【文章內(nèi)容簡介】 對焊錫膏應(yīng)用而言，可將 合金與 UP 系列助焊劑配合使用。 對波峰焊應(yīng)用而言，焊錫條可使用 。 對手工 /機(jī)器焊接而言，焊錫線可使用 。 雖然上述方案還未能達(dá)到研究無鉛替代方案工程師們所確定的每項目標(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的種種問題。 隨著新技術(shù)的發(fā)展，將來還會有更多更好的替代方案推出，這里討論的系統(tǒng)最大價值在于其它復(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)多問下面一些可以定量回答的問題： 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 共 55 頁 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 合金比較哪一個更貴？ 2. 合金是否具有 Sn/Cu 合金所沒有的優(yōu)點？ 為什么要采用無鉛方案？ 在談?wù)摻】岛桶踩珕栴}時，人們一般考慮兩個因素 —— 危害和危險。危害是指某物質(zhì)存在毒性以及食入、吸入或吸收后對人體的影響，危險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)，人體吸收了過量的鉛會引起鉛中毒，攝入低劑量的鉛則可能對人的智力、神經(jīng)系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)造成影響。在評定鉛的危險性時，通常是通過調(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達(dá)到使其氣化的溫度，因此這方面的危險無法定量測出，只能通過監(jiān)測確定。 可以采用一些簡單的預(yù)防措施，包括在保養(yǎng)波峰焊錫爐和清理殘渣時戴上面罩，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 共 55 頁 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，從鉛吸收來源來看食入鉛的危險要高于呼吸吸入，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降到最低。事實證明，只要采取了正確的預(yù)防措施，在工作場所使用鉛還是相對較為安全的。 既然在電子工業(yè)中使用鉛的危險如此之小，那么人們?yōu)槭裁催€在考慮徹底消除鉛的使用呢？其實主要的擔(dān)心是含鉛材料的處置問題，如印刷線路板等。之所以有這種擔(dān)心，是因為那些被作為垃圾處理的廢印刷電路板在埋入地下后，其中所含的鉛可能會從電路板滲出進(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 (如果確實含鉛 )應(yīng)該低于多少。 無鉛立法是否即將出臺？ 立法過程的政策性很強(qiáng)，因此很難預(yù)知，例如目前美國國會就尚未采取積極的立法措施來限制在電子工業(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)在國民生產(chǎn)總值中所占比例非常重要并呈增長趨勢，因此對電子工業(yè)限制用鉛會遇到很大阻力。此外所有無鉛焊料的替代品都會增加電子制造成本，一些地區(qū)關(guān)于無鉛焊料的研究還 沒有開始，所以從某種意義上說對此的立法可能會削弱本國電子制造業(yè)的競爭力。 中國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 共 55 頁 歐洲則在推動無鉛立法上采取了更為積極的態(tài)度，歐盟計劃進(jìn)行一項投票表決，要求 2020 年 1 月之前在除車用和某些特殊場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施了有關(guān)電子廢料的法令。 亞洲方面已有國家就電子廢料的回收利用問題發(fā)表聲明。日本電子產(chǎn)業(yè)開發(fā)協(xié)會和日本電子封裝研究所在 1998 年 1 月制定了無鉛方案的研究原則與計劃，有些 OEM 廠商已經(jīng)成功開發(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)品中實現(xiàn)無鉛化。 電子業(yè)是否正在實施無鉛工藝？ 許多跨國電子公司已經(jīng)開始啟動無鉛技術(shù)項目，對無鉛替代方案進(jìn)行評估，以做好準(zhǔn)備在限制性法律生效后實施無鉛系統(tǒng)方案。 也有許多公司將實施無鉛工藝作為一種營銷戰(zhàn)略，他們希望在營銷過程中將其電子產(chǎn)品作為無鉛和環(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 共 55 頁 在過去十年里，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 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。這個問題已經(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|作用或動力，來打破在底面 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。這個現(xiàn)象有時叫做“陰影 (shadowing)”，是那些通常叫做“漏焊(skip)”的缺陷的主要原因。 為了解決這個問題，大多數(shù)波峰焊接設(shè)備制造商已經(jīng)開發(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)作用或動力。這種作用允許焊錫的表面張力更容易地打破，保 中國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 共 55 頁 證焊錫適當(dāng)?shù)娜蹪窈副P與元件的界面，形成焊接點。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，其它的焊接問題是常見的。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，會出現(xiàn)過多的焊錫球和錫橋。 哪一種方法都會造成缺陷。 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 共 55 頁 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，表現(xiàn)差是常見的，因為片狀波峰大大地增加了 PCB 與熔化的焊錫之間的接觸時間。事實上，當(dāng)使用片狀波峰 (chip wave)時， PCB 花在與 460~500176。 F 熔化 的焊錫接觸的時間增加了，比單波峰工藝增加 25~40%。圖一說明 PCB 與焊錫波峰接觸時間是對不同波峰類型的傳送帶速度的函數(shù)。 例如，對于 5 ft/，“ A”波比“ A”波加片狀波峰的接觸時間是 秒比 秒。這個數(shù)據(jù)表示板與熔化的焊錫接觸的時間增加 40%。 傳統(tǒng)的低固、免洗助焊劑不是設(shè)計忍耐這么長的溫度暴露。它們不能經(jīng)受得住在使用片狀波峰時所遇到的延長的駐留時間，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)板從波峰出來時助焊劑完全沒有了，這些缺陷可能會戲劇性地增加。 解決片狀波峰的難題 中國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 共 55 頁 有幾種選擇來解決片狀波峰的難題。電路板設(shè)計的改變，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?？墒?，這些 方法不總是可以辦到的，有時可能產(chǎn)生其它焊接問題。 在低固、免洗助焊劑技術(shù)中的最新進(jìn)步提供了一個解決這類問題的方法。不象傳統(tǒng)的不能忍耐焊接中駐留時間延長的低固免洗助焊劑，已經(jīng)開發(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間的增加。這個能力保證助焊劑將在波峰出來時還有，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 共 55 頁 溫度重力分析 (TGA)是對一種材料在溫度與時間上怎樣揮發(fā)的定量測量。 TGA 測試從樣品的已知數(shù)量開始，用圖繪出隨著 `溫度與時間的增加樣品質(zhì)量的損失。其結(jié)果對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)測一種助焊劑在這兩個缺陷區(qū)域的表現(xiàn)。 在圖二中比較的兩種助焊劑的情況中，每一個都是以急下坡開始，這表示每個助焊劑樣品的大多 數(shù)已經(jīng)揮發(fā)。這個急下坡對波峰焊接工藝中預(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焊接熱量的暴露。在這個溫度范圍助焊劑溫度穩(wěn)定性的差別幫助預(yù)測助焊劑性能的差別。正如所顯示的，含有一個更溫度穩(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。因為揮發(fā)較慢，在焊錫波峰的剝離區(qū)域或出口還有助焊劑，來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)，可用來大量減少這些缺陷。 中國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 共 55 頁 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)備和支持來實施有效的過程控制系統(tǒng)，那么，波峰焊接過程中出現(xiàn)的大部分問題可以得到解決，或者至少減少到一個可以接受的水平。 波峰焊接是一項成熟的技術(shù)，保持一種有效的大規(guī)模焊接工藝過程，特別是對通孔和第三類 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)雜是由于其過程運作變量，例如，傳送帶速度、預(yù)熱溫度、波峰的