【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 對(duì)焊錫膏應(yīng)用而言，可將 合金與 UP 系列助焊劑配合使用。 對(duì)波峰焊應(yīng)用而言，焊錫條可使用 。 對(duì)手工 /機(jī)器焊接而言，焊錫線可使用 。 雖然上述方案還未能達(dá)到研究無(wú)鉛替代方案工程師們所確定的每項(xiàng)目標(biāo)，但基本上能令人滿意，該方案最大限制在于～30℃，因此回流焊對(duì)元件的要求也有所提高。元器件供應(yīng) 商應(yīng)與電子裝配廠密切合作以解決高溫回流焊帶來(lái)的種種問(wèn)題。 隨著新技術(shù)的發(fā)展，將來(lái)還會(huì)有更多更好的替代方案推出，這里討論的系統(tǒng)最大價(jià)值在于其它復(fù)雜系統(tǒng)可以根據(jù)它提供的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參照比較。在考察更加復(fù)雜的系統(tǒng)之前，應(yīng)多問(wèn)下面一些可以定量回答的問(wèn)題： 焊錫膏 1. 新的合金系統(tǒng)是否能將回流焊溫度降至與 Sn/Ag合金差不 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 19 頁(yè) 共 55 頁(yè) 多的程度 (Sn/Ag 合金最 低回 流焊溫 度為 240 ℃，而℃ )？ 2. 與 Sn/Ag 或 Sn/Ag/Cu 合金相比，金屬和焊錫膏的成本如何？ 3. 合金中各材料有沒(méi)有技術(shù)參數(shù)限制？各材料在技術(shù)參數(shù)范圍內(nèi)變化時(shí)其固相和液相溫度的變化情況如何？ 焊條 1. 合金的成本如何？與 Sn/Cu 合金比較哪一個(gè)更貴？ 2. 合金是否具有 Sn/Cu 合金所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)？ 為什么要采用無(wú)鉛方案？ 在談?wù)摻】岛桶踩珕?wèn)題時(shí)，人們一般考慮兩個(gè)因素 —— 危害和危險(xiǎn)。危害是指某物質(zhì)存在毒性以及食入、吸入或吸收后對(duì)人體的影響，危險(xiǎn)更多是指采取正確預(yù)防措施后材料的安全 性或者危害發(fā)生的可能性。 鉛是一種有毒物質(zhì)，人體吸收了過(guò)量的鉛會(huì)引起鉛中毒，攝入低劑量的鉛則可能對(duì)人的智力、神經(jīng)系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)造成影響。在評(píng)定鉛的危險(xiǎn)性時(shí)，通常是通過(guò)調(diào)查飲食或呼吸攝入的可能性。就電子業(yè)而言，一般正常條件下鉛不會(huì)達(dá)到使其氣化的溫度，因此這方面的危險(xiǎn)無(wú)法定量測(cè)出，只能通過(guò)監(jiān)測(cè)確定。 可以采用一些簡(jiǎn)單的預(yù)防措施，包括在保養(yǎng)波峰焊錫爐和清理殘?jiān)鼤r(shí)戴上面罩，在有鉛區(qū)域禁止抽煙，盡可能減少在工作區(qū)攝入鉛的可能性。另外當(dāng)接觸焊錫膏、焊條、焊線等含鉛物體后， 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 20 頁(yè) 共 55 頁(yè) 務(wù)必在吃飯、飲水和抽煙之前清 洗雙手，徹底消除攝入鉛的可能途徑。 一般地說(shuō)，從鉛吸收來(lái)源來(lái)看食入鉛的危險(xiǎn)要高于呼吸吸入，所以應(yīng)強(qiáng)調(diào)養(yǎng)成良好衛(wèi)生習(xí)慣的重要性，在含鉛的區(qū)域嚴(yán)禁飲食和抽煙以將危險(xiǎn)降到最低。事實(shí)證明，只要采取了正確的預(yù)防措施，在工作場(chǎng)所使用鉛還是相對(duì)較為安全的。 既然在電子工業(yè)中使用鉛的危險(xiǎn)如此之小，那么人們?yōu)槭裁催€在考慮徹底消除鉛的使用呢？其實(shí)主要的擔(dān)心是含鉛材料的處置問(wèn)題，如印刷線路板等。之所以有這種擔(dān)心，是因?yàn)槟切┍蛔鳛槔幚淼膹U印刷電路板在埋入地下后，其中所含的鉛可能會(huì)從電路板滲出進(jìn)入地下水，繼 而流入我們的飲用水之中。 目前存在一些技術(shù)爭(zhēng)論，主要圍繞鉛從 PCB 滲出的可能性以及飲用水可接受的含鉛量 (如果確實(shí)含鉛 )應(yīng)該低于多少。 無(wú)鉛立法是否即將出臺(tái)？ 立法過(guò)程的政策性很強(qiáng)，因此很難預(yù)知，例如目前美國(guó)國(guó)會(huì)就尚未采取積極的立法措施來(lái)限制在電子工業(yè)中使用鉛。由于電子業(yè)所用的鉛在人類鉛使用總量中僅占非常小的份額，而且電子業(yè)在國(guó)民生產(chǎn)總值中所占比例非常重要并呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此對(duì)電子工業(yè)限制用鉛會(huì)遇到很大阻力。此外所有無(wú)鉛焊料的替代品都會(huì)增加電子制造成本，一些地區(qū)關(guān)于無(wú)鉛焊料的研究還 沒(méi)有開(kāi)始，所以從某種意義上說(shuō)對(duì)此的立法可能會(huì)削弱本國(guó)電子制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 21 頁(yè) 共 55 頁(yè) 歐洲則在推動(dòng)無(wú)鉛立法上采取了更為積極的態(tài)度，歐盟計(jì)劃進(jìn)行一項(xiàng)投票表決，要求 2020 年 1 月之前在除車用和某些特殊場(chǎng)合之外的所有電子產(chǎn)品中禁止用鉛，荷蘭和瑞士則早已實(shí)施了有關(guān)電子廢料的法令。 亞洲方面已有國(guó)家就電子廢料的回收利用問(wèn)題發(fā)表聲明。日本電子產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì)和日本電子封裝研究所在 1998 年 1 月制定了無(wú)鉛方案的研究原則與計(jì)劃，有些 OEM 廠商已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出回收利用方法，索尼、東芝、松下、日立和 NEC 等大公司也已承諾將遵守 日本的法律，于 2020 年在某些電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化。 電子業(yè)是否正在實(shí)施無(wú)鉛工藝？ 許多跨國(guó)電子公司已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)無(wú)鉛技術(shù)項(xiàng)目，對(duì)無(wú)鉛替代方案進(jìn)行評(píng)估，以做好準(zhǔn)備在限制性法律生效后實(shí)施無(wú)鉛系統(tǒng)方案。 也有許多公司將實(shí)施無(wú)鉛工藝作為一種營(yíng)銷戰(zhàn)略，他們希望在營(yíng)銷過(guò)程中將其電子產(chǎn)品作為無(wú)鉛和環(huán)保產(chǎn)品進(jìn)行宣傳。 ] 片狀元件波峰焊接的難題 By Brian Lynch 本文介紹，較新的助焊劑技術(shù)可幫助戰(zhàn)勝片狀元件波峰焊接的缺陷。 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 22 頁(yè) 共 55 頁(yè) 在過(guò)去十年里，電子裝配制造商已經(jīng)迅速地采用 了免洗助焊劑技術(shù)。今天，在北美，超過(guò) 60%的所有電子裝配都是使用免洗助焊劑工藝生產(chǎn)的。隨著低固體、免洗助焊劑技術(shù)的采用，出現(xiàn)了幾個(gè)明顯的挑戰(zhàn)。要克服的最新的困難是兩種麻煩的缺陷的發(fā)生：錫球和錫橋。這兩種缺陷的頻率經(jīng)常伴隨片狀元件波峰焊接(wave solder)的使用而大大增加。這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)刺激了在助焊劑技術(shù)中的最新發(fā)展。 片狀元件波峰焊接的難題是什么？ 使用傳統(tǒng)的 λ 或“ A”型焊接波峰來(lái)焊接底面的表面貼裝元件 (SMD)，經(jīng)常產(chǎn)生不滿意的焊接結(jié)果。這兩種波峰類型設(shè)計(jì)更適合焊接傳統(tǒng)的通孔 (throughhole)元件。因此，在許多情況下，這兩種波型不具有適當(dāng)?shù)慕佑|作用或動(dòng)力，來(lái)打破在底面 SMD的元件引腳與焊盤界面之間焊錫的表面張力。如果焊錫的表面張力不打破，那么焊錫不能適當(dāng)?shù)厝蹪?(wet)界面，并形成焊接點(diǎn)。這個(gè)現(xiàn)象有時(shí)叫做“陰影 (shadowing)”，是那些通常叫做“漏焊(skip)”的缺陷的主要原因。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，大多數(shù)波峰焊接設(shè)備制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)，并且現(xiàn)在提供裝備有“紊流 (turbulent)”或者“適于片狀元件的(chip)”波峰的機(jī)器。在這種波峰焊接機(jī)器類型中，片狀波峰 (chip wave)后面跟著傳統(tǒng)的焊接波峰，構(gòu)成雙波峰焊接工藝。片狀波峰是專門設(shè)計(jì)的發(fā)出消除底面 SMD 經(jīng)歷的陰影效果所要求的適當(dāng)作用或動(dòng)力。這種作用允許焊錫的表面張力更容易地打破，保 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 23 頁(yè) 共 55 頁(yè) 證焊錫適當(dāng)?shù)娜蹪窈副P與元件的界面，形成焊接點(diǎn)。因此，片狀波峰的使用是減少漏焊缺陷發(fā)生所需要的。 可是，當(dāng)片狀波峰要求用于底面 SMD 的適當(dāng)焊接和與傳統(tǒng)低固 (lowsolids)、免洗 (noclean)助焊劑一起使用時(shí)，其它的焊接問(wèn)題是常見(jiàn)的。一種傳統(tǒng)的低固、免洗助焊劑通常含有大約 2%的活性劑 (activator)，或固體，但可以高達(dá) 4%的固體。在雙波峰工藝中經(jīng)常與這些助焊劑的使用有關(guān)的缺陷是錫球 (solder ball)和錫橋 (solder bridge)。因此，將這類助焊劑用于含有底面 SMD裝配的電子裝配制造商面對(duì)片狀波峰的難題： 如果不使用片狀波峰，在底面 SMD 焊盤上出現(xiàn)漏焊。 如果使用片狀波峰，會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的焊錫球和錫橋。 哪一種方法都會(huì)造成缺陷。 注意，在這種情況下遇到的錫球通常叫做非隨機(jī)錫球。非隨機(jī)錫球在一塊板的底面上相同的位置上找到，一塊板接著一塊板都有，通常在突出引腳的托尾邊。它們的發(fā)生和焊錫與阻焊層之間的表面張 力有關(guān)?；旧?，如果這個(gè)表面張力足夠大的話，錫球與 PCB 之間的粘力將大于重力向下的力。結(jié)果形成錫球。 傳統(tǒng)助焊劑與片狀波峰 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 24 頁(yè) 共 55 頁(yè) 傳統(tǒng)的低固、免洗助焊劑經(jīng)常在單波峰焊接工藝中表現(xiàn)滿意。當(dāng)使用雙波峰工藝時(shí)，表現(xiàn)差是常見(jiàn)的，因?yàn)槠瑺畈ǚ宕蟠蟮卦黾恿?PCB 與熔化的焊錫之間的接觸時(shí)間。事實(shí)上，當(dāng)使用片狀波峰 (chip wave)時(shí)， PCB 花在與 460~500176。 F 熔化 的焊錫接觸的時(shí)間增加了，比單波峰工藝增加 25~40%。圖一說(shuō)明 PCB 與焊錫波峰接觸時(shí)間是對(duì)不同波峰類型的傳送帶速度的函數(shù)。 例如，對(duì)于 5 ft/，“ A”波比“ A”波加片狀波峰的接觸時(shí)間是 秒比 秒。這個(gè)數(shù)據(jù)表示板與熔化的焊錫接觸的時(shí)間增加 40%。 傳統(tǒng)的低固、免洗助焊劑不是設(shè)計(jì)忍耐這么長(zhǎng)的溫度暴露。它們不能經(jīng)受得住在使用片狀波峰時(shí)所遇到的延長(zhǎng)的駐留時(shí)間，傾向于在板到達(dá)第二波峰出處的剝離區(qū)域之前就蒸發(fā)了。這里，助焊劑發(fā)揮其在焊接工藝中最好的和關(guān)鍵的作用。剩下的助焊劑必須減 少焊錫與阻焊層折舊的表面張力，以減少錫球頻率。另外，剩余的助焊劑必須幫助焊錫從元件引腳排放掉，以減少錫橋的頻率。如果當(dāng)板從波峰出來(lái)時(shí)助焊劑完全沒(méi)有了，這些缺陷可能會(huì)戲劇性地增加。 解決片狀波峰的難題 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 25 頁(yè) 共 55 頁(yè) 有幾種選擇來(lái)解決片狀波峰的難題。電路板設(shè)計(jì)的改變，如虛設(shè)焊盤 (dummy pad)的使用，可幫助減少一排引腳端的錫橋。在多個(gè)研究中，與平滑的阻焊層相比較，不光滑表面的阻焊層的使用顯示 50~90%的錫球數(shù)量的大大減少。增加了助焊劑沉積、加快傳送帶速度、或降低錫缸的溫度也可幫助減少錫球或錫橋10~40%，這是 基于工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)?？墒?，這些 方法不總是可以辦到的，有時(shí)可能產(chǎn)生其它焊接問(wèn)題。 在低固、免洗助焊劑技術(shù)中的最新進(jìn)步提供了一個(gè)解決這類問(wèn)題的方法。不象傳統(tǒng)的不能忍耐焊接中駐留時(shí)間延長(zhǎng)的低固免洗助焊劑，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出更新的助焊劑技術(shù)，提供溫度更穩(wěn)定的活性劑系統(tǒng)。溫度更穩(wěn)定允許助焊劑忍受在雙波峰工藝中所遇到的溫度暴露時(shí)間的增加。這個(gè)能力保證助焊劑將在波峰出來(lái)時(shí)還有，以 減少焊錫的表面張力，大大地減少非隨機(jī)錫球與錫橋的發(fā)生。 溫度重力分析 (TGA, thermogravimetric analysis)在檢查溫度穩(wěn)定性時(shí)是有幫助的。圖二比較一種傳統(tǒng)的低固免洗助焊劑與一種較新的更溫度穩(wěn)定的基于溶劑的低固免洗助焊劑的 TGA 圖。 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 26 頁(yè) 共 55 頁(yè) 溫度重力分析 (TGA)是對(duì)一種材料在溫度與時(shí)間上怎樣揮發(fā)的定量測(cè)量。 TGA 測(cè)試從樣品的已知數(shù)量開(kāi)始，用圖繪出隨著 `溫度與時(shí)間的增加樣品質(zhì)量的損失。其結(jié)果對(duì)一種助焊劑在波峰焊接工藝中所經(jīng)歷的溫度暴露是相似的，可幫助預(yù)測(cè)一種助焊劑在這兩個(gè)缺陷區(qū)域的表現(xiàn)。 在圖二中比較的兩種助焊劑的情況中，每一個(gè)都是以急下坡開(kāi)始，這表示每個(gè)助焊劑樣品的大多 數(shù)已經(jīng)揮發(fā)。這個(gè)急下坡對(duì)波峰焊接工藝中預(yù)熱區(qū)期間助焊劑載體的揮發(fā)是類似的。畫圈的區(qū)域是比較的更關(guān)鍵區(qū)域。該圖的每一部分都類似于在與焊錫波峰接觸期間助焊劑對(duì)焊接熱量的暴露。在這個(gè)溫度范圍助焊劑溫度穩(wěn)定性的差別幫助預(yù)測(cè)助焊劑性能的差別。正如所顯示的，含有一個(gè)更溫度穩(wěn)定活性劑系統(tǒng)的助焊劑比傳統(tǒng)的助焊劑揮發(fā)較慢。因?yàn)閾]發(fā)較慢，在焊錫波峰的剝離區(qū)域或出口還有助焊劑，來(lái)減少焊錫的表面張力，結(jié)果減少非隨機(jī)錫球和錫橋。 結(jié)論 片狀元件焊接波峰 (chip wave)要求用來(lái)提供在底面 SMD 的元件引腳與焊盤界面處的適當(dāng)熔 濕 (wetting)。非隨機(jī)錫球與錫橋的發(fā)生經(jīng)常隨著片狀波峰的使用而大大增加。較新的助焊劑技術(shù)，結(jié)合了更溫度穩(wěn)定的活性劑系統(tǒng)，可用來(lái)大量減少這些缺陷。 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 27 頁(yè) 共 55 頁(yè) 波峰焊接的持續(xù)改進(jìn)方法 By Joe Chu and Tony Huang 如果能夠使用適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備和支持來(lái)實(shí)施有效的過(guò)程控制系統(tǒng)，那么，波峰焊接過(guò)程中出現(xiàn)的大部分問(wèn)題可以得到解決，或者至少減少到一個(gè)可以接受的水平。 波峰焊接是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，保持一種有效的大規(guī)模焊接工藝過(guò)程，特別是對(duì)通孔和第三類 SMT 裝配?？墒?，波峰焊接也由于其不連續(xù)的性能和復(fù) 雜性，被人們不接受。波峰焊接的復(fù)雜是由于其過(guò)程運(yùn)作變量，例如，傳送帶速度、預(yù)熱溫度、波峰的