电子组装的波峰焊接工艺
在电子组件的组装过程中,焊接起到了相当重要的作用。它涉及到产品的性能、可靠性和质量等,甚至影响到其后的每一工艺步骤。此外,由于电子组件朝着轻、薄、小的方向快速发展,为焊接工艺提出了一系列的难题,为此,电子制造业的各个厂家围绕SMT的焊接工艺展开了激烈的竞争,旨在进一步提高焊接质量,克服焊接中存在的短路、桥接、焊球和漏焊等缺陷,从而提高产品质量,满足市场需求。
目前,最广泛使用的焊接工艺主要有波峰焊接和再流焊接。波峰焊接工艺主要是用于通孔和各种不同类型元件的焊接,是一种关键的群焊工艺。尽管波峰焊接工艺已有多年的历史,而且还将继续沿用下去,然而,我们要是能够用上切实可行的、有生命力的波峰焊接工艺需持时日。因为这种工艺必须达到快速、生产率高和成本合理等要求。换言之,这种工艺与焊接前的每一工艺步骤密切相关,其中包括资金投入、 PCB设计、元件可焊性、组装操作、焊剂选择、温度/时间的控制、焊料及晶体结构等。
1 焊料
目前,波峰焊接最常用的焊料是共晶锡铅合金:锡63%;铅37%,应时刻掌握焊锡锅中的焊料温度,其温度应高于合金液体温度183℃,并使温度均匀。过去,250℃的焊锡锅温度被视为“标准”。随着焊剂技术的革新,整个焊锡锅中的焊料温度的均匀性得到了控制,并增设了预热器,发展趋势是使用温度较低的焊锡锅。在230—240℃的范围内设置焊锡锅温度是很普遍的。
通常,组件没有均匀的热质量,要保证所有的焊点达到足够的温度,以便形成合格的焊点是必要的。重要的问题是要提供足够的热量,提高所有引线和焊盘的温度,从而确保焊料的流动性,湿润焊点的两面。焊料的温度较低就会降低对元件和基板的热冲击,有助于减少浮渣的形成,在较低的强度下,进行焊剂涂覆操作和焊剂化合物的共同作用下,可使波峰出口具有足够的焊剂,这样就可减少毛刺和焊球的产生。
焊锡锅中的焊料成份与时间有密切关系,即随着时间而变化,这样就导致了浮渣的形成,这就是要从焊接的组件上去除残余物和其它金属杂质的原因及在焊接工艺中锡损耗的原因。以上这些因素可降低焊料的流动性。在采购中,要规定的金属微量浮渣和焊料的锡含量的最高极限,在各个标准中,(如象IPC/J-STD-006都有明确的规定)。在焊接过程中,对焊料纯度的要求在ANSI/J-STD-001B标准中也有规定。除了对浮渣的限制外,对63%锡;37%铅合金中规定锡含量最低不得低于61.5%。
波峰焊接组件上的金和有机泳层铜浓度聚集比过去更快。这种聚集,加上明显的锡损耗,可使焊料丧失流动性,并产生焊接问题。外表粗糙、呈颗粒状的焊点常常是由于焊料中的浮渣所致。由于焊锡锅中的集聚的浮渣或组件自身固有的残余物暗淡、粗糙的粒状焊点也可能是锡含量低的征兆,不是局部的特种焊点,就是锡锅中锡损耗的结果。这种外观也可能是在凝固过程中,由于振动或冲击所造成的。
焊点的外观就能直接体现出工艺问题或材料问题。为保持焊料“满锅”状态和按照工艺控制方案对检查焊锡锅分析是很重要的。由于焊锡锅中有浮渣而“倒掉”焊锡锅中的焊剂,通常来说是不必要的,由于在常规的应用中要求往锡锅中添加焊料,使锡锅中的焊料始终是满的。在损耗锡的情况下,添加纯锡有助于保持所需的浓度。为了监控锡锅中的化合物,应进行常规分析。如果添加了锡,就应采样分析,以确保焊料成份比例正确。