無(wú)鉛波峰焊接一種成本合理的升級(jí)方法

1、無(wú)鉛波峰焊接：一種本錢合理的升級(jí)方法隨著無(wú)鉛生產(chǎn)的不斷增長(zhǎng)，制造廠家正尋求通過(guò)將現(xiàn)有的波峰焊機(jī)升級(jí)，滿足無(wú)鉛組件的需求，以節(jié)省資金的方法。ByT on yGyema nt由于外表貼裝元件占有優(yōu)勢(shì)地位，目前的再流焊接工藝已將重點(diǎn)放到無(wú)鉛制造中。波峰焊接也必須向無(wú)鉛技術(shù)轉(zhuǎn)變，以防止同一個(gè)組件上含鉛合金與不含鉛合金混合到一起。人們普遍認(rèn)為，只要把無(wú)鉛焊料直接添加到現(xiàn)有的波峰焊機(jī)中，就可以實(shí)現(xiàn)由錫鉛SnPb向無(wú)鉛的轉(zhuǎn)變。還有一種常見的誤解，認(rèn)為有必要在無(wú)鉛工藝中采用一種新型的波峰焊機(jī)。如果要使無(wú)鉛峰焊接工藝獲得成功，就必須考慮改變整個(gè)工藝。大多數(shù)無(wú)鉛焊料都具有良好的可焊性，但是，與錫鉛焊料比擬，卻呈現(xiàn)

2、出潤(rùn)濕性下降的特性。由于潤(rùn)濕性是焊接的一個(gè)關(guān)鍵因素，并受到多個(gè)變量的影響，因此焊接工藝需要調(diào)整，這些變化將會(huì)影響機(jī)器參數(shù)的絕大局部。無(wú)鉛合金的錫含量明顯要比錫鉛焊料的高，而且無(wú)鉛合金需要更高的工藝溫度。許多產(chǎn)品都是漸進(jìn)式地轉(zhuǎn)向無(wú)鉛化，而許多制造廠家正在生產(chǎn)兼容無(wú)鉛產(chǎn)品的波峰焊機(jī)。由于無(wú)鉛合金的潤(rùn)濕特性不如錫鉛焊料的好，所以，使用優(yōu)良的焊劑化合物是至關(guān)重要的。此外，無(wú)鉛焊接所需的較高溫度，要求焊劑化合物能夠承受高達(dá)130C的預(yù)熱溫度和280C的液化焊料溫度下長(zhǎng)達(dá) 3秒鐘。一般建議使用無(wú)揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCfree的水基焊劑?，F(xiàn)有的波峰焊機(jī)需要較新的焊劑噴淋裝置進(jìn)行升級(jí)，以適用于揮發(fā)性有機(jī)化合物

3、VOC水基焊劑的加工處理。超聲或噴嘴類型的焊劑噴涂設(shè)備效果最好，因?yàn)楹竸┑囊旱纬叽缡强梢钥刂频?，而且在整個(gè)印制電路板PCB 上可以噴涂連續(xù)均勻的圖形。使用無(wú)揮發(fā)性有機(jī)化合物的焊劑，可以獲得最小尺寸的液滴，可以得到良好的通孔滲透。在載入芯片或?qū)恿鞑〞r(shí)，為到達(dá)較高的溫度，防止PCB過(guò)熱，常常需要一個(gè)較長(zhǎng)的預(yù)熱區(qū)。PCB頂部到達(dá)適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度，對(duì)于降低焊接缺陷的影響最大。把從板子底部進(jìn)行遠(yuǎn)紅外加熱的方法，與從板子頂部進(jìn)行對(duì)流加熱的方法結(jié)合在一起，可使PCB獲得最正確得預(yù)熱效果。無(wú)鉛波峰焊接的預(yù)熱要求，傳送速度為 120mm/min的加熱區(qū)長(zhǎng)度需達(dá)1.8米，而傳送 速度大于180mm/min的加熱區(qū)長(zhǎng)

4、度需達(dá)2.4米。有效的升級(jí)方法是：用 一種外置的焊劑 噴涂機(jī)替代現(xiàn)有的焊劑噴涂機(jī)。這不僅可以改善焊劑應(yīng)用的質(zhì) 精心整理 量，還可以釋放波峰焊機(jī)內(nèi)的空間。 對(duì)于熔點(diǎn)為217C的錫-銀-銅合金SnAgCu ,焊錫鍋的溫度應(yīng)在260°-270°C之 間。對(duì)于高熔點(diǎn)的合金，如錫-銅SnCu 焊接溫度可在270° -280 C之間。由于無(wú)鉛合金的潤(rùn)濕特性較差，需要較長(zhǎng)的接觸時(shí)間，所以，通常都要改變層流焊嘴的特性。通常會(huì)減小芯片與層流波之間的距離，以便最大限度地減少接觸點(diǎn)之間的溫度下降。增加層流波長(zhǎng)度可以改善潤(rùn)濕性，同時(shí)可以提高預(yù)熱量，產(chǎn)生類似的效果。降低層流波的壓力頭高度，

5、可以減小溢出焊料的距離，從而減少浮渣量。與錫鉛焊料比擬，大多數(shù)無(wú)鉛合金由于增加了錫的含量，在焊料液化時(shí)會(huì)很快氧化。由于工藝溫度較高，就會(huì)很快形成由錫氧 SnOandSn 02構(gòu)成的氧化物和浮渣。焊錫鍋中 的惰性氮?dú)夥帐沟靡夯噶媳M量少暴露于氧氣氛下，從而減少浮渣量。降低氧化的速率并聚焦浮渣，可明顯提高焊料性能。裸銅上的OSP涂層很快取代了傳統(tǒng)的熱風(fēng)整平HASL 板涂層，使得人們必 須權(quán)衡鉛 污染和銅污染的潛在影響問(wèn)題。由于無(wú)鉛波峰焊接得到廣泛應(yīng)用，由于無(wú)鉛合金的銅的溶解速率較高要求增加對(duì)焊錫鍋的保養(yǎng)維護(hù)，引發(fā)了一系列的問(wèn)題。在長(zhǎng)時(shí)間的操作過(guò)程中，焊錫鍋中某些無(wú)鉛合金的流動(dòng)逐漸緩慢下來(lái)。這是由于

6、焊錫鍋底部的銅-錫金屬間化合物CuSn 的聚集所造成的。使用標(biāo)準(zhǔn)的錫鉛波峰焊接，其銅-錫金屬間化合物是流動(dòng)的，這類問(wèn)題就不存在了。在標(biāo)準(zhǔn)的錫-鉛波峰焊爐中，像銅這樣的雜質(zhì)在其聚集時(shí)與錫形成金屬間化合物。降低焊鍋的溫度，讓焊鍋閑置幾個(gè)小時(shí)，撇去其外表的浮渣，可以輕松地去除金屬間化合物。這種方法很奏效，因?yàn)殂~-錫金屬間化合物CuSn 的密度 為8.28,而錫-鉛SnPb的 密度為8.80,銅-錫金屬間化合物可以流動(dòng)。對(duì)錫鉛焊爐 進(jìn)行周期性的保養(yǎng)維護(hù)，可使銅含 量保持在0.15-3%之間，這一范圍是可以接受的。錫-銅或錫-銀-銅無(wú)鉛焊料合金的密度小于錫鉛焊料的密度見表。銅-錫金屬間化合物不是在外表上

7、浮動(dòng)， 而是滲透于無(wú)鉛合金中，并彌散于整個(gè) 焊錫鍋中。 此外，有些無(wú)鉛合金溶解銅速度也比錫 -鉛的快。這是由于銅聚集和 焊錫鍋的雜質(zhì)以較快 的速率形成的結(jié)果，這樣，就需要經(jīng)常性地更換焊錫鍋中的焊料，或進(jìn)行徹底的清理。精心整理根據(jù)研究結(jié)果，我們建議，當(dāng)裝有無(wú)鉛合金的焊錫鍋中的銅雜質(zhì)到達(dá)1.55%時(shí),必須倒掉焊錫鍋合金活性就低。 超過(guò)這個(gè)值，多數(shù)無(wú)鉛合金活性就低，銅雜質(zhì) 高于1.9-2.0% 時(shí)，就會(huì)損壞渦輪、導(dǎo)流板和焊錫鍋。由于在高溫下，錫是有腐蝕性的，所以，許多無(wú)鉛合金會(huì)導(dǎo)致用于渦輪、導(dǎo)流 板和焊錫 鍋中的基體金屬腐蝕。許多基體金屬如不銹鋼或鑄鐵的外表，常常會(huì) 出現(xiàn)銹斑，而且在 延長(zhǎng)與無(wú)鉛合金

8、的接觸時(shí)間后開始溶解。這樣的瀝濾過(guò)程，將釋放出鐵Fe粒子，使得焊料合金遭受污染。在使用無(wú)鉛合金時(shí)，焊錫鍋材料，如不銹鋼，僅經(jīng)幾個(gè)月的操作后就會(huì)被損壞。使用高標(biāo)號(hào)的不銹鋼在某種程度上會(huì)降低這種效應(yīng)， 已有抗腐蝕的外表涂層申 請(qǐng)了專利。 然而， 因?yàn)樾栌幂^高水準(zhǔn)的保養(yǎng)維護(hù)，才能去除浸入焊錫鍋底部的 銅金屬間化合物，外表涂層 有可能會(huì)出現(xiàn)劃痕。一段時(shí)間之后，劃痕增多會(huì)破 壞外表涂層，結(jié)果導(dǎo)致基體金屬腐蝕， 焊錫鍋受到污染。在沒(méi)有保護(hù)的情況下， 用這些基體金屬制成的零部件，在僅僅使用了 一、二年的時(shí)間后，其質(zhì)量就會(huì) 下降到需要更換的程度。有些基體金屬是防除錫的，不過(guò)，這類材料的本錢過(guò)高。而鈦是防除錫的。* * . I I傳統(tǒng)的基體金屬制造的焊料泵和導(dǎo)流板，應(yīng)用于無(wú)鉛焊接中，會(huì)頻率發(fā)生磨損，引起人們重新考慮鈦的使用問(wèn)題。改裝盒可替代渦輪、導(dǎo)流板和焊料噴嘴，其 零部件都是用鈦 制造的，可滿足無(wú)鉛應(yīng)用的長(zhǎng)期使用要求見圖 1。可將鈦焊爐襯裝到現(xiàn)有的鑄鐵焊爐內(nèi)，這樣，現(xiàn)有的波峰焊機(jī)就可用于無(wú)鉛工 藝中了見 圖 2?？蓪⑦@種鈦質(zhì)的爐襯用于各種不同類型的波峰焊機(jī)的改裝。 這種方法不存在鐵溶 解的問(wèn)題，可使焊料雜質(zhì)降到最低限度，而且不需對(duì)焊錫