完美彩票注册

PCBA加工浸焊与波峰焊工艺简介

time : 2019-08-09 08:57       作者:凡亿pcb

一、浸焊(Immersion Soldering) 
PCBA加工浸焊工艺为最早出现的简单做法,系针对焊点较简单的大批量焊接法(Mass Soldering),目前一些小工厂或实验做法仍在使用。系将安插完毕的板子,水平装在框架中直接接触熔融锡面,而达到全面同时焊妥的做法。其助焊剂涂布、预热、浸焊与清洁等连续流程,可采手动或自动输送化,则端视情况而定,但多半是针对PTH插孔焊接而实施浸焊。SMD之贴装零件则应先行点胶固定才可实施,锡膏定位者则有脱落的麻烦。
 
二、波峰焊(Wave Soldering) 
PCBA加工波峰焊工艺是利用已熔融之液锡在马达帮辅驱动之下,向上扬起的单波或双波,对斜向上升输送而来的板子,从下向上压迫使液锡进孔,或对点胶定位SMD元件的空脚处,进行填锡形成焊点,称为“波峰焊”。此种“量焊”做法已行之有年,即使目前之插装与贴装混合的板子仍然可用。现将其重点整理如下:
 
1、助焊剂
波峰焊连线中其液态助焊剂在板面涂布之施工,约有泡抹型、波浸型与喷洒型等三种方式,即:
1.1 泡抹型Flux:
系将“低压空气压缩机”所吹出的空气,经过一种多孔性的天然石块或塑胶製品与特殊滤心等(孔径约50~60µm),使形成众多细碎的气泡,再吹入助焊剂储池中,即可向上扬涌出许多助焊剂泡抹。当PCBA组装板通过上方裂口时,于是板子底面即能得到均匀的薄层涂布。并在其离开前还须将多余的液滴,再以冷空气约50~60℃之斜向予以强力吹掉,以防对后续的预热与焊接带来烦恼。并可迫使助焊剂向上涌出各PTH的孔顶与孔环,完成清洁动作。至于助焊剂本身则应经常检测其比重,并以自动添加方式补充溶剂中挥发成份的变化。
 
1.2 喷洒型Spray Fluxing:
常用于免洗低固形物(Low Solid;固含量约1-3%)之助焊剂,对早先松香(Rosin)型固形物较高的助焊剂则并不适宜。由于较常出现堵塞情形,其协助喷出之气体宜采氮气,既可防火又能减低助焊剂遭到氧化的烦恼。其喷射的原理也有数种不同的做法,如采不鏽钢之网状滚筒(Rotating Drum)自液中带起液膜,再自筒内向上吹出氮气而成雾状,续以氮气向上吹出等方式进行涂布。
 
1.3 波峰型Wave Flux:
直接用帮辅及喷口向上扬起液体,于狭缝控制下,可得到一种长条形的波峰,当PCBA组装板底部通过时即可进行涂布。此法可能呈现液量过多的情形,其后续气刀(Air Knife)的吹刮动作则应更为彻底才行。此种机型之价格较泡抹型稍贵,但却比喷洒型便宜,其中溶剂的挥发量也低于泡抹型。
 
2、预热
一般波峰焊前的预热若令朝上板面昇温到65~121℃之间即可,其昇温速率约2℃/S~40℃/S之间。预热不足时助焊剂之活性发挥可能未达极致,则焊锡性很难达到最佳地步。且在挥发份尚未赶光之下,其待焊表面的助焊剂黏度仍低时,将导致焊点的缩锡(Dewetting)与锡尖(Solder Icicles)等缺失。但预热温度太高时,则又可能会对固形物太低的免洗助焊剂不利,此点须与助焊剂供应商深入瞭解。
 
3、波峰焊工艺管控
3.1 锡温管理:
目前锡池中焊料的合金成份仍以Sn 63/Pb37与Sn 60/Pb40者居多,故其作业温度控制以260º±5℃为宜。但仍须考量到待焊板与零件之总体重量如何。大型者尚可升温到280℃,小型板或对热量太敏感的产品,则可稍降到230℃,均为权宜的做法。且还须与输送速度及预热进行搭配,较理想的做法是针对输送速度加以变换,而对锡温则以不变为宜,因锡温会影响到融锡的流动性(Fluidity),进而会衝击到焊点的品质。且焊温升高时,铜的溶入速率也会跟著增快,非常不利于整体焊接的品质管理。
 
3.2 波面接触:
自PCBA组装板之底面行进接触到上涌的锡波起,到完全通过脱离融锡涌出面的接触为止,其相互密贴的时程须控制在3-6秒之间。此种接焊时间的长短,取决于输送速度(Conveyor Speed)及波形与浸深等三者所组成的“接触长度”;时程太短焊锡性将未完全发挥,时程太长则会对板材或敏感零件造成伤害。若该波峰焊连线是直接安装在一般空气中时,则锡波表面会不断形成薄薄的氧化物,由于流动的原因与PCBA组装板(PWA)不断浮刮带走,故整体尚不致累积太多的氧化物。但若将全系统尤其是波峰焊段采用氮气环境所笼罩时,则可大大减少氧化反应的发生,当然也就使得焊锡性有了显著的改进。
 
输送PCBA组装板的传动面须呈现4º~12º的仰角,如此将使得零件本体的后方,被阻挡之“背风波”锡流不强处的焊接动作大获改善。一般现行波峰焊机均设有可单独控制的双帮辅与双波(锡池则单双波均有),前波呈多股喷泉式强力上涌者称为“扰流波(Turbulent Wave)”,系逼迫强力锡流穿过多排各种直径的迂迴小孔而形成,可直接衝打到行走中的底板表面,对通孔插脚或贴装尾部接脚等焊接非常有利。之后遭遇到的第二波,则为呈抛物线状的“平滑(流)波(Laminar Wave)”对朝下板面的接触时程较长,就板面需填锡补锡的引脚有利,且还可消除过多的锡尖。某些商品机种还可另行加装热空气(或热氮气)的刮锡设施于第二波之后,也可消除锡尖与焊点的过多锡量。
 
对于板面众多的小型片状零件(如Chip Resistor或Chip Capacitor)而言,〝扰流波〞附带的机械打击力量,还可迫使锡流包围零件四周甚至进入腹底,使其等所形成的焊点更为完整,任何局部的缺失还可被随即报到的〝平流波〞所再补足。且此第二波中亦可加装额外的振动装置,以增加波流对板面所施展的机械压力。
 
3.3 接触的细节:
若再仔细深入探讨其瞬间接触焊接的细节时,还可再分述于后:
(1)板面与扰流波接触的初期,助焊剂立即进行挥发与分散的动作,连带使得待焊的金属表面也开始沾锡(Wetting)。此波中也可再加装低频的振盪装置,以加强与配合其待焊面接受助焊剂的搓擦动作。如此将可对贴装零件脚之填锡补锡大有助益,并可减少背风坡处的“漏焊”(Skipping)现象。当然在双波的先强劲与后温柔的不同作用下,整体焊锡性也将会更好。
(2)当板面进入锡波中心处的“传热区”(Heat Transfer Region)时,在大量热能的推动下,Wetting瞬间的散锡(Spreading)动作也迅速展开。
(3)之后是锡波出口的“脱离区”(Break Away),此时各种焊点(Solder Joint)已经形成,而各种不良缺点也陆续出现。PCBA组装板若能快速顺利的脱离锡波则万事太平。难捨难分的拖锡,当然就会成为不良锡桥(Solder Bridge)或锡尖(Solder icicles)甚至锡球(Solder Ball)的主要原因。其脱离的快慢虽直接取决于输送速度,但刻意将输送带平面上仰4º~12º时,还可借助重力的协同而能更乾脆而方便的分开。至于该等拖泥带水造成的板面缺点,当然还有机会被随后即到的热风再加修整。此时却不能用冷风,以免造成组装品温度过度起伏的热震盪(Thermal Shock)不良效应。
 
3.4氮气环境的协力:
 在免洗助焊剂的弱势活力下(只含Carboxylic Acid羰酸1%而已),还要奢求更好的焊锡性,岂非缘木求鱼擀面杖吹火?然而迴避溶剂清洗之环保压力既不可违,当然只好另谋他途寻求解决。于是当波峰焊线之锡池区,若能改装成氮气环境以减少氧化的不良反应者,自然大大有助于焊接。经过众多前人试验的结果,氮气环境的锡池区其残氧量以100ppm以下的焊锡性最为良好,然而其成本的额外增加自是不在话下。为了节省开支,一般实用规格多半都将残氧率范围订定在500ppm至1000ppm左右。也曾有人将甲酸的气体引入氮气环境中,或加用在助焊剂中,以其强烈的还原性协助减少氧化反应的发生。然而此种具毒性的刺激物质,其在室内的挥发浓度却不可超过5ppm,以免对人体造成伤害。设计良好的“氮气炉”其待焊件的进出口与充气装置等动态部份,都已做好隔绝密封的设施,自可减少氮气的无谓消耗,此等氮气炉波峰焊线具有下列效益:
(1)提升焊接之良率(yield)。
(2)减少助焊剂的用量。
(3)改善焊点的外观及焊点形状。
(4)降低助焊剂残渣的附著性,使之较易清除。
(5)减少机组维修的机率,增加产出效益。
(6)大量减少锡池表面浮渣(Dross)的发生,节省焊锡用量,降低处理成本。