378971--无铅波峰焊接工艺合金篇--林子笔

无铅波峰焊接工艺合金篇焊接熔焊焊接种类压焊钎焊钎焊压焊熔焊超声压焊金丝球焊激光焊焊接方法（钎焊技术）•手工烙铁焊接•浸焊•波峰焊•再流焊电子焊接——是通过熔融的焊料合金与两个被焊接金属表面之间生成金属间合金层（焊缝），从而实现两个被焊接金属之间电气与机械连接的焊接技术。合金术语•SAC=Sn-Ag-Cu=Tin锡-Silver银-Copper铜•SAB=Sn-Ag-Bi=Tin锡-Silver银-Bismuth铋•SACB=Sn-Ag-Cu-Bi=Tin锡-Silver银-Copper铜-Bismuth铋•举例:–SAC=Sn-Ag-Cu=Tin锡-Silver银-Copper铜–SAC305=Sn3.0%Ag0.5%Cu–SAC387=Sn3.8%Ag0.7%Cu•目前电子行业中已发展出两类无铅系统:–锡银铜Sn/Ag/Cu系统3-4%银，SAC305(96.5/3/0.5)–锡铜Sn/Cu共晶and锡铜镍Sn/Cu/Ni基系统•此两种系统有不同的固有缺点–Sn/3-4%Ag/Cu有着良好的可靠性和很高的良品率，但是单价较贵–Sn/Cu共晶和Sn/Cu/Ni单价较为便宜但是缺陷率较高，焊点可靠性差•SACX0307/SACX0807高性价比•此合金AlphaMetals拥有专利号无铅合金的选择从金相图上发现合金SAC405/SAC396/SAC387无论从熔点均值和公差值都很相似SAC305SAC405SAC396SAC387Source:NIST无铅合金的选择8波峰焊系统原理基本波峰焊接工艺助焊剂预热加热与焊接可变的工艺参数•传送带速度•助焊剂类型和应用方法•预热参数•单/双波峰•稳定的锡面高度和泵的转速•波峰形状和速度•焊料相对板子的高度和稳定性（焊接深度)•焊接温度:255°-265°C无铅和有铅的工艺窗口的对比工艺窗口对比是在充氮气的条件下完成的SnPbSAC12波峰焊系统原理13无铅助焊剂焊剂类别•树脂型助焊剂(Resin/Rosin)–天然松香–合成树脂•有机助焊剂(OrganicAcid)•无机助焊剂(InorganicAcid)助焊剂成分•溶剂–异丙醇（IPA）、各种醇类化合物、去离子水（VolatileOrganicChemicalFree)等•天然松香／合成树脂–松香九成以上是一些有机酸的混合物，余下的是非酸性物质•活化剂–有机酸、卤化物•发泡剂–表面活性剂TheEffectofSurfaceTensiononSpreadDIH20–73dynes/cmIPA–23dynes/cmH20EF-2202Surfactantslowersurfacetension表面活性剂作用17助焊剂应用方法•形式–发泡–喷雾–波(不常见)•控制固态含量–比重(SG)–滴定法去处氧化物清洁被焊母材防止被焊母材再次氧化（在预热时）与焊接底层发生反映改善焊接质量减少焊液的表明张力，增加润湿力a30°助焊剂作用Electromigration&SIR•Electro(chemical)migration-GrowthofconductivefilamentsonPWBunderbias•SurfaceInsulationResistance-ChangeinelectricalresistancebetweentwoconductorsElectricalReliabilityTestingStandards•40°C93%RHISO-JIS–DIN(rosinbearing)•50°C90%RH5Vbiasandmeasure.•28days•Frequentmeasurements,1hrbetweenmeasurements,weuse10minutemeasurementinterval,or4033measurementsover28days.•35°C85%RH-48Vbias•MeasureSIR(100V)after24hourswithoutbiasand96hourswithbias•65°C85%RH10Vbias•MeasureSIR(100V)after96hourswithoutbiasand500hourswithbias•85°C85%RH-48VDCbias•MeasureSIR(100V)after1,4and7daysDescriptionOtherIndustryorCompanyspecifictests•ie.HPECMtest1011Ω(2x1010ΩIPC-B-25combB)BellcoreGR-78-CORESIRtest•BellcoreSIRorIPC-B-25(combB)couponGeom.meanSIRfinal0.1Geom.meanSIRinitialBellcoreGR-78-COREElectromigration1X108ΩIPCSIRTesting•J-STD-004AandJ-STD-001DRequiredResultsTestNameIncreasingDifficulty21助焊剂应用方法•形式–发泡–喷雾–波(不常见)•控制固态含量–比重(SG)–滴定法22发泡优点•低设备投资•板子浸润充分•适用的助焊剂范围广缺点•助焊剂量大•比重控制难•污染•浪费多•脏发泡注意事项•发泡:–检查比重（部分自动）–清洁干燥的压缩空气–保持助焊剂深度始终高于发泡石•喷雾–喷嘴类型和尺寸–气或超声波–均匀性采用PH纸观察助焊剂喷涂效果调整之后未调整之前采用PH纸观察通孔助焊剂喷涂效果PH纸放在板上面检测通孔助焊剂喷涂效果喷嘴高度调整Gap:13-14cmBoardNozzleheadNormal’s:6-8cm(50%FluxLost)(20%Lost)气压太大:助焊剂喷在板上滴落，或穿过过孔。气压太低:喷涂不均匀，助焊剂未喷到板上。Air’s喷嘴气压调整助焊剂喷涂量(有机酸型OR)异丙醇(VOC)基助焊剂170-250µgSolid’s/cm²水基(无VOC)助焊剂80-150µgSolid’s/cm²-助焊剂喷涂重量(克)/喷涂面积=助焊剂喷涂量(克)/cm2-助焊剂喷涂量(克)/cm2x106=助焊剂喷涂量µg(微克)/cm2助焊剂喷涂固含量=喷涂量µg/cm2x%RNV(固含量)/0.3助焊剂喷涂量计算公式31波峰焊系统原理强制回流预热器强制对流预热•基于高对流技术•极高的热传导效率可以：–对水基助焊剂提供足够的预热–使空气和板子的ΔT降到最小–使板子顶面点与点之间的ΔT降到最小•因为其热传导效率高，所以可能导致助焊剂加热过度的情况强制空气对流预热辐射传导预热•对VOCfree的助焊剂的预热效果差•热传导差异大•板上ΔT很大•低投资•升温快辐射传导预热预热•挥发助焊剂溶剂(酒精、水…)•激发助焊剂活性.•防止板子和元器件进入波峰时受到热冲击183°C预热–工艺•升温速率要满足助焊剂或元器件要求。•达到推荐的顶面温度并不能保证溶剂已完全挥发了。•过度加热助焊剂会使助焊剂活性减弱并会导致焊接不良增多。–预热区的要求：要求较长的预热区以减少热冲击，并使助焊剂达到最佳活性，否则只能以牺牲产量（降低输送速度）来补偿．–配备热风循环系统(无VOC的助焊剂是水基的,热风更有利于水份的蒸发）。预热区要求（无铅）预热风扇对助焊剂喷涂均匀度的影响─解决方法是将强制热风对流预热区移到第二个预热区，第一个预热区选用其他加热方式，比如红外辐射加热。–预热第一区如是强制热风对流区，热风会将助焊剂吹散，造成焊接问题发生。第一预热区用热风强制对流的效果。此位置助焊剂较少此位置助焊剂较多预热对喷涂均匀度的影响我们需要的是此种结果….助焊剂在预热区没移到此种状态不可接受最佳预热对喷涂的影响预热温度设定很重要对于异丙醇基(VOC)的助焊剂PCB上表明必须达到:90°C-110°CPCB下表明必须达到:100°C-130°C对于水基(无VOC)助焊剂PCB上表明必须达到:90°C-120°CPCB下表明必须达到:105°C-140°C–顶面温度满足助焊剂要求；–底面温度不要超过推荐温度；–升温速率也满足助焊剂和元器件要求理想的温度曲线波峰焊测温板制作热电偶用高温胶固定，并用热风枪烘干。PCB上表面在吸热量最小的元件引脚上接一根热电偶，以防上表明温度过高将SMT元件再溶化。此根热电偶穿过通孔，在板子底面露出1mm左右，用以测量吃锡时间。在PCB下表面吸热量最大的元件引脚上接一根热电偶，以知道板下面最大吸热元件焊接温度防止冷焊。板上温度曲线板下温度曲线时间温度顶点温度90~110℃顶点温度110~140℃⇒锡炉设定温度约255~265℃⇒浸锡时间3~5秒⇒输送带速度及角度会因产品及设备要求及限制有所不同，建议预热段平均温升速率2.0℃/sec预热段波焊段顶点温度180℃无铅波峰焊接曲线波峰焊系统原理