搜索
2019/9/171波焊技術波焊技術中所能作業的主要六大類型2019/9/172銲錫一、潤濕WETTING1.銲錫與膠合的不同4.毛細管作用2.潤濕與無潤濕(Wetting&Non-wetting)5.表面張力3.清潔6.潤濕的動態力平衡2019/9/173潤濕的動態平衡一、定義焊錫為L:LIQUID助焊劑為F:FLUX基層金屬為S:SOLIDBASEMETAL二、說明Psf=Pls+PlfCosθ為液體固體上擴散的力量銲錫角右圖固體表面呈球狀→Psf＞Pls+PlfCosθ→開始擴散→θ角度逐漸變小→PlfCosθ角度大→力量開始平衡→停止擴散2019/9/1741.θ＞90°,如果整個系統力量達到平衡時θ＞90°,表示Psf的值較小,其液體的擴散能力就很差以θ角度來看a.θ＞90°時,稱為de-wettingb.θ=180°時,稱為non-wettingc.90°θ﹤180°為poorlywettedsurface2.90°＞θ＞M,為marginalwetting,尚不能接受.通常M都75°,但這種Wetting是不能接受的.3.θ﹤M,為GoodWetting,在品質要求較高的產品,M值的要求可低於75°.2019/9/175由上述說明θ角度越小表示潤濕越好左圖:a.是完全未潤濕,θ=180°b.是完全潤濕,θ=0°c.是部分潤濕,0°θ180°2019/9/176二、焊點金屬間的形成:由接合的表面形成銅/錫化合物,也稱為金屬間化合物(Intermetalliccompound)分為Cu3Sn,Cu6Sn52019/9/177金屬間化合物形成的過程2019/9/1782019/9/179焊墊龜裂金屬間化合物比銲錫或銅來得硬且脆。因此,金屬間化合物太厚的話,焊點很容易在受到熱或機械性的壓力時,形成焊點龜裂2019/9/1710熱溫度是幫助助焊劑及銲錫作用及潤濕的主要動力之一2019/9/1711焊點表面清潔度和腐蝕焊點表面與空氣接觸後,很快的就形成一氧化層用以隔絕空氣,而不再氧化。但助焊劑中若存有大量的離子殘餘在表面,則會造成循環性的氧化而腐蝕,致使焊點功能異常。而氯離子的來源除了FLUX外,就是外來的污染所造成。例如,基版製作中的電鍍液,溶劑,人的汗水,環境污染,包裝材料,輸送系統…等。2019/9/1712助焊劑助焊劑的主要特性:1.吃錫性2.活性3.腐蝕性2019/9/1713助焊劑助焊劑的四大功能:1.清除焊接金屬表面的氧化膜2.在焊接物表面形成一液體的保護膜隔絕高溫時四周的空氣,防止金屬表面的再氧化。3.降低焊錫的表面張力,增加擴散的能力4.焊接的瞬間,可以讓熔融的銲錫取代順利完成焊接2019/9/1714助焊劑助焊劑可分為兩類:1.可溶於有機溶劑2.可溶於水大部分可溶於有機溶劑的助焊劑是以松香為主R(Rosin)-是不含任何活化劑的純松香,可溶於異丙醇或乙醇…等溶劑RMA(RosinMildlyActivated)-添加少量活化劑的松香,活化劑分有機鹽類或有機酸,可免洗RA(RosinActivated)-添加活性較強的活化劑松香,需清洗RSA(RosinSuperActivated)-松香中加入超強的活化劑SA(SyntheticActivated)-採用合成式助銲劑,且加入強活性的活化劑OA(OrganicAcid)-用有機酸當助銲劑IA(InorganicAcid)-採用更強的有機酸當助銲劑2019/9/1715助焊劑●TypeL：指助焊劑或其殘渣活性都很低者，如一般的R、RMA或RA型。●TypeM：指助焊劑或其殘渣都呈現中度活性者。●TypeH：指助焊劑或其殘渣都呈現高度活性者。下表即為各型助焊劑之試驗方法，及其允收標準。助焊劑不同等級之活性試驗Class1及2Class3耐腐蝕試驗Type1在50℃(120°F)及90﹪RH環境中，經四天連續試驗，試樣不管是否清洗皆需通過100MΩ的絕緣標準在85℃及90﹪RH經七天連續試驗後，試樣不管清洗與否，皆需通過100MΩ的絕緣標準銅鏡試驗鉻酸銀或鹵化物試驗腐蝕試驗未出現銅面被蝕透的痕跡(即未見到透明的背景)Class1及Class2之鹵化須低於0.5﹪(指助焊劑固形物)未出現腐蝕的跡象，如周圍有可見的藍綠色邊緣時，則該助焊劑還要進行鉻化銀試紙試驗Type2不管是否清洗，皆需通過100MΩ的絕緣標準不管清洗與否，皆需通過100MΩ的絕緣標準可允許部份或全部銅面被蝕掉鹵化物須低於25﹪輕微腐蝕可允收，助焊劑還須通過鹵化物試驗Type3不管是否清洗，皆需通過100MΩ的絕緣標準不管清洗與否，皆需通過100MΩ的絕緣標準可允許全部銅面被蝕掉允許有2﹪鹵化物已出現嚴重腐蝕〔註：表中板子分類的內容：Class3是指高信賴性者，如軍用、航太或大電腦等，Class2指一般工業用，Class1指民生消費用〕2019/9/1716助焊劑銅鏡法CopperMirrorMethod本法是用以檢查助焊劑腐蝕性的強弱，其做法是在一長方形的玻璃片上，以真空蒸著方式鍍上一層薄銅，再滴以標準的助焊劑及所欲檢測的助焊劑，然後置於環境控制的溫濕箱中24小時，以比較受檢者的腐蝕程度如何，其詳細作法如下：(1)標準助焊劑的製備—在100ml(c.c.)純度99﹪的試藥級異丙醇(IsopropylAlcohol，IPA)中溶入35g符合美國聯邦規範LLL-R-626的助焊劑，攪拌均勻當成本檢驗法的標準助焊劑用。2019/9/1717(2)溫濕箱—此箱應保持在23±2℃，及RH50﹪±5﹪的溫濕度，其中每10in²的空間須有1in³的鹽液或酸液，用以維持濕度，其詳細條件須參考ASTME104。(3)銅鏡試片(CopperMirrorTestPanels)—在一長方形的玻璃片上，以真空蒸著方式鍍著上約500﹪A的銅面，此銅面使波長在5000A的正常入射光，具有10±5﹪的透過能力，並以適宜的〝光電比色儀〞進行判讀。這種銅鏡的供應商為EvaporatedMetalFilmsCorp，Ithaca，N.Y.或其他類似商品。助焊劑2019/9/1718為了保持銅面完全無氧化物存在而使測驗更為準確起見，在試驗前才能將保存完好的銅片取出，並浸入50g／lEDTA的溶液中進行清洗，以除去任何可能的銅面氧化物。通常試驗前的銅面不需另行洗去此種EDTA溶液，但若結果發生爭議時，則必須先用流動的清水洗去銅面的EDTA，再用甲醇浸過使能快速完成乾燥，在檢查全無氧化物時才進行試驗。助焊劑2019/9/1719助焊劑(4)在乾淨的銅面上滴以一滴(0.05mil)待測的助焊劑，其滴管尖端不可觸及銅面，並在銅面上也另滴以標準助焊劑。若待測之助焊劑為錫膏形式時，則在銅面上小心均勻的舖上一層錫膏，其直徑應為8㎜(0.3in)，厚度為0.25㎜(10mil)，然後將備妥的試片水平置於無塵的溫濕箱內共24±0.5小時。試驗時間到達後，取出試片浸在清潔的異丙醇中(IPA)以洗去各種助焊劑試樣。2019/9/1720助焊劑(5)小心檢查各試片上銅面可能被蝕去的痕跡，如有任何銅面被蝕透，而從玻璃可看透到背面時，則表示該助焊劑腐蝕性太強而不及格。但如連標準助焊劑也不及格時，則需再做一次試驗。若只在銅表面發生反應而出現變色情形，或銅厚度只部份受損而未穿透時，則仍算及格。有某些化學品也會造成銅面的蝕透，如游離鹵素、強酸、無機酸，及游離胺類等，不可任其接觸到試驗的銅面。2019/9/1721鉻酸銀試紙法SilverChromateMethod本法是用鉻酸銀試紙之目視法，檢測助焊劑中是否有氯化物或溴化物的存在，其做法如下：(1)因酪酸銀試紙對光很敏感非常怕光故應嚴密包裝，也不可用徒手執取，必須用清潔的金屬夾子或鑷子與之接觸。(2)將一滴助焊劑滴在試紙上，並使其停留15秒鐘，然後立即浸入異丙醇中，將試紙上的有機物殘渣儘量洗掉，並令試紙在空氣中自由乾燥10分鐘，然後檢查紙上的顏色。助焊劑2019/9/1722助焊劑(3)若待檢者為錫膏時，需先將試紙用純水浸濕，取出後用玻璃片及吸水紙將試紙上多餘的水份除去，用扁抹刀(Spatula)在試紙上直接塗上一薄層錫膏，使與接觸1分鐘後再於異丙醇中小心洗去錫膏，不要搓揉試紙，然後在空氣中進行乾燥。(4)小心檢視試紙的變色情形，如試紙出現圓形的白色或淡黃色徵象時，即表示助焊劑中已存有氯化物(Chlorides)或溴化物(Bromides)。2019/9/1723助焊劑(5)某些化學品如游離鹵化物之Amines胺類，Cyanides氰胺類及Isocyanides異氰胺類等，都會造成試驗不及格的假象。並還應小心避免某些酸類也會形成假象，此時需另以pH試紙檢查變色處的pH值，若其pH低於3時，還需用別的方法去分析氯化物及溴化物。試紙的供應商為Quantek、P.O.BOX136、Lyndhurst、NJ07071。2019/9/1724助焊劑的化學特性1.化學活性ChemicalActivity2.熱穩定性ThermalStability3.助焊劑在不同溫度下的活性Activation&DeactivationTemperature4.潤濕能力WettingPower5.擴散率SpreadingActivity2019/9/1725助焊劑的運用2019/9/1726下圖為松香之結晶體右圖為經稀釋劑與其他成分調配後之液態助焊劑2019/9/1727波焊設備的基本架構1.助焊槽(Fluxer)2.預熱器(Preheater)3.錫槽(SolderTank)4.輸送帶(Conveyor)5.控制系統(ControlSystem)2019/9/1728波焊的第一步:松香塗佈2019/9/1729松香塗佈的方式可分為:發泡式、湧波式、多點湧波式、浸入式、滾筒式噴霧、滾刷式噴霧、超音波噴霧、單槍移動式噴霧、多槍固定式噴霧、單槍擴散式噴霧、噴轉撞擊式噴霧…等。2019/9/1730透過各種系統發散出來的FLUX,並非完全吸附在產品之吃錫面或貫穿孔內。因此必須有適當的回收系統執行下以下處理:1.過濾雜質,回收使用2.控制比重,並自動調節3.防止揮發擴散及污染2019/9/1731松香塗佈的過程要特別注意,空氣中松香擴散的狀況,若因抽風系統不良而擴散出沾附區域外時,將發生以下狀況:1.飄散至Preheater上方會因溫度過高而產生氣爆或燃燒等危險2.飄入生產線將造成人員不適及吸入性中毒2019/9/1732波焊的第二步:預熱預熱的幾個主要目的1.使助焊劑中的溶劑揮發2.減少熱衝擊3.加速化學反應預熱的幾種不同系統1.熱風式2.紅外線加熱板3.紅外線石英管2019/9/1733波焊的第三步:錫波基本上,在錫波中可分為三個重要的區段1.進入區:吃錫產生的地方2.脫離區:電路板離開錫波,銲錫與電路板在此脫離3.中間區:介於進入區與脫離區之間,又可稱為傳熱區2019/9/1734銲錫在進入區的流動特性會受到零件腳的阻擋,當焊錫性不良的零件浸入溶錫中,溶錫就會變成弧形,這是因為零件推擠與銲錫表面張力作用的結果,如此一來,就在零件後面形成陰影,使銲錫接觸不到錫墊2019/9/1735零件愈高或金屬端接點愈小,陰影效應就愈嚴重,這可從SOT-23的圖中清楚的看到例如:將焊墊延長1mm的長度,焊錫的半徑應小於2mm,否則焊墊就無法觸及焊錫,而無法使焊墊吃錫2019/9/1736HeatTransferZone傳熱區在進入區與脫離區之間,電路板與銲錫直接接觸,行成百分之百短路,吃錫作用起自於進入區而完成於脫離區,一個界於焊墊與零件端接點間的有效金屬接合賴以完成雖然零件與溶錫接觸僅0.1秒之內即可達到銲錫溫度,但是為了求得更適切的吃錫性,則需要更長的時間2019/9/1737Exit(peel-back)Zone脫錫區在傳熱區焊接,電路板因銲錫完全短路因此必須在脫錫區將多餘的錫拉回錫槽內2019/9/1738如何避免短路1.脫離區的錫波必須儘可能平穩2.增加輸送帶的角度3.降低輸送帶的速度2019/9/1739雙波式的自動銲錫爐實景201