【正文】 融釬料鍋的底部不易清除，這就增加了無(wú)鉛釬料鍋內(nèi)釬料的更換頻率，增加了生產(chǎn)成本。當(dāng)Cu含量超過(guò)1%時(shí)，液相線溫度會(huì)迅速上升，如圖322 所示。由于無(wú)鉛釬料的熔點(diǎn)相對(duì)傳統(tǒng)SnPb釬料而言已有很大提高，Cu的溶入造成的熔點(diǎn)升高會(huì)對(duì)波峰焊整個(gè)的工藝和設(shè)備造成更大的沖擊，對(duì)無(wú)鉛進(jìn)程產(chǎn)生很大的影響。圖322 SAC合金中Cu的含量和熔點(diǎn)關(guān)系P中國(guó)專利CN1329964A 中給出了一種日本鋁釬料株式會(huì)社在國(guó)內(nèi)申報(bào)的無(wú)鉛釬料合金，具體的成分為SnAgNi，認(rèn)為由于SnAg 釬料的高Sn含量增加了Cu向釬料中消耗，提出添加元素Ni可抑制Cu向熔融釬料中溶解。AIM公司通過(guò)Cu在CASTIN（），Sb能有效抑制Cu在SnAgCu釬料中的溶解速度， 釬料的鐵污染鐵對(duì)無(wú)鉛釬料的危害同樣不容忽視。由于高溫下錫對(duì)鐵材料的高侵蝕性，使用不銹鋼及鑄鐵的錫爐材料很容易與無(wú)鉛釬料反應(yīng)生成針狀FeSn金屬間化合物FeSnB2B，如圖323 所示。FeSnB2B的熔點(diǎn)為510176。C，密度也較SnAgCu為大，一旦在錫爐中生成，它將在錫爐底部一直生長(zhǎng)，當(dāng)達(dá)到一定質(zhì)量后它就能進(jìn)入釬料，在焊接過(guò)程中隨釬料沾覆到PCB板上。由于現(xiàn)代表面封裝中焊點(diǎn)間距越來(lái)越小，針狀的FeSnB2B化合物可能在兩通孔焊點(diǎn)之間產(chǎn)生橋連現(xiàn)現(xiàn)象，造成很大危害，如圖324 所示。Denis Barbini還發(fā)現(xiàn)SnAg和SnCu等都會(huì)與鐵反應(yīng)生成FeSnB2B，區(qū)別只在于反應(yīng)開(kāi)始的時(shí)間延遲不同。釬料一旦被鐵污染，就很難得到控制，可以說(shuō)很難或者根本不可能被消除，到一定程度時(shí)只能更換所有的釬料。高等級(jí)的不銹鋼能減緩反應(yīng)速率，但最終還是會(huì)與釬料發(fā)生反應(yīng)，直接驗(yàn)證了不銹鋼材料已經(jīng)無(wú)法滿足無(wú)鉛釬料的要求。 無(wú)鉛波峰焊工藝設(shè)定工藝參數(shù)的確定對(duì)焊接質(zhì)量有很大影響。一般無(wú)鉛波峰焊工藝參數(shù)焊接溫度250～260℃，預(yù)熱溫度100130℃，預(yù)熱時(shí)間60 秒以上，預(yù)熱溫升速率3℃/秒以下，冷卻速率810℃/秒。 焊接溫度焊接溫度并不等于錫爐溫度，在線測(cè)試表面，一般焊接溫度要比錫爐溫度低5℃左右，也就是250℃測(cè)量的潤(rùn)濕性能參數(shù)大致對(duì)應(yīng)于255℃的錫爐溫度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，一般的無(wú)鉛釬料合金，最適當(dāng)?shù)腻a爐溫度為271℃。此時(shí)常用的無(wú)鉛合金一般存在最小的潤(rùn)濕時(shí)間和最大的潤(rùn)濕力，如圖327 所示。當(dāng)采用不同的助焊劑時(shí)，無(wú)鉛釬料潤(rùn)濕性能最佳錫爐溫度有所不同，但是差別不大。波峰焊錫爐的溫度對(duì)焊接質(zhì)量影響很大。溫度若偏低，焊錫波峰的流動(dòng)性變差，表面張力大，易造成虛焊和拉尖等焊接缺陷，失去波峰焊接所應(yīng)具有的優(yōu)越性。若溫度偏高，有可能造成元件損傷，增強(qiáng)釬料氧化。圖 327 不同無(wú)鉛釬料在不同溫度下的潤(rùn)濕力和潤(rùn)濕時(shí)間+無(wú)鉛專用助焊劑/低VOC助焊劑組合而言，焊錫槽的最佳溫度為260270℃；復(fù)合雙面板一般要比單面板溫度高10～25℃左右；無(wú)鉛波峰焊中最好使用Tg高的基板材料，因?yàn)槠溆懈玫淖杩鼓芰?。無(wú)鉛波峰焊對(duì)于元器件影響不是很大，圖328為SAC405 釬料在焊接溫度下對(duì)不同測(cè)試點(diǎn)溫度的測(cè)試數(shù)據(jù)，可以看出幾條曲線溫度相近。圖 328 溫度曲線測(cè)試結(jié)果 波峰高度波峰高度的升高和降低直接影響到波峰焊的平穩(wěn)及波峰表面焊錫的流動(dòng)性。適當(dāng)?shù)牟ǚ搴父叨瓤梢员ＷCPCB 有良好的壓錫深度，使焊點(diǎn)能充分與焊錫接觸。平穩(wěn)的波峰焊可使整塊PCB 在焊接時(shí)間內(nèi)都能得到均勻的焊接。當(dāng)波峰偏高時(shí)，表面液態(tài)釬料流速增大。雷諾數(shù)值增大將使液態(tài)流體進(jìn)行湍流狀態(tài)，易導(dǎo)致波峰不穩(wěn)定，造成PCB 漫錫，損壞PCB 上的電子元件，但是有利于焊縫的填充，易引起拉尖、橋連等焊接缺陷。波峰偏低時(shí)，泵內(nèi)液態(tài)釬料流速低為層流態(tài)，因而波峰跳動(dòng)小，平穩(wěn)。焊錫的流動(dòng)性變差，容易產(chǎn)生吃錫量不足，焊點(diǎn)不飽滿等缺陷。波峰高度通?？刂圃赑CB板厚度的1/2～1/3。 浸錫時(shí)間被焊表面浸入和退出溶化釬料波峰的速度對(duì)潤(rùn)濕質(zhì)量，焊點(diǎn)的均勻性和厚度影響很大。釬料被吸收到PCB 焊盤(pán)通孔內(nèi)，立即產(chǎn)生熱交換。當(dāng)印制板離開(kāi)波峰時(shí)，放出潛熱，釬料有液相變?yōu)楣滔?。?dāng)錫爐溫度在250～260℃左右，焊接溫度就在245℃左右，焊接時(shí)間為3～5s 左右?？紤]到環(huán)境溫度的變化，助焊劑性能和釬料的溫度，接觸時(shí)間也有所不同。 冷卻系統(tǒng)無(wú)鉛化之后，通孔基板波峰焊接時(shí)常常會(huì)發(fā)生剝離缺陷，其原因是因?yàn)樵诶鋮s過(guò)程中釬料合金的冷卻與PCB 的冷卻不匹配。此外無(wú)鉛釬料與鍍有SnPb 合金的元件會(huì)共同存在一段時(shí)間，如果采用含Bi 無(wú)鉛釬料，剝離現(xiàn)象更為凸出。目前解決的最好辦法是出口加冷卻系統(tǒng)，采用較大冷卻速率。焊后的冷卻還從三個(gè)方面影響釬焊焊點(diǎn)形態(tài)和厚度：（1）影響焊點(diǎn)的晶粒度。適當(dāng)?shù)倪^(guò)冷度會(huì)增大形核率，細(xì)化晶粒，提高焊點(diǎn)強(qiáng)度。（2）影響IMC 的形態(tài)核厚度。對(duì)于銅焊盤(pán)表面常常會(huì)形成一種ηCu6Sn5 相化合物，其不斷長(zhǎng)大，形成IMC。隨著擴(kuò)散的進(jìn)一步深入，在銅盤(pán)與ηCu6Sn5 之間會(huì)形成εCu3Sn相。實(shí)驗(yàn)表明，IMC 厚度一般以13μm 為宜。過(guò)厚的IMC 會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂，韌性和抗低周疲勞能力下降，并且層狀的Cu3Sn 電子化合物則呈脆性，焊接強(qiáng)度低，導(dǎo)電性能差，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)可靠性下降。（3）影響低熔共晶的偏析。焊點(diǎn)結(jié)晶過(guò)程中由于化學(xué)成分不均勻而往往導(dǎo)致偏析產(chǎn)生，再加上低熔共晶的存在，冷卻過(guò)程中造成焊點(diǎn)內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生焊接裂紋。抑制偏析可以從兩個(gè)方面努力：（1）研制固液共存溫度范圍小的釬料；（2）提高冷卻速度，使釬料合金來(lái)不及產(chǎn)生偏析就已經(jīng)凝固。冷卻系統(tǒng)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：1）氣流應(yīng)定向，應(yīng)不導(dǎo)致釬料槽表面的劇烈散熱；2）風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)，過(guò)大易產(chǎn)生擾動(dòng)焊點(diǎn)；3）冷卻速度要求適中，急速冷卻將導(dǎo)致較大的熱應(yīng)力而損壞元器件。目前廣泛應(yīng)用的冷卻方式是強(qiáng)制自然風(fēng)冷卻，其冷卻速度為34℃/s，基本上可以滿足一般PCB 的焊接要求，另外一種冷卻方式是采用強(qiáng)制冷源冷卻，其冷卻速度可達(dá)810℃/s。對(duì)于表面組裝比較復(fù)雜的PCB，或者是多層板、混裝板建議采用這種冷卻方式，其冷卻效果比較好。 傳輸系統(tǒng)傳輸帶是一條安放在輥軸上的金屬傳送帶，它支撐PCB 通過(guò)波峰焊接區(qū)域。傳輸帶必須平穩(wěn)，并維持一個(gè)恒定的速度。傳輸帶的速度和角度可以進(jìn)行控制。通過(guò)傾角的調(diào)節(jié)，可以調(diào)控PCB 與波峰面的焊接時(shí)間。適當(dāng)?shù)膬A角有助于液態(tài)釬料與PCB 更快的脫離，使之返回錫爐內(nèi)。當(dāng)傾角太小時(shí)，容易出現(xiàn)橋連等焊接缺陷，而傾角過(guò)大，雖然有利于橋連的消除，但是焊點(diǎn)吃錫量太少，容易產(chǎn)生虛焊。軌道傾角應(yīng)控制在5～7176。之間。軌道傳輸速度在波峰焊接過(guò)程中是一個(gè)非常重要的參數(shù)，因?yàn)樗母淖儗⒂绊懻麄€(gè)焊接溫度曲線。當(dāng)傳輸速度太快時(shí)，PCB 上助焊劑的涂覆量不足，以及預(yù)熱溫度不夠，在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生潤(rùn)濕不良，導(dǎo)致上錫不足、露焊、拉尖等焊接缺陷。當(dāng)傳輸速度太慢，余熱時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致助焊劑過(guò)渡揮發(fā)，同樣導(dǎo)致上錫不足、露焊，而且浸錫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致橋連。 助焊劑更換生產(chǎn)過(guò)程中，由于空氣中的水分、灰塵，銅箔及元件引線表面的吸附氣體、吸附水膜、氧化物、油脂、塵埃等不斷進(jìn)入助焊槽，使助焊劑的雜質(zhì)含量會(huì)慢慢上升，當(dāng)雜質(zhì)含量大于30010P6P時(shí)應(yīng)予以更換。 錫槽不純物去除工藝伴隨凝固出現(xiàn)的不純物偏析，建立一維模型來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。假設(shè)凝固范圍在較寬的固相與液相界面按一定速度移動(dòng)，當(dāng)Pb 混入二元合金場(chǎng)合，通過(guò)一維模型做如下假定：（1）向液體中混合時(shí)會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散，此擴(kuò)散僅考慮與界面的垂直方向；（2）對(duì)固體中的擴(kuò)撒忽略不計(jì)。根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)固相與液相的界面正液相濃度曲線，有公式：這里X 39。為到界面的距離， L C 為X 39。場(chǎng)所的濃度， 0 C 為初期液相組成R為界面的移動(dòng)速度，D為液相中的擴(kuò)散系數(shù)?？紤]到凝固初期的遷移狀態(tài)。首先在液相狀態(tài)，不純物在全領(lǐng)域呈勻質(zhì)C0，開(kāi)始凝固時(shí)，最初固體濃度可看作0 0 K C ，近界面固相區(qū)不純物濃度指數(shù)函數(shù)變化，有公式：上式 S C 為固體中的不純物濃度，在凝固末期不純物濃度呈過(guò)剩狀態(tài)時(shí)， 0 C 會(huì)上升。其中SnPb 系的分配系數(shù)： 0 K = ，D = 5180。105 cm2 / s備注：培訓(xùn)時(shí)以不同機(jī)型的說(shuō)明書(shū)所標(biāo)參數(shù)為準(zhǔn)，參照本培訓(xùn)資料系統(tǒng)培訓(xùn)客戶操作員，務(wù)必做到詳細(xì)、全面并做好記錄。31 / 3