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T波峰焊接技術(shù),暨波峰焊接工藝和設(shè)備介紹(三)

  

  60年代由于軍事部門需要輕、薄、短、小、高可靠、高質(zhì)量的軍用設(shè)備,于是T技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,之后便由軍事需求演變到航空、航天、衛(wèi)星、通信、家電等產(chǎn)品中。由于T的出現(xiàn),使得PCB的安裝結(jié)構(gòu)由原來的純空孔安裝方式(THT)迅速邁向表面安裝方式(T)和混合安裝方式(MMT),因而安裝結(jié)構(gòu)形式也愈來愈多樣化和復(fù)雜化,,尤其是MMT比單一的THT和T都要復(fù)雜,它跨越了波峰焊接和回流焊接兩種工藝范疇,因此,在今后一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi),都將是電子產(chǎn)品生產(chǎn)中的一個(gè)工藝難點(diǎn)。

  一. T安裝結(jié)構(gòu)給波峰焊接技術(shù)帶來的新問題

  1.1 T波峰焊接工藝的特殊性問題

  目前,由于C/D尚無法完全取代傳統(tǒng)的THC/THD元器件,因此,在THC/THD與C/D組合安裝的情況下,波峰焊接設(shè)備中的釬料波峰發(fā)生器在技術(shù)上必需進(jìn)行更新設(shè)計(jì),方可適合于T波峰焊接之需要。

  T波峰焊接工藝既有與傳統(tǒng)的THT波峰焊接工藝共性的一面,也有其特殊性之處,對元器件來說,最大的不同在于T波峰焊接屬于一種投入式焊接,而THT為非投入方式,這種浸入式波峰焊接工藝帶來了下述新問題:

  (1) 由于存在氣泡遮蔽效應(yīng)及陰影效應(yīng),易造成局部跳焊;

  (2) 從90年代以來,C/D外形尺寸愈來愈小,組裝、排列密度愈來愈高,元器件間的距離愈來愈小(往往只有0.3mm),極易產(chǎn)生橋橋;

  (3) 由于釬料回流不好,易產(chǎn)生拉尖;

  (4) 對元器件熱沖擊大;

  (5) 釬料中溶入雜物的機(jī)會(huì)多,釬料易受污染。

  1.2 氣泡遮蔽效應(yīng)

  由于T貼裝在PCB板面上后,在PCB表面上形成了大量的微縫,這些都是積存和藏匿空氣、潮氣、、助焊劑的地方。當(dāng)進(jìn)行波峰焊接過程中,這些藏匿在微縫中的空氣受熱膨脹逃逸出來,再加上潮氣和助焊劑受熱時(shí)揮發(fā)出來的蒸汽,以及C/D粘膠劑熱分解所產(chǎn)生的氣體等綜合因素,從而在波峰釬料中形成大量的氣泡。由于T所用的PCB板孔眼很少,因此這些氣泡被壓在PCB板下表面無逃逸通道,而在PCB板下表面上游蕩,當(dāng)被吸附在釬料后,阻擋了波峰釬料對接合部基體金屬的潤濕而造成虛焊。如圖2-1所示。

  

  1.3 阻影效應(yīng)

  阻影效應(yīng)的形成主要由下述兩個(gè)原因造成:

  [1] C/D背流阻影

  由于貼裝在PCB板面上的C/D安裝設(shè)計(jì)不當(dāng),造成在波峰焊接時(shí)C/D的一部分連接點(diǎn),落入了由C/D本身沿背流方向所形成的阻影區(qū)內(nèi),使得釬料無法漫流到此區(qū)域內(nèi)而產(chǎn)生跳焊,如圖2-2的(B)區(qū)域。

  [2] 高度所形成的陰影

  在安裝設(shè)計(jì)時(shí),由于對C/T尺寸大小懸殊的各元器之間布置不當(dāng),形成了尺寸大、個(gè)兒高的C/D,對尺寸小、個(gè)兒矮的C/D擋流所形成的阻影區(qū),如圖2-3的(B)區(qū),而使位于阻影區(qū)內(nèi)的短小C/D發(fā)生大量刮焊現(xiàn)象。

  

   二. C/D的焊料特性和安裝設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)

  2.1 C/D的焊料特性

  了解和合理地利用C/D所固有的焊料特性,是確保T波峰焊接成功率的重要一環(huán),對各類C/D的焊接特性可查閱有關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)手冊,例如:

  (1) 碳膜或金屬膜電阻類:所用材料耐熱性好,在端子引出線(Fe)上進(jìn)行電鍍焊料合金處理,不會(huì)產(chǎn)生焊料熔觸現(xiàn)象,能很好地適應(yīng)于各種焊接方式(波峰焊和回流焊);

  (2) 陶介電容器類:由于陶瓷在急熱,急冷和局部加熱時(shí)容易破損,所以在焊接時(shí)注意一定要先預(yù)熱,焊后要緩緩冷卻,焊接溫度為240~250℃,時(shí)間3~4秒;而采用回流焊接時(shí),必須要在130~150℃的溫度下進(jìn)行預(yù)備加熱,時(shí)間為1~3分鐘。

  (3) 薄膜電容器類:標(biāo)準(zhǔn)的波峰焊接條件為

  預(yù)熱溫度: ** x150℃、時(shí)間:<3分鐘

  焊接溫度: ** x250℃、時(shí)間:<5秒鐘;

  焊后要保持2分鐘的緩慢冷卻時(shí)間。

  (4) 半導(dǎo)體管類:標(biāo)準(zhǔn)的波峰焊接條件為

  預(yù)熱溫度:130~150℃、時(shí)間:1~3分鐘

  焊接溫度:240~250℃、時(shí)間:3~10秒鐘;

  焊后要保持2分鐘的緩慢冷卻時(shí)間。

  (5) SOP-IC類:標(biāo)準(zhǔn)的波峰焊接條件為

  預(yù)熱溫度:<150℃、時(shí)間:1~3分鐘

  焊接溫度:<260℃、時(shí)間:3~4秒鐘;

  三. T波峰焊接工藝要素的調(diào)整

  3.1 助焊劑的涂覆

  T波峰焊接中,由于在已安裝了C/D的PCB底板表面上呈凹凸不平,這給助焊劑的均勻涂覆增加了困難。就目前普遍推廣應(yīng)用的噴霧涂覆工藝而言,在傾斜夾送情況下,若噴霧頭噴霧角度選擇不當(dāng)時(shí),將存在著明顯的阻影效應(yīng)而使位于阻影區(qū)內(nèi)的焊點(diǎn)漏涂。因此,始終保持噴霧頭的噴霧方向與PCB板面相垂直,是克服噴霧阻影效應(yīng)的有效手段。

  由于PCB板面上存在著大量的窄縫和深層毛細(xì)管現(xiàn)象,這給波峰現(xiàn)象后徹底清除助焊劑和殘留物增加困難。

  3.2 預(yù)熱溫度

  T波峰焊接中預(yù)熱溫度的選擇,不僅要考慮助焊劑所需求的活性溫度,而且還要考慮C/D本身所要求的預(yù)熱溫度。提前進(jìn)行充分的預(yù)熱,波峰焊接時(shí)C/D就不會(huì)出現(xiàn)瞬間劇烈的熱沖動(dòng),而且當(dāng)使用較高的預(yù)熱溫度時(shí),波峰焊接的溫度就可以降低些,這對減少熱損壞現(xiàn)象也是有利的。

  3.3 釬料、釬接溫度和時(shí)間

  3.3.1 釬料

   由于T為浸入式波峰焊接,焊料槽中的焊料工作時(shí)受污染的機(jī)會(huì)比THT波峰焊接時(shí)要大得多,因,要特別注意監(jiān)視焊料槽中焊料的雜質(zhì)含量。

  3.3.2 焊接溫度和時(shí)間

  T波峰焊接時(shí)所采用的最高溫度和焊接時(shí)間(取決于夾送速度)的選擇原則是:除了要對焊縫提供熱量外,還必須提供熱量去加熱元器件,使其達(dá)到焊接速度,當(dāng)使用較高的預(yù)熱溫度時(shí),則焊料槽的溫度可以適當(dāng)降低些,而焊接時(shí)間可酌情延長些。例如在250℃時(shí),單波峰的最長浸漬時(shí)間或雙波峰中總的浸漬時(shí)間之和約為5秒,但在230℃時(shí),則最長時(shí)間則可延長至7.5秒。

  3.3.3 PCB夾送角度

  夾送角度的合理選擇是減少拉尖、橋連和獲得良好輪廓敷形的一個(gè)重要方面。在THT波峰焊接中,較佳的角度大約是60~70 。而T波峰焊接面一般均不如THT的波峰焊接面平整,這是導(dǎo)致拉尖、橋連、漏焊的一個(gè)潛在因素。因此,T波峰焊接中夾送角度選擇宜稍大些。

  3.3.4 夾送速度

   夾送速度的選擇,必須使第二波峰(層流波)有足夠的浸漬時(shí)間,以使較大的元器件能夠吸收到足夠的熱含量,以達(dá)到預(yù)期效果。

  3.3.5 浸入速度

  T波峰焊接中,PCB浸入波峰焊料的深度,擾流波與層流波是有差異的,第一波(擾流層)PCB板浸入波峰焊料的深度要比較深,以獲得較大的壓力,克服阻影效應(yīng),而通過噴口的時(shí)間要短,這樣有利于剩余的助焊劑有足夠的劑量供作第二波峰(層流波)作用。

   3.3.6 冷卻

   在T波峰焊接中,焊接后采用2分鐘以上的緩慢冷卻,這對減少因溫度劇變所形成的應(yīng)力,避免元器件損壞(特別是對以陶瓷作基體或襯底的元器件的斷裂現(xiàn)象)是有重要意義的。

  (未完, 后面繼續(xù)再介紹波峰焊接技術(shù),敬請關(guān)注后續(xù)文章)

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