00120焊接工藝技術(shù)匯編20電子裝配中超聲噴霧的出現(xiàn)與成長(zhǎng)

1、電子裝配中超聲噴霧的出現(xiàn)與成長(zhǎng) by dr. harvey l. berger本文介紹，在先進(jìn)裝配(advanced package)中使用超聲噴霧(ultrasonic spray)技術(shù)。超聲波霧化(ultrasonic atomizing)噴嘴通過(guò)超聲波能量將液體轉(zhuǎn)化成一種低粘度水滴的精細(xì)霧狀。這個(gè)技術(shù)在電子裝配工業(yè)，特別是在對(duì)印刷電路裝配、多芯片模塊(mcm, multichip module)、分立元件、球柵陣列(bga)和芯片規(guī)模包裝(csp)的液體焊錫助焊劑的應(yīng)用中，找到廣泛的應(yīng)用。低粘性噴霧是這些應(yīng)用中的關(guān)鍵因素，因?yàn)橥ㄟ^(guò)空氣或氮?dú)?，噴霧的形狀可根據(jù)噴嘴得到小至 0.070和大至

2、 18寬度的形式。由于這種能力，微小數(shù)量的助焊劑可以應(yīng)用到諸如 bga的元件，并且大的印刷電路裝配在波峰焊接之前可以覆蓋助焊劑。因?yàn)橥ㄟ^(guò)超聲波噴嘴產(chǎn)生的速度一般是每秒幾英寸，在明確的、慢速移動(dòng)的空氣流中傳送噴霧和成型它是簡(jiǎn)單的。當(dāng)噴霧指向?qū)⒁可w的目標(biāo)表面時(shí)，液體顯現(xiàn)一點(diǎn)從表面反彈的和進(jìn)入環(huán)境中的趨勢(shì)。超聲波噴嘴的另一個(gè)特性是它能夠接納大范圍的流速。超聲波霧化不需要壓力。液體霧化的速度只決定于其引入噴嘴的速度。噴嘴可設(shè)計(jì)成處理非常小的傳送速度，低至每分鐘幾毫升，或者相對(duì)大的流速，達(dá)到每分鐘幾百毫升。助焊劑噴霧自從九十年代早期開(kāi)始，超聲波噴嘴已經(jīng)成功地用于在線的 pcb波峰焊接運(yùn)作的助焊劑噴霧，

3、主要用于諸如免洗、水溶性、無(wú) voc和 ra(完全活性化的松香)的焊錫助焊劑。為了用助焊劑覆蓋整個(gè)板表面，從一個(gè)靜態(tài)噴嘴出來(lái)的噴霧在低速的空氣中傳送，形成一個(gè)寬的、狹窄的霧帶，當(dāng)板通過(guò)噴霧時(shí)在板底面均勻地沉積。同樣的技術(shù)可用于從頂上往下噴霧。助焊劑噴霧超過(guò)舊的助焊劑施用方式，如發(fā)泡或波峰助焊劑的優(yōu)點(diǎn)。與舊的方法比較，助焊劑噴霧減少助焊劑的消耗量達(dá) 70%、消除了助焊劑稀釋劑的需要、提供更好的過(guò)程控制、和減少缺陷。在過(guò)去幾年里，工業(yè)趨勢(shì)已經(jīng)轉(zhuǎn)到助焊劑噴霧。現(xiàn)有許多的設(shè)備，使用了或者超聲波或者壓力式噴霧噴嘴。以精確的方式施用助焊劑一些超聲波噴霧技術(shù)的應(yīng)用要求助焊劑以精確的方式在小的、規(guī)定范圍內(nèi)施用

4、助焊劑，而助焊劑超出其所希望的邊界。這些應(yīng)用包括：csp、mcm、要求選擇性焊接的 pcb、盤帶包裝的元件、和異型元件。現(xiàn)有能夠沉積小量材料的自動(dòng)分配系統(tǒng)。這些系統(tǒng)使用閥來(lái)分配小量非霧化的液體，比如錫膏或 csp的底部充劑和保形涂層。在相同設(shè)備上改變，比如用壓力霧化，也可用于分配材料?？墒?，這些霧化系統(tǒng)不能有效出來(lái)很少量的沉積物，并且由于相對(duì)高的噴霧速度，其可能產(chǎn)生重大的過(guò)霧化。利用超聲波噴嘴的一種技術(shù)涉及使用適中壓力(大約 1 psi每平方英寸磅)的壓縮空氣或氮?dú)猓⒃趶膰娮祆F化表面出來(lái)時(shí)使噴霧成型。一個(gè)擴(kuò)散室使空氣在噴嘴管座周圍分散均勻，從室內(nèi)出來(lái)的空氣傳送噴霧，使它成為聚焦式的方式。什么

5、是超聲波技術(shù)？在超聲波噴嘴的一般構(gòu)造中，碟形的陶瓷壓電換能器將高頻的電能從高頻放大器轉(zhuǎn)換到相同超聲波頻率的振動(dòng)機(jī)械能。該換能器是象三明治一樣疊放在兩個(gè)鈦圓柱之間，其作用是在霧化表面集中和放大振動(dòng)幅度。使用鈦是因?yàn)樗鼜?qiáng)大的聽(tīng)覺(jué)聲音，和抗腐蝕性。液體通過(guò)一個(gè)與噴嘴一樣長(zhǎng)的大直徑喂給管道送到霧化表面。霧化表面的幾何形狀可以變化，取決于特定的應(yīng)用。應(yīng)用聚焦式噴霧的第一次工業(yè)應(yīng)用以各種形狀施用 0.0020.001厚度和 0.100寬度的助焊劑線，來(lái)順應(yīng) pcb上導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 1。一個(gè)噴嘴或者空氣處理裝置安裝在一個(gè)機(jī)械臂上。助焊劑層的厚度是機(jī)械臂速度和流速的函數(shù)，增加機(jī)械臂速度要求增加流速來(lái)維持一個(gè)特定的厚

6、度。最好的結(jié)果是在速度為 33 in/min和流量為 0.15 ml/min 時(shí)得到的。霧化表面在板上的最佳高度是大約 0.4。在這個(gè)應(yīng)用中，經(jīng)過(guò)涂鍍的典型的 pcb要求以0.15ml/min的流量施用0.5ml的助焊劑，這相對(duì)于大約180的總的線性長(zhǎng)度。在該速率下，一加侖的助焊劑可涂蓋 7000塊板，每塊板涂一遍。該應(yīng)用建議機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的方式對(duì)獲得好結(jié)果是重要的。一個(gè)恒定速度可產(chǎn)生最好的結(jié)果。最困難的控制操縱是角的成型，而不在角上的頂尖上建立過(guò)多的助焊劑。通過(guò)編成機(jī)械手保持轉(zhuǎn)角時(shí)的速度，可以在整個(gè)轉(zhuǎn)角過(guò)程中產(chǎn)生尖銳的、成型良好的和均勻的涂層。bga、倒裝芯片、csp已經(jīng)有許多的包裝方法，目的是

7、要減少半導(dǎo)體元件所占用的“地產(chǎn)”。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多技術(shù)來(lái)減少單個(gè)包裝的尺寸和把未包裝的芯片植入較大的電路模塊。有許多這類方法要求在工藝過(guò)程中在一些點(diǎn)的位置沉積液體助焊劑。例子包括芯片上附著錫球、為綁接芯片準(zhǔn)備載體和把 bga包裝直接附著到電路板。聚焦式噴霧技術(shù)已經(jīng)成功用于這些方面。在一個(gè)現(xiàn)在的應(yīng)用中，必須在貼裝 bga芯片之前將助焊劑施用到 pcb上尺寸為 0.25x0.25的小矩形區(qū)域。助焊劑不能沉積在超出每個(gè)矩形的四周，在表面上沉積物必須均勻。在這個(gè)應(yīng)用中，噴霧裝置可以安裝在機(jī)械手傳輸系統(tǒng)上，該系統(tǒng)將頭移動(dòng)到每個(gè)矩形內(nèi)所希望噴霧的位置，達(dá)到均勻的涂層，而沒(méi)有過(guò)多噴霧。待添加的隱藏文字內(nèi)容3另

8、一個(gè)由一家半導(dǎo)體制造商成功地實(shí)施的應(yīng)用涉及將助焊劑沉積于 mcm的附著球上。這些球沿元件周邊附近的兩個(gè)對(duì)稱矩形分布。還有，該噴霧裝置可安裝在一個(gè)傳輸系統(tǒng)上，隨著它跟蹤矩形的圖案將液體的助焊劑分配到球上。盤帶包裝、分立元件，其它應(yīng)用聚焦式噴霧技術(shù)已經(jīng)成功地使用于將助焊劑施用到包裝在盤帶包裝(tape-and-reel)的元件。通常，噴霧裝置是靜止的，帶在噴霧之下或之上移動(dòng)。與該應(yīng)用相關(guān)的流速通常相當(dāng)?shù)氐?-每分鐘幾毫升。在其它應(yīng)用中，特殊類型的分立元件當(dāng)選擇性地將完成的元件焊接到 pcb上時(shí)要求特別處理。當(dāng)助焊劑必須施用到元件的特定部位時(shí)，它們也可能在元件制造期間要求特別處理。特殊的上助焊劑應(yīng)用有很多。一個(gè)例子是在制造保險(xiǎn)絲元件，其中熔斷元素的一個(gè)金屬表面必須涂有助焊劑。三個(gè)這些元素可以放在一個(gè)載體上，以每秒幾英尺的速度傳送通過(guò)噴霧區(qū)域。聚焦噴霧裝置可從上面安裝，垂直于載體的運(yùn)動(dòng)方向。覆蓋的寬度將按照制造的保險(xiǎn)絲特殊類型而變化，但通常將在0.30.8 的范圍。結(jié)論超聲波噴嘴噴霧技術(shù)已經(jīng)在電子裝配