树叶，作为环保安全标志，市场份额增长显著：从4.7%增长到15%。

汽车行业将是“无铅”趋势的主要动力。汽车“无铅”化不仅对环保有益，而且无铅焊接也改善了焊点的耐温特性。大部分汽车电子部件都被安装在发动机室，因此要承受更高的工作温度（高达摄氏150度）和更剧烈的温度变化。竞争的压力以及担心被排挤出国际大市场的双重考虑，使全球大部分主要电子生产厂家开始为无铅产品做准备。

无铅合金

目前市场上有许多种无铅合金可供使用。而其中前景最好的似乎是锡/银/铜合金和锡/银/铋合金。最终是在二者之中权衡。锡/银/铜合金的焊点比现在的锡/铅合金可靠性要高，但是其熔化温度达到217°C。例如，美国NEMI选择的是95.5锡/3.9银/0.6铜的焊膏。

铋合金，溶化温度是206° 到 213°C之间。尽管人们认为对于消费类电子产品来说，它的焊点有足够的可靠性，但性能还是不如现在的含铅焊料，主要是因为众所周知的焊点起皱现象。有些人选择铋合金是因为它们最接近含铅合金，深受日本人的青睐，被使用在许多无铅电子组件中。它们要比锡/银/铜合金贵，并且也有人关注是否有足够的铋资源满足整个市场需求。

将来不可能有一种所谓“标准”的无铅焊料，而是会有几种不同的焊料共存，他们各有利弊。选择哪一种将很可能取决于产品的具体要求。

对制造工艺的冲击

丝网印刷：最低限度的影响（如果有的话）。

贴片：最低限度的影响。有人辩论说需要提高贴片精度，是因为无铅焊膏回流时自对位能力较差。

回流：由于熔化温度高出20° 到 50°C，对制造工艺有重要影响。

波峰焊：有一定的影响。助焊剂和合金成分的选择变得很重要。工艺上将面临包括“锡须”和“焊点起皱”等问题。可能需要充氮。

检测：与无铅焊接相关的最大变化是焊点表面暗淡，自动光学检测系统可能需要重新编程。还需要额外的操作员培训。

最后一个较为感性的因素是无铅焊点不如含铅焊点光亮好看。当然这不影响组装质量。

返工：耗时且难度大。与锡/铅组装相比，返工时涉及到更高温度和更长时间的加热。不过实验证明无铅组件良好的返工是可以实现的。

无铅回流工艺

无铅焊接给电子组装带来的首要挑战就是更高的工艺温度。普通含铅焊膏的工艺窗口很宽，典型的峰值温度范围介于208° ~235°C。但是锡/银/铜焊膏推荐的峰值温度在242° ~262°C。印制板上最敏感的元件可能只能承受240°C，因此对这些元件来说，这种工艺是不可行的。（参见西门子的研究报告）。还有许多其他元件所能承受的最高温度都在262°C以下。对于这样的组件，与含铅生产相比，可用的工艺窗口大大地缩小了。另外，无铅焊膏的润湿性很差，需要更好地控制从预热到回流的整个制程温度。这个工艺窗口不可能在近期内拓宽。更多地可能要依赖元件制造商花费数年时间发明一代新的抗高温元件。而这种元件也许将因高价格而告终。

较高的温度以及在较高温度下滞留更长的时间，将带来更大的潜在氧化和对可焊性的负面影响。惰

性气体将极大的减小这种影响，许多工艺专家和公司极力推荐这种方法。但是，有必要指出的是，不是每个人都相信无铅工艺中使用惰性气体的必要性。由于氮气成本高，再加上有些无铅产品使用正常气体成功的例子，人们仍在讨论是否需要使用惰性气体。

随着元件密度增加组件日趋复杂，工艺窗口狭窄的问题将变得越来越突出。寻求一个工艺曲线可以适应这样的组件和工艺，特别是尺寸较大、横向温差也较大的线路板，从来都不是一件容易的事。在较为狭窄的无铅工艺窗口进行这项工作需要使用更先进的工艺优化工具。

有些公司在转向无铅产品过程中犹豫不决的原因，除了质量问题，另一个原因是产品成本更高。一个最大的担心是生产线的生产量和生产率将下降。在生产线上回流炉显然不是最慢的机器。但是在为无铅生产设置回流炉时，由于狭窄的工艺窗口，可能需要大大降低传送带的速度。这样，回流炉可能成为整个生产线的瓶颈，并且拖低产量。对于生产多种产品的生产线，使炉子的转换时间最小化是关键，在整个生产线上，炉子往往是准备进入新产品生产的最慢环节。在含铅工艺中，由于工艺窗口宽，一台很普通的炉子就能容易地完成多品种生产。这在将来显然会很困难。

好的方面就是上述质量和生产率的问题都可以解决，并且已有证据显示，甚至提高了现有的水准。为了实现这一点，需要采用全新的思维和工艺规范，同时还需要借助更先进的工艺手段。生产者需要着重于开发更好的工艺，并在生产中不断地加以控制。

工艺开发

含铅组装生产中较宽的温度工艺窗口，使生产者根本没体验过工艺上的难处。很多组装者几乎不知道确切的工艺范围，很少调节回流炉和波峰炉的温度曲线。更糟糕的是，在设定工艺参数时，许多工艺工程师更多地依赖于对工艺数据的主观解释，而不是客观科学的方法。

事实证明以下三个步骤，对于建立一个适合于无铅产品的热制程开发途径，是非常有效的。

确定范围（工艺窗口）

限定工艺窗口在这个过程中，是一个非常重要的部分。产品的质量基本取决于制造中的板子通过一个恰当的工艺窗口。而这又是由具体的焊膏特性决定的，当然还有许多其他的因素要考虑。敏感元件需要的工艺窗口可能与普通的焊膏特性不同。板的底面温度可能需要与顶面的温度有一个温差。元件可能要求放置在某一指定的、即要求温度足够高以回流那些元件密集区时，可能会烧焦的区域。

考量工艺

通过测量曲线的结果，确定上述设置的工艺窗口是否适合于所生产的产品。我们必须确定各个元件上放置的热电偶的测量结果是否都落在所确立的工艺窗口内。这一过程比较耗时，是一种自觉行为，而且还需要具备有关回流焊的工艺知识储备。进行这项工作，一个非常有用的概念叫做工艺窗口指数（PWI）。它能算出相对于先前确定的范围（工艺窗口），设定的曲线占用了可用窗口多大的范围。PWI高于100%，表明超出了确定的范围，PWI等于100%表示设定曲线占用了整个工艺窗口。这是一个不稳定的工艺，任何波动都将导致曲线超出它的限度。任何低于100%的曲线都在这个范围内，数字越小，设置越好，曲线越靠近工艺窗口的中间。

改善提高（优化工艺）

一旦确定了这种设置的优劣，下面就面临必须改善或优化工艺。在任何一台具体的回流炉上，可能有无数种可供选择的参数配置。现代的曲线调制工具和专用软件能够在几秒钟内在所有的参数配置中搜索并选择出最合适的。“最合适的”可能是工艺窗口中间的那条曲线，或者可能是窗口内产量最高的曲线，或者是二者兼顾。这极大地影响到无铅产品的质量和生产率。

工艺控制（CPK）

完成了无铅工艺的开发，接下来就是开始生产。由于无铅工艺范围狭窄，留给那些由于无可避免的温度、导轨速度、对流速率等变化带来的工艺波动的空间就很小了。统计过程控制(SPC)数据可能有助于工艺控制，但数据采集难度较大。所幸目前市场上可以买到几种连续控制系统。这种系统提供实时工艺数据(每块PCB板上真实曲线的数据,而不是来自炉子的数据)。当超出曲线范围时，这种连续控制系统就会即时报警。它还可以监测每个制程参数的CPK水平。这样在超出曲线范围之前就对失控工艺实时报警，可以保证零缺陷生产的实现。

结论

今天已有许多公司，特别是日本的一些消费类电子产品制造商，正在大量生产无铅产品，并且成效卓著。另外，国际上不同的实验室和生产线，已经进行了大量关于产量，抗力强度和使用寿命的无铅实验。也许这些测试会出乎意料地证明：在正确的工艺操作下，无铅焊点比普通的含铅焊点更牢固，有更长期的可靠性。

西门子Dematic电子公司对锡/银/铜焊料进行的一个突破性的研究结论说，峰值温度为232°C焊点的润湿性和焊点强度与峰值温度为242°C和257°C时一样。这一发现意义重大，因为它说明对于目前那些温度不能超过240°C的敏感元件，只要工艺开发适当并采取控制，就可以用于无铅工艺。当然我们还需要对无铅焊接峰值温度低于240°C作进一步研究，但是如果这一发现得到证实，就不需再等待新的耐高温元件了。

可喜的是，尽管无铅生产的工艺窗口较窄，却不会带来什么额外的成本。除了那些已经陈旧，温区短，而且设计很差的炉子，现今的回流炉都能进行无铅工艺操作。但是可能需要更好的工艺开发和控制的工具。那些正积极准备进入无铅领域的OEM公司，很快将不仅受益于焊点更牢固，而且在市场上也更有竞争力。同样，CMS公司也将为他们的客户在这个竞争极其激烈的行业赢得市场提供新的能力。

影响波峰焊质量分析

日期:2003-10-11

摘要：本文分析了波峰焊各技术参数对焊接质量的影响，并简介焊接质量的控制及焊料保护措施。

波峰焊接技术的普及和应用，对电子产品装联工艺技术进步的影响有划时代的意义，它实现了软钎接的自动化，大幅度地提高了生效率，而且对产品质量状况的改善也是极为明显的。在广泛使用波峰焊接技

术的情况下，采取一些切实可行的质量控制措施，确保军用设备的高可靠性，成为波峰焊工艺生产中一项任务。

进行波峰焊接的印刷板上必须涂阻焊剂，留下需要焊接的部分，这样有利于焊接。这是由于在涂印阻焊剂后，有阻焊剂地方表面张力加大，而减少了焊盘的表面张力。影响焊接质量的还有与元器件引线相匹配的的孔。如孔径大了，就会产生空洞现象。而孔径小了，造成插元件困难，影响装配速度。一般孔径比元器件引线要大20-30u为最好。焊盘与焊盘之间要尽量保持一段距离，位置安排适才

有助于焊接。焊盘的大小也是个影响因素，太大或太小都会产生质量问题，另外，引线伸出焊盘的长短也要保持适中，引线过长，上锡量少，引线过短，易引起虚焊，一般取2-3mm。我们取3mm。

预热是波峰焊机不可缺少的一部分，掌握预热温度可减少或避免焊点拉尖和圆缺，预热温度控制在70-900C。这个温度是指印制板焊接面通过预热器所测得的温度，也正好是焊剂的活化温度，其助焊作用最佳。如果预热温度超过900C，则泡沫助焊剂就会干枯而

失去流动性，增加钎料和基体金属的表面张力，将引起桥接，焊料堆积，板面上有飞溅的小锡粒等焊接质量问题。预热温度不足，涂布在印制板上的焊液不能全部汽化掉，这样在浸焊时，一旦接触到高温焊锡立即汽化形成气泡阻碍了焊料与底盘的结合，很容易形成蜂窝式的虚焊，预热温度不足，还会使涂布在印制板焊点上的焊剂不能全部活化，造成吃锡太少或根本吃不上锡，影响焊接质量。

波峰焊槽的锡温对焊接的质量影响也很大。锡温若偏低，焊锡波峰的流动性就变差，表面张力大，易造成虚焊和拉尖等庇病，失去波峰焊接所应具有的优越性。若锡温偏高，有可能造成元器件受高温而变质损坏，同时锡温偏高，亦会加速锡的表面氧化。夏季波峰焊波峰焊接工艺中，助焊剂是必不可少的辅料。良好的助焊剂应能清除焊接物表面的氧化物，并能防止高温下焊面的再氧化，对表面张力的平衡施加影响，减小接触角，促进钎料漫流。合理涂布助焊剂对提高焊接质量非常有利，而助焊剂的浓度大小又直接影响到助焊

剂的涂布。当助焊剂比重在时，泡沫发粘影响涂布的均匀性，预热时也很难使其全部活化。这对于焊接效果来说，出现了明显的不利影响，焊后残留余物也太多，影响印制板的清洁。当焊剂浓度小，在印制板运行过程中易流失，而印制板实际得到助焊剂减少，大大

削弱了助焊的作用。根据比较按助焊剂的比重来确定，一般是在其比重为0.8g/cm3-0.83g/cm3间选择，夏季取0.8g/cm3，冬季 取0.82 g/cm3。 波峰高度

波峰高度的升高和降低直接影响到波峰的平稳程度及波峰表面焊锡的流动性。适当的波峰高度可以保证印制板有良好的压锡深度，使焊点能充分与焊锡接触。平稳的波峰可使整块印制板在焊接时间内都能得到均匀的焊接。当波峰焊偏高时，表明泵内液态焊料的流速增大。雷诺数值增大将使液态流体进行湍流（紊流）状态，导致波峰不易稳定，造成印制板漫锡，使元器件损坏。但对于波峰上的印制（PCB）的压力增大，这有利于焊缝的填充。但易引起拉尖、桥接等缺陷。波偏低时，泵内液态钎料流体流速低并为层流态，因而

波峰跳动小，平稳。焊锡的流动性变差了，容易产生吃锡量不够，锡点不饱满等缺陷。按照钎料波峰动力学的观点分析，波峰的工作高度取10mm效果最佳。

印制板的传送速度与夹送倾角钎焊时间往往可以用传送速度表示出来。被焊表面浸入和退出熔化钎料波峰的速，对润湿质量，钎料层的均匀性和厚度影响很大。焊料被吸收到印制板焊盘孔内，立即产生热交换。当印制板离开波峰时，放出潜热。焊料由液相变为固相。当焊料槽温度在2500C-2600C左右，焊区温度就在2450C左右，焊接时间应在3-5秒左右。也就是说印制板某一引线脚与锡的接触时间为3-5秒，但由于室

内温度的变化助焊剂的性能和锡的温度不同，接触时间就要有所不同，因此，行进速度要有所控制和调节。印制线路板沿着倾斜角度运动时a角越大越好，越能消除拉尖，通过试验摸索到传送装置倾斜6-70是有助于把钎料更快的剥离使之返回波峰。

防氧化油的使用

液态状的高温焊料很容易氧化，这不仅使锡的浪费量很大，还会影响焊接质量。最好的办法是使用防氧化焊料。投如金属氧化片。或在焊料槽内喷一层防氧化油来减缓焊料的氧化，减少桥接现象。质量好的防氧化油含有适量激活剂，它会提高助焊剂的功效。一般采用布油泵来控制防氧化油的用量，使印制板表面基本不粘染防氧化油。 波峰焊接质量控制措施 消除焊点拉尖

焊点的拉尖是多余的焊料凝固在引线端部形成不规律的锥状的锡体，这是焊点的多余部分，是焊的庇病之一。采取消除焊点拉尖的办 法是：

控制锡锅温度在2500C-2600C，不能让锡温波动很大。

传送速度快和慢都易造成拉尖，传送速度应控制在以2450C为最合适的钎接时间为3秒左右。 印制线路板与波峰夹角控制在6-70，如果角度过大或过小都易造成焊点的拉尖。 元器件引线不氧化，可焊性好也可减少焊点拉尖。 减少焊点的虚锡

元器件引线在焊接前全部进行搪锡，100％符合搪锡质量要求。 印制线路板设计与制造应符合工艺要求。

泡沫助焊剂的配比及浓度按工艺规定，定期进行质量检查。 形成饱满的焊点

控制印制线路板的预热温度（70-900C）。 注意锡锅的恒温精度，温度梯变化不能太大。 严格按工艺要求对助焊剂进行配比和测定是。 印制线路板印刷阻焊剂。

定期对焊料进行测定和化学分析。 波峰焊接中焊料的保护

焊料槽中各类物质汇集，是产生物理化学反应的地方。印制线路板上的铜箔、元器件的引线，各种连接端子及其镀层全浸入焊料槽中，助焊剂残留物，氧化油不断涌入焊料槽，在槽中溶解而造成污染。这此污染直接影响了焊接质量，是波峰焊的致命弱点。对钎料槽中的钎料污染物主要是铜，其次是锌。除此外，还有各种合金组等。铜：铜和锡结合生成的化学物，使焊料的流动性变差，表面张力增大。

锌：如含量达0.005％，就会对焊点外观、钎料流动性及润湿性造成不良影响，严重时焊接失效，整槽焊料报废。金：金和铅锡结合生成金属化合物会使焊点失去光泽、变脆。

为了保证焊接质量，焊料要定期抽检查，当超过表中含量时，整槽焊料必须更换。为了防止焊料的迅速污染，可采取适当降低焊接温度，焊接时间，印制板采用阻焊膜等对策，焊料槽补料时尽量做到选用纯度高的焊料。 焊接举例

在某型号印制板后期的焊接中，这台波峰焊机（87年引进6TF/330，电磁波、空心波、单波峰）焊接机焊接时发生了较多的连焊和拉尖现象，尤其拉尖最为严重，当时这类焊点超过了总焊的5％以上。我们仔细检查了焊接工艺条件并没有改变，印制板、元器件等

原材料也没有变，唯一可能是我们对波峰焊机经验不足，了解不够。针对这一情况，我们请教了专家，对波峰焊接机使用的工艺参数进行适当的检查和调整。如预热不足，调整了预热时间，由原来的5秒调整到10秒，10秒调整到20秒，清理了预热板，同时也适当调整了预热板与夹具间的距离。另一方面，助焊剂比重随着环境温度和焊板的多少不断变化，需要我们经常用密度计测量其比重，随

时添加助焊剂或稀释剂，此法不光繁琐，更重要的是人工方法很难掌握环境温度变化和生产中动态因素的影响，不能精确控制其比重，也无法判断其杂质的含量。针对此情况我们在波峰焊接机上加装了（TC-K1

型）焊剂控制仪。它通过密度传感器、温度传感器、液位传感器、寿命传感器，对焊剂在生产过程中的使用参数及时测量，校正补偿，自动供液调整，保证了焊接质量。我们使用的助

焊剂是北京无线电厂生产的，其比重为0.83g/cm3，夏天我们取0.80g/cm3，冬天取0.81g/cm3-0.82g/cm3。再者，焊料槽中锡的质量也直接影响其质量，印制板上的铜箔、元器件的引线、各种连接端子及其镀层侵入、助焊剂的残留物及氧化物的不断涌入，在 元素名称金铜锌

最大允许含量0.08 0.25 0.005 欢迎光临SMT论坛页码，4/4

槽中溶解而造成污染，使得铜、锌、金等各种合金组的含量超标，针对此现象我们对锡槽进行了清理，更换焊锡和高温油，并在更换后的锡锅时投加了金属抗氧化片。改善了焊接质量，对波峰高度也做了适当调整。在某型号备份的焊接中，焊点的合格率在98％以上。

综上所述，使用波峰焊接机对印制板进行焊接可获得优良的焊接效果，也可成倍地提高效率，是电子产品必不可少的。

波峰焊的工艺发展，对电子产品的质量保障和提高生产效率，降低产品能耗，缩短产品研制周期，具有明显的效果，目前市场上更大功率，更大容锡量，具有三波峰的焊接质量更好、生产效率更高的波峰焊接机，已经为更多的经济实体广泛应用。我所在面向21世

纪，承担更大规模相控阵雷达研制生产的情况下，更好地发挥现有设备的作用，不断改良和引进新的质量更佳的焊接设备，是23所无线装联人员期盼的目标，我们将一方面现有设备上挖掘潜力，另一方面要精选适合高、精、尖技术和微、轻、细器件的焊接设备，使之为23所的焊接工艺开辟新的天地，为完成23所的各项型号的焊接任务做扎扎实实的工作。

By Martin Ingall, Gustavo Jimenez, Pete Michela, Monica Taylor and Nissim Sasson

本文介绍：“对驻留时间和浸锡深度的研究，揭示了波峰焊接的可重复性与缺陷减少的重大机遇。” 在过去几年中，生产与工艺工程师对板与波峰的相互作用又有新的认识，导致了波峰焊接程序的戏剧性变化。例如，已经采用直接测量PCB在波峰焊接中经历的技术。得到了电路板品质的即时与显著的改善，推动该技术的广泛使用。

板与波相互作用的中心

制造波峰焊机的唯一目的是：让板与焊锡波峰相互作用。你知道这个叙述是完全正确的，因为当你看看回流焊接炉里面时你没有看到波峰。在回流焊接炉中，当板经历加热温度时，出现的是化学反应，不象在波峰焊接中。

在波峰焊机内，当把板送到焊锡波峰上时，化学反应与温度是作用物。其结果，与表面贴装的炉相比较，波峰焊机内温度的工艺窗口是宽松的，并且板与波峰相互作用的精确控制产生很大好处。

引脚在焊锡波峰内只是几秒钟或更少。焊接应该可以在一次过中达到，不出现缺陷。由于这个过程是如此简单，今天的板是如此复杂，使得电路板必须精确地通过波峰。有头脑的工程师已经知道，似乎很小的板与波峰过程的变化可以导致很大的品质变化。

温度曲线的

那些坚持认为波峰焊接控制主要是温度的人，通常选择严格地依赖温度粘结剂、高温计或温度曲线。虽然温度是重要的，但它不能说明板与焊锡波峰的相互作用。

没有板与波的精确数据的波峰焊接可能造成连续的缺陷、生产危机和停机时间。实际上，生产管理人员了解这样的结果，看到工位上需要修理工人，承受产量与品质的压力。

尽管有温度管理的Herculean效应、波峰焊机品质的惊奇进步、以及助焊剂与焊锡化学成分的不断发

展，波峰焊接还可能是有问题的。如果问一个制造工程师从哪里主要出现装配缺陷，最常见，他或她会指向波峰焊机。

因此，返工人员每天、每班工作只是为了修整生产线上的缺陷。修理现在的水平不是看作对生产失效的一个补偿性活动，可以去掉的一样事情，而是经常看作生产线本身“可以接受的”部分。这个看法的直接结果就是允许生产成本的大幅增加和波峰焊接严重的表现不佳。

例如，调节预热器永远不能消除由于太长驻留时间引起的锡桥或者由于浸锡深度太浅所引起的不焊(skipping)。这里所陈述的研究结果将表明，现有的波峰焊接缺陷的大多数只能通过对板与锡波相互作用的精确、直接的测量与控制才能消除。 板与锡波的相互作用

假设板与波峰是平行的，板与波峰相互作用有三个清楚的同时发生的面，可以直接准确地测量： 1. 驻留时间(dwell 入库时间e): 驻留时间是一个引脚在焊锡波内的时间数量，需要以0.10秒的递增来控制。

2.浸锡深度(immersion depth): 浸锡深度是板浸在焊锡波内有多深。由于最好的波峰具有10~20-mil 之间的波峰高度变化，这个参数最好是通过其穿过一个过程窗口的通道来测量。用于本研究的设备使用12-mil的递增量。

3.接触长度(contact length): 接触长度是一个引脚通过波峰的距离。

图一，解释了板的浸锡深度与接触长度的相互关系，显示浸锡深度直接决定接触长度。接触长度又直接影响驻留时间，因为： 驻留时间 = 接触长度 ÷ 传送带速度。ㄍ计?）

传送带速度的设定将不能单独控制在焊锡波峰上的驻留时间。必须有精确测量与控制浸锡深度的方法。 波峰形状

我们许多人都有在两台不同的波峰焊机上运行同一个装配的经验，看到的是两个很不同的板的品质的出现。在两台波峰焊机设定成相同的泵的速度、传送带速度、传送带角度、锡缸高度、预热与焊接温度；使用相同的化学品；相同的维护计划；以及显示相同的温度曲线的时候，为什么波峰焊机还会产生不同的结果？

作为一个工业，我常常已经退而接受“不同的波峰焊机有不同的个性。”有些人责怪操作员。但是这个答案是简单的，可测量的：所有波峰焊机产生的波峰是不同形状的。

图二，显示波峰形状对接触长度的影响。一个较宽的波意味着较长的接触长度 - 因此，驻留时间较长 - 以相同的浸锡深度。ㄍ计?）机器设定的

控制波峰焊接过程涉及直接测量板在波峰上实际所经历的。波峰焊机永远不能保证可重复性。板看不到传送带速度；但感受到驻留时间。同样，板不知道泵的速度，但感受到浸锡深度。还有，波峰焊机的设定不显示波峰焊机的可变化性。因此，波峰焊接的参数必须主要基于板与波峰的相互作用，而不是波峰焊机的设定。

装配工厂没有必要责怪它们的波峰焊机，助焊剂或操作人员，因为实际的挑战是波峰焊接工艺过程本身。波峰焊机不能测量板与波的相互作用；好的设备不是用来补偿一个不受控的工艺。

用于研究的驻留时间基线

一家主要的消费电子公司让其北美的工厂完成为期一个月的研究，以评估驻留时间优化与可重复性的重要性。选择了最大批量的装配来用作研究，它代表在该地生产的所有电路板的19%。

为了这个用途，使用一台电子设备和直接板与波峰接触传感器。由于能够进行每排四个运行，该设备可以在将数据卸载到PC之前记录多个读数。还有，该设备的LCD显示器允许从波峰焊机出来时即时的数据读数，并提供浸锡高度的直接测量。下面是进行的步骤：

1.测量与建立平行度。

2.测量现时板的驻留时间，以前是 1 秒。 3.测量现时板的浸锡深度，以前是 24-mil。

4.评估板的质量。得出 312 ppm(parts per million)的缺陷率，这个被认为在工厂内是正常的，按工业标准也是很好的，尽管有一定量的返工数量。

5.步骤 1 ~3 对一排中的三个班次很容易地完成，每班两次，因为所有数据都是在通过波峰焊机的设备一次运行中获得的。步骤 4 是在每一班次结束时完成。

在运行装配板之前，如果测量显示不平行 - 或者驻留时间比 1 秒钟超出 0.1 秒，或者浸锡深度不是 24-mil - 则对波峰焊机作出调整。另外作一些测量以证实发生所希望的板与波的相互作用。始终保持那些与板-波相互作用无关的地方，包括，如，助焊剂类型、预热设定和焊锡温度。

在每班结束时，作百万缺陷(dpm, defects per million)记录。这个板的 dpm 持续地在312范围。因此，达到了电路板质量的可重复性。 驻留时间研究方法

下一个目标是决定是否板的缺陷率受到以不同驻留时间运行的影响。这个计划涉及以不同的驻留时间运行相同类型的板，驻留时间以半秒的递增幅度从0.5秒增加到5.0秒，并且涉及将每个驻留时间与其产生的缺陷率相联系。对每个驻留时间进行上述的 1~5 步。

图三的蓝线显示该结果。对这个特定的板产生最低缺陷率的驻留时间是在 2.5~3 秒之间。然后进行这个板的进一步研究，在 2.8 秒时缺陷持续最低。因此该板现在只以 2.8 秒的驻留时间和 24-mil 的浸锡深度运行。波峰焊机的设定现在是非主要的，与使用的波峰焊机无关。驻留时间的优化已经完成，同样达到在实际任何的波峰焊机上以可预计的品质装配该板的灵活性。

对于该消费电子公司，这些结果就是对操作员的有意的波峰焊接工艺文件、更清晰的ぷ髦甘荆蟮牧榛钚裕蛭冒蹇梢钥煽康赝ü魏尾ǚ搴富８霉疽部梢允迪指俚墓炭刂仆急碇械姆逯担蛭诎逶诵兄敖辛瞬饬浚桓俚耐；奔洌唤细叩牟浚跎俣怨ひ展こ淌Φ难沽Γ灰约案淇斓墓芾怼?nbsp;

其它观察包括：

●所发现的最佳驻留时间与以前发生的有很大的不同悄鞘泵挥胁饬俊?nbsp; ●缺陷率随驻留时间的不同而显著变化。

●控制浸锡深度对本研究是关键的，因为浸锡深度的变化意味着接触长度的变化，结果，驻留时间不受控。

逐板的优化

正如每钟板在表面贴装炉中使用其自己的温度曲线一样，每种板也在波峰焊机中使用其自己的板与波峰的参数。因此，上述研究也对第二种板进行。

图三，把结果记录成红线。研究发现，对这种板的最佳驻留时间是 3.6 秒，与第一种板的 2.8 秒形成对比。注意两种板的“驻留时间曲线”是不同的。虽然不太象第一种板所获得的新基线那么低，但该工艺过程得到所研究的第二种板的显著更低的缺陷率，这种板以前也是以 1 秒运行。这些结果强烈地显示诸如非最佳浸锡深度或设计问题等这些缺陷根源与驻留时间没有关系。 ㄍ计?） 浸锡深度

改变浸锡深度会改变接触长度和驻留时间，这使得浸锡深度的直接和准确测量成为关键。泵速产生波峰高度，它随着锡缸的焊锡变空而消失。可是，板的实际浸锡深度决定于几个因素，包括锡缸高度、PCB怎样座落在传送带的指爪上、弯曲、破裂或变钩的指爪、传送带角度、以及是否使用托盘。ㄍ计?）

可是，控制浸锡深度 - 测量和把它保持持续不变 - 只是这个难题中的一小部分。另一个是决定在那个浸锡高度，板的品质是最佳的。在图四中，注意由蓝条形所代表的板的缺陷率，在不同范围上比由黄色条形所代表的板更优化：48 mil 或甚至 36~60 mil 分别比 24~36 mil。因此，不同板的类型最受益于不同浸锡深度。

结论

板与波峰优化的好处是很大的，当决定波峰焊接工作指示时，需要进行逐个电路板地评估。对板实际所经历的进行直接测量与管理是关键的。对所有的板使用相同的波峰焊机设定将永远不会产生对各种装配类型最佳的波峰焊接结果，对波峰焊机设定的依赖不包装板与波峰相互作用的可重复性。

优化要求对板上实际缺陷有关的调整。只记录机器设定和/或注重板与波的数据将不会产生所希望的结果。波峰焊机不一定是可重复的。

要开始是简单的。该过程只要花几分钟，并且将马上产生对你有帮助的信息：

1.象平时你对特定的板一样设定波峰焊机。

2.一旦你已经建立板对波的平行度，记录驻留时间和浸锡深度读数。 3.处理其中一块板，记录其波峰焊接品质。

4.作为确定最佳驻留时间的第一步，将传送带速度减少到每分钟0.75英尺，再运行设备，得到新的驻留时间读数。

5.再运行相同板类型中的一个，记录其波峰焊接品质。

如果板的质量已经改善，那么你已经得到一个比你现在用于运行板的驻留时间更优越的驻留时间。你现在可以每天在每一次运行该类板之前记录驻留时间读数，以保证你的波峰焊机对你的板给予所希望的、更好的经验。因此，你可用该数据来保证可重复性和最佳效果。

如果板的品质恶化，那么增加传送带速度，重复相同的步骤。你将很快找到最佳的板与波相互作用参数。为了评估浸锡深度对波峰焊接品质的影响，改变泵的速度，另外进行相同的步骤。

要理解的另一个重要方面是工艺窗口(process window)。所有波峰焊机有其自己的数据变化和可重复性的正常范围，这个只有通过在机器保持在使用的每个设定时，对驻留时间和浸锡深度的直接测量来确定。理解波峰焊机的对驻留时间、浸锡深度和平行度的工艺窗口，将帮助你优化对每个板的波峰焊接工艺。

如果你的工厂一个产品高度混合的工厂，那么从最普通或最棘手的板开始。对于大批量、的混合的运作，你有机会来优化你运行的每一个板。对于两类工厂，在不同的波峰焊机之间，甚至工厂位置之间可靠地移动一种特定板的灵活性也要增加。

许多工厂已经将可得到的技术与简单的程序相结合，以优化其电路板的驻留时间、控制浸锡深度和得到其波峰焊接工艺的真正可重复性。对于那些想要迅速降低成本和与波峰焊接品质的工业规范保持步伐的工厂，这里所叙述的技术与程序值得调查研究。

Martin Ingall, Peter Michela, Monica Taylor and Nissim Sasson, are with Technology Information Corp., Burtosville, MD; (301) 476-7329. Gustavo Jimenez has directed wave solder and through-hole manufacturing at three of the largest maquiladoras and is currently a senior process and key technology engineer in Juarez, Mexico; (52) 16-293-827.

波峰焊接的持续改进方法

日期:2003-10-11

波峰焊接是一项成熟的技术，保持一种有效的大规模焊接工艺过程，特别是对通孔和第三类SMT装配。可是，波峰焊接也由于其不连续的性能和复杂性，被人们不接受。波峰焊接的复杂是由于其过程运作变量，例如，传送带速度、预热温度、波峰的焊接问题，板与波的交互作用、助焊剂化学成分、机器维护、板的设计、元件的可行性和操作员的培训。

近来，有些制造商企图尝试撇开波峰焊接，来做其PCB装配流水线工艺流程，由于有许多涌现的技术和“更小、更快、更便宜”的需求。如果可以掌握到波峰焊接的复杂性，以达到可重复的良好的焊接性能，一些专家相信，它将保持其适当的位置和使其适应新的挑战。

波峰焊接改进的目的是在第一时间生产出完美的波峰焊接点。每个与波峰焊接改进有关的人都必须认识到，焊接缺陷的修补是不必要的和十分花费的。除此之外，修补也将不会改进原来的焊接点。事实上，焊接点将会降级，因为它们要经历另一次温度周期，增加金属间化合物的厚度。

一个波峰焊接改进小组在Adaptec的Proto Assembly Center成立。不是尝试去寻找一个一次性修正方案，而是采用了连续的问题解决方法。小组采用Deming的计划、干、研究和行动循环(PDSA, Plan, Do, Study, Act)，这是问题解决的连续的逼近途径。

因为人是任何改进行动的基础，日本的Kaizen哲学首先关心的是人的素质。如果人的素质得到改进，那么过程改进随之而来。对每一个涉及波峰焊接过程的人需要做定期的正式和适当的培训。从波峰焊接改进的前景，到每一件和焊接过程有关的事都可以改进。不管改进是多小，或改进行动是什么，都降提高整个的焊接性能。

连续改进策略

改进过程包括四个主要阶段：定义目标、建立和培训集中小组、采用Deming的PDSA循环、和评估由于改进效果的所发生的变化。由于管理层的支持，工程目标清楚地定义如下：“团结组织内所有有关人员，一起工作以达到没有大的固定资产投入的情况下，连续地改进现有的波峰焊接工艺。”

由于人是任何改进行动的基础，“人员素质”的改进结果将是过程的改进。对与波峰焊接过程有关的每个人必须定期接受正式的和适当的培训。把“人员素质”哲学应用到波峰焊接改进的计划中，必须对小组成员进行两个正式的培训阶段。

第一个阶段包括两个全天的由外面专家进行的技术培训。覆盖的主题诸如波峰焊接理论、焊接缺陷分析、和波峰焊机的操作与维护。在第二培训阶段，公司的高级品质经理讲的主题如问题解决和过程改进技术。

小组不断进展，识别和排除所有的波峰焊接缺陷的可控制的根源，找出波峰焊接缺陷的不可控制根源，并把不可控制根源转换成可控制的。有些不可控制根源(例如，PCB设计、元件选择、设备等)可变成可控制的。

Deming的PDSA循环的应用

Deming的PDSA循环可应用于过程改进的不同级别，对本应用，计划(Plan)阶段的组成为监测现有过程、收集焊接缺陷数据、找出根本原因和实行改进计划。在做(Do)的阶段，实施每个行动计划，在研究(Study)阶段评估结果，看是否计划如预期的执行。也在研究(Study)阶段，进一步的问题或机会得到检验。在Deming循环的最后阶段，行动(Act)阶段，在评估从研究阶段得出结果的基础上采取适当行动，采用或放弃这些改进。

如果改进计划如预期实施，改进将标准化成为有关的规范，以确保日常地得到实施。可是，如果改进计划没有满足预期目标，那么，要建立新的改进计划，把Deming的PDSA循环带回开始阶段。不管改进采用或放弃，Deming循环要从新开始，直到可以排除所有的根源。

改进工具的应用

在早期阶段，几种问题解决工具被广泛使用。Pareto图表用于以图形表示波峰焊接缺陷和原因的影响，帮助小组区分优先次序，指引问题解决的努力

因果图(鱼骨图Fishbone)也大量地使用，在集体讨论的气氛中建立。通过图形表示因果链，因果图帮助小组分类出波峰焊接缺陷的潜在原因，把原因分成定义的类别。

基于波峰焊接监测的结果和焊接缺陷的因果分析，小组订立一个由各种子计划组成的全面计划。然后每个子计划采用Deming循环来执行计划。

在Deming循环的研究阶段，焊接性能被测量和绘成一种统计控制图，以监测改进和发现过程的变化。比较是相对于以前所作的测量，而不是标准或可接受水平。

波峰焊接的优化

基本上，波峰焊接由三个子过程组成：过助焊剂、预热和焊接。优化波峰焊接过程意味着优化这三个子过程。

助焊剂选择。焊接助焊剂是该过程的必要部分。它除去氧化物，清洁金属表面，以帮助熔湿。它也在加热过程中保护金属表面，防止金属再氧化。为了改进波峰焊接质量，第一步是找到一种可替换的助焊剂，它将提高焊锡的可熔湿性，和适合于免清洗过程。由于免洗助焊剂的表面绝缘阻抗(SIR, surface insulation resistance)污染水平要求，助焊剂的选择局限在那些低固体含量。

开始，选择用于评估来自不同助焊剂供应商的九种助焊剂 – 六种乙醇基和三种水基。所有助焊剂都施加在光板上，板再通过波峰焊机。五种助焊剂被排除，因为它们在过程后产生要不更多的助焊剂残留，要不更多的污染在板上。通过目视残留物评估的剩下四种助焊剂放到通过SIR和离子色谱分离法测试。SIR测试按照ANSI/J-STD-001A标准，在85°C和85%湿度下进行七日，而离子色谱分离法测试按照IPC-TM-650方法2.3.28完成。四种助焊剂中，一种实际上没通过离子色谱分离法测试，因为板面上，其离子污染水平高于每平方英寸1m g的氯化物、溴化物和硫酸盐。 助焊剂评估的最后一步是波峰缺陷分析。选择一块由头、连接器、和许多底部片状电容和电阻组成的板，来测试剩下的三种助焊剂。每一种助焊剂使用5块板来作评估运行。产生的缺陷是锡桥、锡量过多、不熔湿、焊锡遗漏和锡球。最后的选择是基于缺陷的计数。选择了一种只有三个缺陷的、乙醇基、2.5%固体含量的助焊剂。

助焊剂沉积分析。施于PCB的助焊剂数量和沉积物的均匀度是良好焊点的关键。为了保证助焊剂均匀地施加到PCB，助焊剂处理器必须正确地设定。使用的波峰焊机装备有内部喷雾助焊剂处理器，通过一个外部的气电柜来控制。小组采取用来保证喷雾助焊剂处理器设定正确的第一个步骤是，优化助焊剂控制单元的设定：助焊剂速度、空气刀压力和助焊剂的量。

一个有四个因素的两级工厂试验用来决定助焊剂覆盖和它们之间的交互作用的主要影响。助焊剂覆盖是用来决定助焊剂沉积物的均匀性的响应。用来决定助焊剂覆盖的方法是，将一张化学敏感的传真纸附着在一块无细孔的板上。当板通过助焊剂处理器上时，助焊剂喷雾在纸上，引起纸变颜色。纸上改变颜色的百分比计算和记录为每个板的助焊剂覆盖百分比。

基于标准的Pareto图，助焊剂的量和空气刀压力是最重要的因素。助焊剂覆盖区域是随着助焊剂的速度和量的增加以及空气刀压力的减少而增加的。传送带速度比较其它三个因素是不太重要的因素。为了决定这些因素的设定，另外做了一个级别改变的24-1的部分工厂试验。在这个试验中，助焊剂速度和量的低级数值减少到40psi，空气刀压力的高级数值增加到30psi。包括五个中点的试验作来收集其它有关主要影响和交互作用的信息。试验结果帮助建立如下优化的助焊剂设定：

助焊剂速度：45psi 助焊剂的量：45psi 空气刀压力：25psi

优化曲线。波峰焊助焊剂处理器设定和助焊剂选择完成后，下一个改进区域是控制波峰焊变量和建立电路板产品的温度曲线。关键变量是传送带速度、预热温度和焊锡温度。因为得到准确温度曲线的最直接的方法是从经过波峰焊机的装配板上获得数据，所以重要的是为每块PCB建立各自的温度曲线。由于在Proto Assembly Center使用的PCB有类似和一致的特征，如，尺寸、厚度、层数和元件贴装，所以它们可以分成类族，以使温度曲线的数量减到最少，并达到相同的焊接结果。最后，根据特征建立了六个不同的PCB类族。 PCB 4.5 x 7\单面 PCB 4.5 x 13\单面

PCB 4.5 x 7\双面，没有选择性波峰夹具 PCB 4.5 x 7\双面，有选择性波峰夹具 PCB 4.5 x 13\双面，没有选择性波峰夹具 PCB 4.5 x 13\双面，有选择性波峰夹具

作波峰焊曲线期间，一个最困难的任务是决定预热器的设定点。预热过程中，加热PCB的最佳目标是将板顶面的温度升到200~210° F，而保持板底面温度在一个可接受的水平。为了将用于决定预热器设定而所需要运行的次数减到最少，使用了两个24-1的部分工厂试验。用于两个试验的因素是相同的：预热区1、预热区2、预热区3和传送带速度。用于第一个试验的响应是顶部温度，而用于第二个试验的响应是焊料屈从。第二个试验是在第一次试验期间决定了变量范围后进行的。表二和三列出了两个试验的所有变量、响应和变量范围。

板和波峰交互参数的控制。在上助焊剂过程优化和最优的加热器和传送带速度设定决定后，实施用来控制上锡过程的系统。变量，如焊锡接触居留时间、浸锡深度和传送带平行，是当板经过波峰时需要控制的关键因素。板与波的交互参数是使用一个波峰焊接优化器来测量和控制的。

影响驻留时间和浸锡深度的变量是传送带速度、锡罐水平、锡泵高度、PCB坐在指爪上的方法和是否

采用夹具。因为传送带速度是基于PCB预热要求决定的，它在调节焊锡接触驻留时间和浸锡高度时是保持不变的。控制驻留时间和浸锡深度的方法是固定锡罐的水平，和基于预先决定的最优值上调节锡泵的速度。最优的浸锡深度和驻留时间是在产生最低缺陷率的时间基础上决定的。

波峰焊接的改革 为波峰焊接设计PCB。小组考虑的另一个重要得事情是适当的PCB设计。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，和在选择性波峰夹具开口与邻近元件之间有足够的空余。

适当的元件分布要求用来防止焊接遗漏、不均匀的焊接圆角和锡桥。为了使一些表面贴装元件(SMD)的成功波峰焊接，可以修改正常的焊盘来改进合格率。修改SMD焊盘的其中一些要求是，焊盘之间适当的胶点间隙、为减少锡桥额外的焊锡吸取，和元件与焊盘之间最小的空隙。对一些交错的高引脚数连接器，增加虚设的吸锡焊盘给托尾引胶，也可以帮助防止锡桥。就使用选择性夹具的波峰焊接PCB而言，遮蔽的SMD与暴露的引脚之间的空余对焊接结果以及夹具的持久性是关键的。如果空余不够，可能发生焊接遗漏和锡桥。

一个测试载体设计用来评估元件交错影响、SMD之间的最小空间、SMD与通孔元件之间的最小空间、焊盘设计、和波峰焊接过程中的阴影效应。测试板包括不同的0603, 0805, 1206的焊盘设计和不同的元件间隙。通孔的端板和连接器不同的坐向来作元件方向评估。另外，八种不同的虚设吸锡焊盘设计加入到一个微型SCSI连接器焊盘，由于它通常在生产期间在拖尾行上产生锡桥。图五所示为微型SCSI连接器上的虚设吸锡焊盘设计。

选择性和通用可调节旋转波峰夹具两个都设计用来解决这个板面设计挑战。图六所示的通用旋转可调节波峰夹具是设计用于SMT第三类板 – 只有被动元件安装在板的第二面。图七所示的选择性可调节旋转夹具设计用于SMT第二类型的板 – 主动和被动SMT元件都安装在主面和第二面。通孔元件安装在SMT第二和三类型装配的主面。

旋转夹具的角度可以调节，以允许引脚接触到不动的波峰焊锡。当由于设计的约束而发生挑战元件的布置时，这个可调节的旋转夹具帮助消除板上的锡桥和焊接遗漏缺陷， 结论

克服波峰焊接的复杂性是复杂的，似乎没有象一次性解决方案这样的东西，来保证可重复的结果。通过采用连续的改进概念和本文所讨论的工具，小组已有效地得出令人鼓舞的结果 – 96%的补焊被消除。

补焊是一个昂贵的过程，并损害焊接点。因此，第一次生产出完美的波峰焊点，不仅只是口号，或一个有动机的方案。的确，这是制造商使用的最节省成本的方法。通过显著的改进结果，一个渐进的、连续的改进过程正是达到“零波峰焊接缺陷”目标的方法。这个工程也证明了，“人员素质”哲学是可行的。

本文节自在SMTA International 1999上原发表的论文。

参考书：

1.R. Prasad, Surface Mount Technology — Principles and Practice, Chapman & Hall, p. 534.

2.R. Robertson, \"Streamlining PCB Assembly,\" Circuits Assembly, April 1999, p. 32-35.

3.H. Markstein, \"Wave Soldering Maintains its Niche in PCB 4.Assembly,\" Electronic Packaging & Production, August 1998, p. 42-50.

5.L. Hymes, \"Wave Soldering — Still Viable,\" Circuits Assembly, April 1999, p. 28-30.

6.J. Evans and W. Lindsay, \"The Management and Control of Quality,\" Proceedings of NEPCON West, Anaheim, March 1998, p. 233-34.

7. Kelly, \"Preheat Impact in a No-clean Process,\" Proceedings of NEPCON West, Anaheim, March 1998, p. 615-28.

8.Howard H. Manko, Soldering Handbook for Printed Circuits and Surface Mount, 2nd Ed. ITP, 1995, p. 496. 9.JOE CHU and TONY HUANG may be contacted at Adaptec, 691 10South Milpitas Blvd., MS #65, Milpitas, CA 95035; (408) 957-1678; Fax: (408) 957-6625; E-mail: jchu@corp.adaptec.com

(Aaron Ho 08/21/2000)

一种同时适合长短插工艺的新型波峰焊接装置

日期:2003-10-11

[color=Red]摘要:介绍了一种同时适合长短插工艺的新型波峰焊接装置的基本原理，基本构成以及主要技术特征，列出了使用该装置进行长短插工艺焊接的新方法。[/color]

一、工艺介绍

长短插工艺是进行波峰焊接前电路板插孔元件进行插装的两种不同的元件安装方法,长插工艺就是将各种插装元件如：电阻、二极管等元件引线进行适当整形,不作任何剪腿处理直接插装，插装好的PCB板直接在超高波峰焊机上进行焊接,然后进行剪脚处理后，进行二次焊接，工艺框图如图1： 短插工艺就是前各种插装元件的引线进行成型处理，为了方便可同时进行打弯处理，此项各在各种元器件成型机上处理，一般合资企业多采用此种方法，此项方法因需购买多台可自行自动打弯的元器件成型机、成本较高，部分规模较小企业也多采用手工整形辅配部分直形元器件成型机，此种工艺方法可将各种引线直接剪短，预留至工艺要求长度，一般引线长度为PCB板下3-5mm。 工艺框图：

半短插工艺是介于前两种之间的一种元件成形插装方法，它是将元器件引线成型并剪短至10mm左右，这样即可在波峰焊机上进行一遍初焊，然后进行手工/自动剪脚至工艺要求后，再次在波峰焊接机上进行2次焊接即可，工艺框图如图4所示:

以上3种工艺方法如何选用完全依据产品要求等而定，一般要求产量较大，民品行业（如：节能灯行业）多采用第一种PCB板焊接方法，而大多军工、通讯企业多采用后2种工艺方法。

二、机型波形原理

本所研制的新型可同时适合长短插工艺的波峰焊机（该机已申请专利），可一机两用，部分替代传统的超高波与普通双波峰2台机器的工艺组合形式，节约了用户部分设备投资，特别适合一些要求投资规模较

小及对工艺要求又较多的企业使用，即适用于多品种，大批量产品使用，该机工艺框图如图5所示： 新机器可在普通的双波峰基础上只对第一波峰进行适当改进即可进行超高波峰焊接，波形原理如图6: 我们在第一波峰的泵咀采用了图示结构，其中波峰宽度（泵咀狭缝尺寸）为3~4mm，对三相异步感应泵的电磁及铁芯部分进行了部分改进，喷出的锡流可在波峰长度为40mm（即最大可焊400mm宽PCB板）的情况下，喷流宽度为30mm，喷流高度最高可达80mm，一般情况设计为40mm即可完全满足工艺要求，这样就完全满足了超高波的焊接要求，第一波峰（超高波）焊接主要起固定元件引线之作用。机型2次波峰设计为可调整出不同波峰形状的结构，如图7(a、b)所示:

调节导向板螺丝，可以使喷口改变，产生出山状（图a）及平面状（图b）波峰，根据PCB的不同，改变PCB的浸锡时间以及脱锡时间，以进行有效的焊锡处理。

调节焊锡积存的后部导向板 （2）螺丝，使导向板（1）上下移动，在线路板运送方向上产生与运送速度大致相同的流速进行喷流，2次波峰除了具备“Ω”波的全部特征外，还具有感应泵的推力磁场所特殊形式的微幅声频振动波，其振动方向是垂直的，它具有150Hz左右的微幅机械振动,极大地增强了钎接时爬孔能力，提高了钎接效果。

该机型可分别利用双波峰进行超高波焊接或普通SMT焊接，如对贴插混装元件（要求为同一焊接面）的PCB板进行焊接时，只需将每一波峰泵咀结构换成如下形式即可，如图8所示：

以上2种工艺形式的泵咀结构设计为十分方便更换，只需拆卸2只螺钉，3-5分钟即可更换完毕。

三、机型导轨结构及焊接方法 机型采用如下的导轨结构，

该结构采用2种不同高度，但是一样形状的钛合金指爪，在导轨上间隔排列，由于指爪高度不同，可形成分别夹持的PCB板高度差。进行超高波峰焊接时，只需将长插元件的PCB安装夹持在短爪上进行传输，然后开启第一波峰，将波峰高度调整在40mm左右，即可进行工艺焊接，完毕后，将所有PCB 进行剪脚处理，然后将PCB重新夹持在长爪上进行传输，然后关闭第一波峰，开启第二波峰，用第二宽平波进行修整焊接，此时可将波高调整为正常工艺范围（10mm）左右，即可进行焊接。

如需进行普通SMT焊接，只需更换超高波峰喷咀，将PCB夹持在长爪上传输，同时开启双波峰即可进行焊接。如图9所示： 结束语

该机型问世后，明显提高了PCB钎接效率，经多次批量工艺实验证明，特别适用于品种较多而又产量较大的民品企业使用，该机方便切换，同时又因为是三相异步感应泵作为波峰发生器，因而大量降低了焊锡氧化，避免了传统超高波峰焊锡氧化量较大的不足，在一定程度上也节省上设备投资，只需一台机器即可完成以往需2台波峰焊接机才可完成的工艺形式，该机需电路板 2次周转是该机型用户根据需要所要考虑之点。 参考文献：

电子行业工艺标准汇编 电子工艺标准化技术委员会

波峰焊技术（转）

日期:2003-10-11

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 ：

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 波峰焊机 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（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.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.

OFW--OXYFUEL GAS WELDING--气焊 AAW--air-acetylene welding--空气乙炔焊 OAW--oxy-acetylene welding--氧乙炔焊 OHW--oxy-hydrogen welding--氢氧焊 PGW--pressure gas welding--气压焊

OTHER WELDING AND JOINING--其他焊接与连接方法

AB--adhesive bonding--粘接 BW--braze welding--钎接焊

ABW--arc braze welding--电弧钎焊

CABW--carbon arc braze welding--碳弧钎焊

EBBW--electron beam braze welding--电子束钎焊 EXBW--exothermic braze welding--热反应钎焊

FLB--flow brazing--波峰钎焊 FLOW--flow welding--波峰焊

LBBW--laser beam braze welding--激光钎焊 EBW--electron beam welding--电子束焊 EBW-HV--high vacuum--高真空电子束焊 EBW-MV--medium vacuum--中真空电子束焊 EBW-NV--non vacuum--非真空电子束焊 ESW--electroslag welding--电渣焊

ESW-CG--consumable guide eletroslag welding--熔嘴电渣焊 IW--induction welding--感应焊 LBW--laser beam welding--激光焊 PEW--percussion welding--冲击电阻焊 TW--thermit welding--热剂焊

焊接材料

日期:2003-10-21

焊锡作为所有三种级别的连接：裸片(die)、包装(package)和电路板装配(board assembly)的连接材料。另外，锡/铅(tin/lead)焊锡通常用于元件引脚和PCB的表面涂层。考虑到铅(Pb)在技术上已存在的作用与反作用，焊锡可以分类为含铅或不含铅。现在，已经在无铅系统中找到可行的、代替锡/铅材料的、元件和PCB的表面涂层材料。可是对连接材料，对实际的无铅系统的寻找仍然进行中。这里，总结一下锡/铅焊接材料的基本知识，以及焊接点的性能因素，随后简要讨论一下无铅焊锡。 焊锡通常定义为液化温度在400°C(750°F)以下的可熔合金。裸片级的(特别是倒装芯片)锡球的基本合金含有高温、高铅含量，比如Sn5/Pb95或Sn10/Pb90。共晶或临共晶合金，如Sn60/Pb40，Sn62/Pb36/Ag2和Sn63/Pb37，也成功使用。例如，载体CSP/BGA板层底面的锡球可以是高温、高铅或共晶、临共晶的锡/铅或锡/铅/银材料。由于传统板材料，如FR-4，的赖温水平，用于附着元件和IC包装的板级焊锡局限于共晶，临共晶的锡/铅或锡/铅/银焊锡。在某些情况，使用了锡/银共晶和含有铋(Bi)或铟(In)的低温焊锡成分。

焊锡可以有各种物理形式使用，包括锡条、锡锭、锡线、锡粉、预制锭、锡球与柱、锡膏和熔化状态。焊锡材料的固有特性可从三个方面考虑：物理、冶金和机械。

物理特性

对今天的包装和装配特别重要的有五个物理特性：

冶金相化温度(Metallurgical phase-transition temperature)有实际的暗示，液相线温度可看作相当于熔化温度，固相线温度相当于软化温度。对给定的化学成分，液相线与固相线之间的范围叫做塑性或粘滞阶段。选作连接材料的焊锡合金必须适应于最恶劣条件下的最终使用温度。因此，希望合金具有比所希望的最高使用温度至少高两倍的液相线。当使用温度接近于液相线时，焊锡通常会变得机械上与冶金上“脆弱”。 焊锡连接的导电性(electrical conductivity)描述了它们的电气信号的传送性能。从定义看，导电性是在电场

的作用下充电离子(电子)从一个位置向另一个位置的运动。电子导电性是指金属的，离子导电性是指氧化物和非金属的。焊锡的导电性主要是电子流产生的。

电阻 — 与导电性相反 — 随着温度的上升而增加。这是由于电子的移动性减弱，它直接与温度上升时电子运动的平均自由路线(mean-free-path)成比例。焊锡的电阻也可能受塑性变形的程度的影响(增加)。 金属的导热性(thermal conductivity)通常与导电性直接相关，因为电子主要是导电和导热。(可是，对绝缘体，声子的活动占主要。) 焊锡的导热性随温度的增加而减弱。

自从表面贴装技术的开始，温度膨胀系数(CTE, coefficient of thermal expansion)问题是经常讨论到的，它发生在SMT连接材料特性的温度膨胀系数(CTE)通常相差较大的时候。

一个典型的装配由FR-4板、焊锡和无引脚或有引脚的元件组成。它们各自的温度膨胀系数(CTE)为，16.0 ³ 10-6/°C(FR-4); 23.0 ³ 10-6/°C(Sn63/Pb37); 16.5 ³ 10-6/°C(铜引脚); 和6.4 ³ 10-6/°C(氧化铝Al2O3无引脚元件)。在温度的波动和电源的开关下，这些CTE的差别增加焊接点内的应力和应变，缩短使用寿命，导致早期失效。

两个主要的材料特性决定CTE的大小，晶体结构和熔点。当材料具有类似的晶格结构，它们的CTE与熔点是相反的联系。

熔化的焊锡的表面张力(surface tension)是一个关键参数，与可熔湿性和其后的可焊接性相关。由于在表面的断裂的结合，作用在表面分子之间的吸引力相对强度比焊锡内部的分子力要弱。因此材料的自由表面比其内部具有更高的能量。

对熔湿焊盘的已熔化的焊锡来说，焊盘的表面必须具有比熔化的焊锡表面更高的能量。换句话说，已熔化金属的表面能量越低(或金属焊盘的表面能量越高)，熔湿就更容易。 冶金特性

在焊锡连接使用期间暴露的环境条件下，通常发生的冶金现象包括七个不同的改变。

塑性变形(plastic deformation)。当焊锡受到外力，如机械或温度应力时，它会发生不可逆变的塑性变形。通常是从焊锡晶体结合的一些平行平面开始，它可能在全部或局部(焊锡点内)进行，看应力水平、应变率、温度和材料特性而定。连续的或周期性的塑性变形最终导致焊点断裂。

应变硬化(strain-hardening)，是塑性变形的结果，通常在应力与应变的关系中观察得到。

回复过程(recovery process)是应变硬化的相反的现象，是软化的现象，即，焊锡倾向于释放储存的应变能量。该过程是热动力学过程，能量释放过程开始时快速，其后过程则较慢。对焊接点失效敏感的物理特性倾向于恢复到其初始的值。仅管如此，这不会影响微结构内的可见的变化。

再结晶(recrystallization)是经常在使用期间观察到的焊接点内的另一个现象。它通常发生在相当较高的温度下，涉及比回复过程更大的从应变材料内释放的能量。在再结晶期间，也形成一套新的基本无应变的晶体结构，明显包括晶核形成和生长过程。再结晶所要求的温度通常在材料绝对熔点的三分之一到二分之一。

溶液硬化(solution-hardening)，或固体溶液合金化过程，造成应力增加。一个例子就是当通过添加锑(Sb)来强化Sn/Pb成分。如图一所示。

沉淀硬化(precipitaion-hardening)包括来自有充分搅拌的微沉淀结构的强化效果。 焊锡的超塑性(superplasticity)出现在低应力、高温和低应变率相结合的条件下。 机械特性

焊锡的三个基本的机械特性包括应力对应力特性、懦变阻抗和疲劳阻抗。

虽然应力可通过张力、压力或剪切力产生，大多数合金的剪切力比张力或压力要弱。剪切强度是很重要的，因为大多数焊接点在使用中经受剪切应力。

懦变是当温度和应力(负荷)都保持常数时的一种全面塑性变形。这个依靠时间的变形可能在绝对零度以上的任何温度下发生。可是，懦变只是在“活跃”温度才变得重要。

疲劳是在交变应力下的合金失效。在循环负荷下合金所能忍受的应力比静态负荷下小得多。因此，屈服强度，焊锡阻抗永久变形的静态应力，经常与疲劳强度无关。通常疲劳断裂开始于几个微小的裂纹，在重复应力作用下增长，造成焊接点截面的承载能力下降。

电子包装与装配应用中等焊锡一般经受低频疲劳(疲劳寿命小于10,000周期)和高应力。温度机械疲劳是用来介定焊锡特性的另一个测试模式。材料受制于循环的温度极限，即温度疲劳测试模式。每个方法都有其独特的特性和优点，两者都影响焊锡上的应变循环。

性能与外部设计

人们都认识到焊锡点的可靠性不仅依靠内在的特性，而且依靠设计、要装配的元件与板、用以形成焊接点的过程和长期使用的环境。还有，焊接点表现的特性是有别于散装的焊锡材料。因此，一些已建立的散装焊锡与焊接点之间的机械及温度特性可能不完全相同。主要地，这是由于电路板层表面对焊锡量的高比率，在固化期间造成大量异相晶核座，以及当焊锡点形成时元素或冶金成分的浓度变化。任何一种情况都可能导致反应缺乏均匀性的结构。随着焊锡点厚度的减少，这种界面衰歇将更明显。因此，焊接点的特性可能改变，失效机制可能与从散装的焊锡得出的不一样。

元件与板的设计也会对焊锡点特性有重要影响。例如，和焊盘有联系的阻焊的设计(如限定的或非限定的阻焊)，将影响焊锡点的性能以及失效机制。

对每一种元件包装类型，观察和介定各自的焊接点失效模式。例如，翅形QFP的焊接点裂纹经常从焊点圆角的脚跟部开始，第二条裂纹在脚趾区域；BGA的焊点失效通常在焊锡球与包装的界面或焊锡球与板的界面发现。

另一个重要因素是系统温度管理。IC芯片的散热要求在不断增加。运行期间产生的热量必须有效地从芯片带出到包装表面，然后到室温。在出现由于过热而引起的系统失效之前，IC的性能可能变得不稳定，和前面所说的温度与导电性之间的关系一样。元件的包装与电路板的设计都会影响到散热过程的效率。

焊锡节点比其替代品聚合胶的传导热量要有效得多。

当焊锡点通过一个品质过程适当地形成后，与其使用寿命相联系的是懦变/疲劳的交互作用、金属化合的发展和微结构的进化。失效模式随系统的构成而变化，比如包装类型(PBGA、CSP、QFP 电容，等)、温度和应变水平、使用的材料、圆角体积焊锡点几何形状以及其它设计因素。更高功率的芯片和现在设计不断增加密度的电路更加要求焊点的更好的温度疲劳强度。

无铅焊锡

对无铅焊锡的兴趣随着时间发生变化，有激动也有冷漠。虽然还没有立法的影响，开发无铅焊锡的另一个、可能更重要的目标是把焊锡提高到一个新的性能水平。

典型的PCB装配共晶锡/铅(Sn63/Pb37)焊锡点通常遇到累积的退化，造成温度疲劳。这个退化经常与焊点界面的金相粗糙有关，如图二所示，而它又与铅(Pb)或富铅(Pb-rich)金相更密切。

如果取消铅，那无铅焊锡经受温度循环的损害机制会改变吗？在没有其它主要失效(金属间化合、粘

合差、过多空洞，等)的条件下，温度疲劳环境中无铅焊锡点的失效机制很可能不会涉及与锡/铅相同程度的金相粗糙。实际上应该设计无铅合金以防止金相粗糙，因而提供更高的疲劳阻抗，因为有适当的微结构进化。图三比较受温度疲劳的无锡焊锡点的强度，显示两种无铅合金没有金相粗糙。

已介绍各种无铅成分。多数似乎至少在一个区域失效：例如，可能缺少本身的性能来显示焊接期间即时流动和良好的熔湿性能；熔化温度可能太高，超出同用PCB的温度忍耐水平；或者可能展示机械性能不足。只有那些结合所希望的物理和机械特性与满足制造要求的能力的无铅焊锡才被认做可利用的材料。

Dr. Jennie S. Hwang is a consultant and president of H-Technologies Group Inc., 5325 Naiman Parkway, Cleveland, OH 44139; (440) 349-1968; Fax: (216) 4-5728; E-mail: JSHwang@aol.com.

怎样设定锡膏回流温度曲线

日期:2003-10-21

“正确的温度曲线将保证高品质的焊接锡点。” 约翰.希罗与约翰.马尔波尤夫(美)

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2~5°C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达到活性温度。炉的预热区一般占整个加热通道长度的25~33%。

活性区，有时叫做干燥或浸湿区，这个区一般占加热通道的33~50%，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120~150°C，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205~230°C，这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2~5°C，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183°C。

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3~4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 210°C(410°F) 140°C(284°F)

活性 177°C(350°F) 150°C(302°F)

回流 250°C(482°C) 210°C(482°F)

速度和温度确定后，必须输入到炉的控制器。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37°C(98.6°F)稍微高一点。例如，38°C(100°F)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 Inc., 2840 Pine Road, Huntingdon Valley, PA 19006; (215)947-4700; Fax: (215)947-5102.

约翰.马尔波尤夫(John Malboeuf): Automated Production Systems Inc., 2840 Pine Road, Huntingdon Valley, PA 19006; (215)938-1000; Fax: (215)938-8480

清洗技术 Cleaning

日期:2003-10-21

在“免洗”锡膏的时代，装配的准确清洗产生了一个新的标准。装配制造商必须问的问题决定于：

清洁是否为PCB可靠性的要求？即，要求清洁步骤是否为了使最终产品在设计的环境内能够工作达到所要求的最短时间或周期数？

在九十年代，印刷电路板(PCB)的装配是在新的标准上进行的。蒸汽去脂溶剂(vapor-degreasing solvent)由于环境法规而被逐渐淘汰。“免洗”工艺构造了一个所希望的技术手段；当考虑了清洗的时候，水溶性助焊剂通常是人们的选择；这样，清洁规格对空板和元件就不要求了，因为完成的装配都要通过正常清洗。

清洗“终结”了吗？

松香助焊剂是杰出的“密封剂”，它意味着当采用无离子活性剂配方的时候，留下的是非离子残留。忽略板上的残留对那些关注取消臭氧消耗化学品的人来说是个有吸引力的选择。基于这个理由，相当的时间、努力和投资贡献在免洗技术上。结果，许多低残留助焊剂的技术进步和设备技术被用来支持这个技术的改变。现在的问题变成，为什么清洁？

实际上，有一个常见的错误概念就是再不需要装配的清洁了。但是免于那些反过来影响功能的有害污染，对可靠性的重要性与焊点连接强度的重要性是一样的。清洁甚至对免洗工艺的成功实施还起重要的作用。到料的元件以及装配环境的控制还必须满足清洁度标准，如果取消了焊后清洁。

高可靠性的应用要求受控的、完善的焊后清洗工艺，它使用对清洗材料最佳的化学品。那些应用是不能将就免洗工艺要求的。而且，SMT的不断发展使得辅助的清洗成为必要。例如，更紧密的线和装配上的区域列阵、芯片规模与倒装芯片的包装都要求清洁其许许多多的I/O连接点。清洗对要求保形涂敷的装配的最佳性能是一项重要的步骤。

设计PCB时记住清洗工艺

当装配要求焊后清洗时，设计元件布局、焊接和清洁的时候要可能考虑一些权衡办法。对高密度的表面贴装装配，设计者应该提供清洁的余地。以下是一些值得考虑的设计选择：

元件的最佳方向

喷射元件下面的最小障碍

清洗化学剂的高能喷射器的使用

冲刷(液态颗粒小于元件与板层之间的空间)用的微细喷雾的使用

“阴影”的消除，即，较高的元件放置在离喷雾嘴最远的位置，最小的元件最近

元件贴放：无源片状元件(或圆柱形通孔类)的方向应该是使其长轴垂直于喷雾方向。双排和小引脚的集成电路(SOIC)元件是长边沿喷雾线放置。正方形扁平包装(QFP)四周都有连接或无引脚陶瓷芯片载体(LCCC)等元件的方向是其主边与喷雾方向成90°。

总之，元件的贴装应该计划，使得可达到液体“最好”的疏散，例如，有清晰的带一定间隔的行路，给液体排出板面，保证当有BGA或CSP出现时清洗不受影响。设计者头脑中应该有产品的外形，功能，及如何制造。特别是，装配过程的每一步怎样影响其它步骤。在设计阶段认识到这些要求并将其集中完全优化的装配制造商掌握了成功的钥匙。

装配前元件

污染残留物可以通过最初出现在装配前元件和材料上而带入最后装配。如果不在装配前从元件和板上去掉，则不能保证在后面可以去掉—特别是如果采用免洗技术。如果出现在高密度连接结构内，那情况可能更紧急，因为细小的空隙很容易藏纳污垢。低残留、免洗焊接工艺的如何成功都直接依靠进来的

光板与所有元件的清洁度。

元件上经常发现颗粒状、油状或片状的非极性残留物，而来自元件装配时不完整清洗的极性残留物，可能是上锡和助焊剂的残留物。装配前的元件来源必须保持一个清洁的标准。

装配中遇到的污染

污染对装配过程来说不是外来的。对电镀通孔和表面贴装元件的日益增长的关注是那些通常遇到的越来越紧的间隙。离板高度和引脚间距已稳步缩小，线间间距也是一样。另外，甚至采用现代制造工艺，也造成越来越顽固的残留物。

残留物由离子(极性)、非离子(非极性)和微细的污物组成。离子残留物由助焊剂活性剂、残留电镀盐和操作污物组成；非离子残留物包括助焊剂、油、脂、熔化液体和游离材料中的已反应的、非挥发性的残留物。微小的残留物由锡球或锡渣、操作污物、钻孔或走线灰尘和空气中的物体组成。

极性残留物当溶于水中时形成离子。例如，当指纹藏纳的盐溶于水中，氯化钠分子游离成正的纳离子和负的氯离子。在离子状态，NaCl增加水的导电性，可能引起电路中信号改变，开始电迁移，产生腐蚀。典型的极性残留物来自电镀和蚀刻材料，板或元件制造过程的化学物质，水溶性锡助焊剂成分，来自松香或合成催化焊锡助焊剂的活性剂，助焊剂反应产品，水溶性阻焊材料成分和来自手工处理的沉淀物。

非极性残留物由那些当溶于水时不形成离子的污染物质组成。它们可能是喜水的或不喜水的(通常喜油)。吸湿的材料可能促使表面水膜的形成，从而造成表面电阻的降低。同样，在适当条件下，可能发生电迁移。不溶于水的非离子残留物，由松香、合成树脂、来自低残留/免洗助焊剂配方的有机化合物、来自锡线助焊剂的增塑剂、化学反应产品、油和脂、指纹油、元件上的释放剂、不可溶的无机化学成分和锡膏的流变添加剂。

微细残留物典型地要求机械能量将其去掉。常见的微细残留物是来自灰尘中的硅酸材料、水解或氧化的松香、某些助焊剂反应产品(一些白色残留物)、硅质脂/油、来自板层的玻璃纤维、阻焊材料的硅土和粘土填充剂、以及锡球和锡渣。

最后，如果装配制造商选择免洗工艺，那么必须做到进来的元件满足所要求的清洁标准，板的处理用手套或手指套来完成，控制焊接过程以保证污染在最低水平。如果制定氮气作焊接过程的惰性处理，那必须实行更严格的过程控制。真正的免洗工艺的成本可能和焊后轻洗的差不多，因为新的固定设备的投入，加上氮气的消耗。随后的运作，如线的绑接、芯片附着、检查、焊接、返工/修理、测试、即时处理、储存和最后装配，都是包括在焊接运作之内完成的。如果装配不尊照适当的处理技术，可靠产品所要求的清洁度水平可能会打折扣。

波峰焊接/回流焊接之后的清洗

助焊剂技术很大程度上决定所要求的清洁剂。水溶性助焊剂的清除一般要求有添加剂的水、高压机械能量和温度。松香助焊剂的清除要求或者是溶剂，半含水的或者是含水的清洁剂。由于市场上配方技术范围之广，低残留/免洗助焊剂的清除取决于需要清洗的产品。合成助焊剂的清除一般要求溶剂或半含水工艺。许多清洗技术都适合于清除该种残留物。

焊接过程的温度曲线必须是专门的、受控的并存档，特别是产品的组合是变化的。例如，元件密度

高的多层板相对于很少元件的PCB要求特别的温度曲线。由于这些原因，锡膏的制造商提供在选择回流曲线时需要遵循的工艺指示。助焊剂残留清除之前，多次的焊接过程可能引起聚合作用。这些残留更加难于清理，因为聚合作用形成高分子重量的物质，使污染物更难于溶解于清洗剂中。

低固体或低松香/人造松香的助焊剂一般留下较低的焊后残留物集中。各种这类的助焊剂都可买得到。可是，因为残留物的清除能力可能随最终产品的不同而变化，装配制造商必须选择与残留物兼容的清洁剂。焊接其间过热或过久的加热可能产生很难清除的残留物。

焊后清洁剂与设备

半含水的清洗剂适合于许多使污物“成溶剂化物”的材料，随后通过水的冲刷清除污物。溶剂一般具有低蒸发压力、闪点超过150°F、低挥发性、与许多助焊剂残留有亲和力、浸洗寿命长、不消耗臭氧。这个类别下供应的产品包括水溶性和非水溶性的有机溶剂。水是它的冲刷剂。

水溶性半含水溶剂由重酒精、乙二醇以太(glycol ehters)和环形胺(cyclic amines)组成。其优点之一是易于清除：夹带一般不是问题。缺点包括当希望采用封闭循环时，冲刷水处理的复杂性。

非水溶半含水溶剂由松节油(terpene)、碳水混合物、二元酯(dibasic esters)和乙二醇以太(glycol ether)组成。它们要求第一阶段冲刷的机械冲击，以保证充分的清除。这里夹带可能是一个问题。可是一个明显的优点是当要求零排放的封闭循环时，将清洁液体与冲刷流的分隔能力。用于半含水清洁过程的设备一般由浸泡下的喷雾、离心和超声波搅动。

总之，溶剂去除松香、低固体和合成激化助焊剂残留的效果很好。并且，由于浸洗寿命长、损失最少和高污物装载能力，其经济性一般为人们所接受。

对于极性离子材料，水是比有机溶剂更好的溶剂。相反，水对清除诸如脂、油和松香之类的非极性材料的效果较差。水，单独或有少量添加剂，是清除焊接后水溶性有机酸(极性溶剂)锡膏助焊剂的很好的溶剂。当清除极性与非极性污物，如松香/合成松香、轻油和合成残留物时，需要添加剂。

含水清洗化学品也提供一个范围的配方选择。可是，如前所述，只有在适当的过程条件下，水才适合于清除许多有机酸(OA)助焊剂残留物。有些有机酸残留物要求添加剂，和水一起，以低浓度，帮助湿润、去泡和置换盐。基于含水的皂化剂可清除极性与非极性的污物，如松香助焊剂。基于无机的皂化剂已经得到进化，提供了在空气喷射受到控制的区域，清除松香助焊剂的选择。后来，有机溶剂混合物和水一起提供对某些较顽固的低残留与合成基助焊剂的高效清除剂。

设备市场提供了对不同含水清洗技术的一系列的应用，包括使用超声波、离心力、刷子、浸泡和空气中喷雾。设备设计特性的广泛选择可接纳对性能、成本、占地空间、浪费管理、以及安全与健康问题的许多不同要求。

溶剂清洗使用溶剂媒介而不是水，来清洗和冲刷元件和装配。干燥是通过对蒸发区(烧开溶剂)产生的残留液体的蒸发来完成的。

装配污物由离子(助焊剂活性剂，盐)和非离子(松香/合成松香、油、粒子)污物组成。大多数溶剂是非极性的，优于清除非极性污物，但是清除极性离子污物差。因此，双极性溶剂化合物已经开发出来，可清除极性和非极性两种污物。非极性元素通常是卤化溶剂(halogenated solvent)，或是氯化物(chlorinated)、

溴化物(brominated)、氟氯化物(chlorofluorinated)或氢氯化物(hydrochlorinated)。极性元素溶剂典型的是酒精，如甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、正丙醇(normal propanol)或异丙醇(iso-propanol)。许多这类混合物具有共同的特性(叫做共沸点混合物)，这允许它们的特性象单一的物质一样 — 液体部分蒸发产生的蒸汽具有与液体相同的化学成分。

溶剂的每一类型都有其优点和缺点，选择将决定于需要清除的污染物的类型和需要清洁的装配材料化学成分。处理清洁剂的设备设计用来储存、接触工件、喷射和回收。表一显示装配制造商选择的流程图：含水的(aqueous)、半含水的(semiaqueous)和溶剂(solvent)清洁剂。

表一、三种清洗方法的媒剂选择 含水型 半含水型 溶剂型

1. Deionized water 去离子水 1. Nonlinear alcohol 非线性酒精 1. IPA (isopropyl alcohol) 异丙醇

2. Deionized water with non-reactive addives 去离子水加非反应添加剂 2. Branched linear alcohol 支线性酒精 2. IPA/Cyclohexane blend 异丙醇/环己胺混合物

3. Deionized water with organic saponification 去离子水加有机皂化剂 3. P series glycol ether P系列乙二醇以太 3. Hydrocarbon 碳氢化合物

4. Deionized water with inorganic saponification 去离子水加无机皂化剂 4. Cyclic amine 环形胺 4. HCFC**

5. Aqueous alcohol combined with mild reactivity 含水酒精结合温柔反应 5. Terpene* 松节油 5. HFE bipolar azeotrope** HFE 双极共沸混合物

6. Aqueous organic solvent emulsion 含水有机溶剂乳剂 6. Hydrocarbon/oxygenated solvent blends* 氢氧化物/氧化物溶剂混合 6. HFC bipolar azeotrope** HFC 双极共沸混合物

7. High-molecular-weight esters* 高分子重量酯 7. N-propyl bromide** N丙基溴化物 * Water-insoluble 非水溶性 ** Nonflammable 不可燃

注： nPB(No. 7)的制造商报告这种材料在作ASTM闪点试验时没有闪点，可是，nPB具有与空气体积比例大约3~8%的可燃极限。

结论

现在的电子装配比以前提供更快、更好的运作，电路走线更窄，装配的元件更密集。还有，为了保证这些产品在意想的环境里按照设计的功能工作达到最小要求的时间或周期，清洗必定还要扮演一个重要的角色。

Mike Bixenman, is chief technology officer at Kyzen Corp., 430 Harding Industrial Dr., Nashville, TN 37211; (615) 831-0888; E-mail: mike_bixenman@kyzen.com.