SMT制程資料2
理解錫膏的回流過程 |當錫膏至于一個加熱的環(huán)境中，錫膏回流分為五個階段， | |首先，用于達到所需粘度和絲印性能的溶劑開始蒸發(fā)，溫度上升必需慢(大| |約每秒3° | |C)，以限制沸騰和飛濺，防止形成小錫珠，還有，一些元件對內(nèi)部應力比 | |較敏感，如果元件外部溫度上升太快，會造成斷裂。 | |助焊劑活躍，化學清洗行動開始，水溶性助焊劑和免洗型助焊劑都會發(fā)生 | |同樣的清洗行動，只不過溫度稍微不同。將金屬氧化物和某些污染從即將 | |結(jié)合的金屬和焊錫顆粒上清除。好的冶金學上的錫焊點要求“清潔”的表面 | |。 | |當溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒首先單獨熔化，并開始液化和表面吸錫的“燈草| |”過程。這樣在所有可能的表面上覆蓋，并開始形成錫焊點。 | |這個階段最為重要，當單個的焊錫顆粒全部熔化后，結(jié)合一起形成液態(tài)錫 | |，這時表面張力作用開始形成焊腳表面，如果元件引腳與PCB焊盤的間隙超| |過4mil，則極可能由于表面張力使引腳和焊盤分開，即造成錫點開路。 | |冷卻階段，如果冷卻快，錫點強度會稍微大一點，但不可以太快而引起元 | |件內(nèi)部的溫度應力。 | |[pic] | |回流焊接要求總結(jié)：重要的是有充分的緩慢加熱來安全地蒸發(fā)溶劑，防止 | |錫珠形成和限制由于溫度膨脹引起的元件內(nèi)部應力，造成斷裂痕可靠性問 | |題。其次，助焊劑活躍階段必須有適當?shù)臅r間和溫度，允許清潔階段在焊 | |錫顆粒剛剛開始熔化時完成。時間溫度曲線中焊錫熔化的階段是最重要的 | |，必須充分地讓焊錫顆粒完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶劑和助焊 | |劑殘余的蒸發(fā)，形成焊腳表面。此階段如果太熱或太長，可能對元件和PCB| |造成傷害。錫膏回流溫度曲線的設定，最好是根據(jù)錫膏供應商提供的數(shù)據(jù) | |進行，同時把握元件內(nèi)部溫度應力變化原則，即加熱溫升速度小于每秒3° | |C，和冷卻溫降速度小于5° C。PCB裝配如果尺寸和重量很相似的話，可用 | |同一個溫度曲線。重要的是要經(jīng)常甚至每天檢測溫度曲線是否正確。 | 將濺錫的影響減到最小 |在回流之后，內(nèi)存模塊的連接器“金手指”可能出現(xiàn)濺錫的污染，這意味著產(chǎn)品 | |的品質(zhì)和可靠性問題和制造流程問題。 | |濺錫只是表面污染的一種，其它類型包括水漬污染和助焊劑飛濺。這些影響較 | |小，但由于焊錫飛濺，焊錫已實際上熔濕了“金手指”的表面。 | |“小爆炸” | |濺錫有許多原因，不一定是回流焊接時熱的或熔化的焊錫爆發(fā)性的排氣結(jié)果。 | |例如，通過觀察過程，以保證錫膏絲印時的最佳清潔度，濺錫問題可以減少或 | |消除。 | |任何方法，如果使錫膏粉球可能沉積在金手指上，并在回流過程時仍存在，都 | |可以產(chǎn)生濺錫。包括： | |在絲印期間沒有擦拭模板底面(模板臟) | |誤印后不適當?shù)那鍧嵎椒? | |絲印期間不小心的處理 | |機板材料和污染物中過多的潮汽 | |極快的溫升斜率(超過每秒4° C) | |在后面的原因中，助焊劑的激烈排氣可能引起熔化焊接點中的小爆炸，促使焊 | |錫顆粒變成在回流腔內(nèi)空中亂飛，飛濺在PCB上，污染連接器的“金手指”。PCB | |材料內(nèi)夾住潮氣的情況是一樣的，和助焊劑排氣有相同的效果。類似地，板表 | |面上的外來污染也引起濺錫。 | |濺錫的影響 | |雖然人們對濺錫可能對連接器接口有有害的影響的關注，還沒有得到證實，但 | |它仍然是個問題，因為輕微的飛濺“錫塊”產(chǎn)生對連接器金手指平面的破壞。這 | |些錫塊是不柔順的，錫本身比金導電性差，特別是遭受氧化之后。 | |第一個最容易的消除濺錫的方法是在錫膏的模板絲印過程。如果這個過程是產(chǎn) | |生濺錫的原因的話，那么通過良好的設備的管理及保養(yǎng)來得到控制，包括適當 | |的絲印機設定和操作員培訓。如果原因不在這里，那么必須檢查其它方面。 | |水印污染：其根本原因還未完全理解，雖然可能涉及許多根源。因為已經(jīng)顯示 | |清潔的、未加工的、無錫膏的和沒有加元件的板，在回流后也會產(chǎn)生水印污染 | |，所以其中包括了許多的原因：PCB制造殘留、爐中的凝結(jié)物、干助焊劑的飛濺| |、清洗板的殘留和導熱金的變色等。 | |水印污染經(jīng)常難于發(fā)現(xiàn)，但其對連接器接口似乎并無影響。事實上內(nèi)存模塊的 | |使用者并不關心這類表面污染，常?？醋鳛榻鸬淖兩?。 | |助焊劑飛濺：一般理解為，助焊劑水滴在回流爐中變成空中亂飛，分散和附著 | |在整個板上，包括金手指。有兩種理論試圖說明助焊劑飛濺：溶劑排放理論和 | |合并理論(絲印期間的清潔再次認為有影響，但可控制)。 | |溶劑排放理論：認為錫膏助焊劑中使用的溶劑必須在回流時蒸發(fā)。如果使用過 | |高溫度，溶劑會“閃沸”成氣體(類似于在熱鍋上滴水)，把固體帶到空中，隨機 | |散落到板上，成為助焊劑飛濺。 | |為了證實或反駁這個理論，使用熱板對樣板進行導熱性試驗，并作測試。使用 | |的溫度設定點分別為190° C，200° C和220° C。膏狀的助焊劑(不含焊錫粉末) | |在任何情況下都不出現(xiàn)飛濺?？墒牵a膏(含有粉末的助焊劑)在焊錫熔化和焊 | |接期間始終都有飛濺。表一和表二是結(jié)果。 | |表一、溶劑排氣模擬試驗 | |測試描述 | |材料 | |結(jié)果 | | | |助焊劑載體(無粉末)印于銅箔試樣，放于設定為190° C、200° C和220° C的熱 | |板上 | |助焊劑載體B | |助焊劑載體D | |在試樣上沒有明顯的助焊劑飛濺，第二次結(jié)果相似 | | | |將錫膏印于銅箔試樣，放于設定為190° C、200° C和220° C的熱板上回流 | |錫膏B：90%金屬含量，Sn63/Pb37，-325/+500 | |錫膏D：92%金屬含量，Sn63/Pb37，-325/+500 | |兩種金屬含量都可以看到助焊劑飛濺，金屬含量較高的產(chǎn)生飛濺可能較少，但 | |很難說。第二次結(jié)果相似 | | | |助焊劑A：Kester244，助焊劑B：92，助焊劑C：92J，助焊劑D：51SC，助焊劑E| |：73D，助焊劑F：75 | | | |表二、從金屬焊接中的助焊劑飛濺模擬試驗 | |測試描述 | |材料 | |結(jié)果 | | | |錫膏(有粉末)印于銅箔試樣，放于設定為190° C、200° C和220° C的熱板上 | |錫膏B，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 | |錫膏D，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 | |　 | |在所有溫度設定上，錫膏B明顯比錫膏D濕潤較快，結(jié)合更積極，結(jié)果助焊劑飛 | |濺較多 | |也看到錫膏D在所有溫度上的助焊劑飛濺，但比錫膏程度要小 | |溫度越高，飛濺越厲害 | | | |保溫區(qū)(干燥)模擬--錫膏印于銅箔試樣，在設定不同的溫度熱板上預熱不同的 | |時間，保溫范圍150° C~170° C，時間1~4分鐘。試樣然后轉(zhuǎn)到第二塊熱板上， | |以220° C回流，并觀察助焊劑飛濺。 | |錫膏B，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 | |在較高溫度下保溫超過2分鐘，減少或消除了助焊劑飛濺 | | | |Sn62的錫膏和Sn63的錫膏比較，看是否Sn62較慢的結(jié)合速度會減少飛濺 | |錫膏B：90%金屬含量，Sn63/Pb37，-325/+500 | |錫膏B：90%，Sn62/Pb36/Ag2，-325/+500 | |Sn62和Sn63都觀察到助焊劑飛濺，飛濺數(shù)量的差別肉眼觀察不出，觀察到Sn62 | |的結(jié)合速度較慢 | | | |助焊劑A：Kester244，助焊劑B：92，助焊劑C：92J，助焊劑D：51SC，助焊劑E| |：73D，助焊劑F：75 | | | |可以推斷，如果助焊劑沸騰引起飛濺，那么當助焊劑單獨加熱時應該看到?？?| |是，由于飛濺是在焊錫結(jié)合時觀察到的，這里應該可找到其作用原理。測試說 | |明溶劑排氣理論不能解釋助焊劑飛濺。 | |結(jié)合理論：當焊錫熔化和結(jié)合時熔化材料的表面張力―一個很大的力量―在被夾 | |住的助焊劑上施加壓力，當足夠大時，猛烈地排出。這一理論得到了對BGA裝配| |內(nèi)焊錫空洞的研究的支持，其中描述了表面張力和助焊劑排氣之間的聯(lián)系(助焊| |劑排氣率模型)。因此，有力的噴出是助焊劑飛濺最可能的原因。接下來的實驗| |室助焊劑飛濺模擬說明了結(jié)合的影響，甚至當錫膏在回流前已烘干。盡管如此 | |，完全的烘干大大地減少了飛濺(表三)。 | |表三、來自金屬結(jié)合的助焊劑飛濺模擬―烘干研究 | |溫度 | |一分鐘 | |二分鐘 | |三分鐘 | |四分鐘 | | | |150oC | |觀察到飛濺 | |1-2飛濺 | |無飛濺 | |無飛濺 | | ...
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