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内容:助焊剂组成及使用知识
助焊剂组成及使用知识
发布时间:2009-06-25 13:24:59   点击率:1779

助焊剂组成及使用知识

目       录

一、  助焊剂组成基本知识……………………………………………………………………1

(一)       几个电子缩略语 …………………………………………………………………

(二)       简介 ………………………………………………………………………………

(三)       助焊剂的分类 ……………………………………………………………………

二、  助焊剂使用基本知识……………………………………………………………………2

三、  焊接原理…………………………………………………………………………………

1、  润湿…………………………………………………………………………………

2、  扩散…………………………………………………………………………………

3、  冶金结合……………………………………………………………………………

四、  波峰焊……………………………………………………………………………………7

4.1 术 语…………………………………………………………………………………

4.2 一般波峰焊…………………………………………………………………………

(一)        焊接方式………………………………………………………………………

(二)        工艺参数………………………………………………………………………

4.3 表面贴装波峰焊……………………………………………………………………

(一)        工艺流程………………………………………………………………………

(二)        焊接方式………………………………………………………………………

(三)        工艺参数………………………………………………………………………

4.4 质量保证措施………………………………………………………………………

(一)        焊料的成分控制………………………………………………………………

(二)        焊料的防氧化…………………………………………………………………

(三)        对印制电路板的要求…………………………………………………………

4.5 波峰焊最常见缺陷及产生原因……………………………………………………

五、  助焊剂与波峰焊机的配合………………………………………………………………14

六、  免洗助焊剂………………………………………………………………………………15

生产中出现的问题及一般解决办法……………………………………………………

七、  焊点图例及焊点质量要求 ………………………………………………………………16

(一)       焊点图例……………………………………………………………………………

1、  合格焊点 …………………………………………………………………………

2、  一般常见的不良焊点 ……………………………………………………………

(二)       焊点质量要求………………………………………………………………………

 

 

  一、助焊剂组成基本知识

(一) 几个电子缩略语:

    PCB:印制电路板         ODS:臭氧层消耗物质      RA:活性焊剂

    RMA:中等活性焊剂      SMT:表面贴装技术        IR:绝缘电阻

SIR: 表面绝缘电阻       FLUX:助焊剂            IC:集成电路

NCF:免洗助焊剂         Solding Flux:助焊剂   

(二) 简介:

    本处所说的助焊剂(Solding Flux)是指用于印制电路板(PCB)锡焊用的液态助剂。由于先前使用的助焊剂含有大量的松香,所以助焊剂又称松香水,并沿袭至今。

锡焊作业中需要使用助剂,就是因为在印制板表面及液态锡(实为锡铅合金)表面有一层氧化物及其他不利于焊接的物质,这些物质阻止了电路板表面金属同焊锡形成键合并进而阻止了电连接的形成,这就要求助焊剂具有去除氧化物能力。到迄今为止发现的能与氧化物发生反应的物质几乎无一例外的都呈酸性,实际上,所有的商业助焊剂都是以酸作为助焊剂的主体。

松香,一种常温下呈固态的树脂,主要成分是树脂酸,在焊接温度230℃~270℃下具有良好的去除氧化物能力,在冷却至70℃以下时又呈固态,对电路板及焊点金属形成保护层,所以松香在绝大部分助焊剂都是首选材料。由于松香又具有一些缺点:色泽较深、残留物有粘性、发烟量大等,所以通常又不使用原始的松香,而是选用经过改性的衍生物,诸如氢化松香、马来松香、聚合松香、浅色松香等。松香的添加量从1%至35%不等。添加松香量较多的助焊剂,比重较高,色泽较深。

如果所使用的印制电路板存放时间较久或因其他原因致使氧化较为严重,这时单独使用松香已显得助焊力不够,要加入能提高松香活性的活化剂,一般是盐酸或氢溴酸的胺盐。胺的碱性可以把酸的酸性完全中和。这类活化剂虽然能大大提高焊接效果,但是氯或溴所引起的腐蚀和绝缘电阻下降又是致命的缺陷。

近年来发展起来的无卤素(即氯、溴等)助焊剂完全摒弃了传统的活化剂,而代之以另一类安全活化剂——小分子有机酸。这类活化剂单独清除氧化物的能力足以满足焊接要求;同时,在焊接温度下大部分可以升华(即直接由固态变为气态而不经过液态)或汽化,残渣的绝缘电阻很高。经过我公司的实验证明,有十余种有机酸可以在助焊剂中安全使用。

 

 

(三)助焊剂的分类:

      无机酸焊剂————盐酸、氢氟酸、正磷酸。不用于印制电路板的焊

                  接。

有机酸焊剂(OA)——有机酸的溶液,如油酸、乳酸。

树脂焊剂—————含有天然或合成树脂。

 

 其中树脂型焊剂又可分为:

      (1)普通树脂型焊剂(R型):用无氯溶剂将松香溶解的溶液。

      (2)中等活性焊剂(RMA型):即在R型焊剂中加入了能提高活性的

                               中等活性剂。

      (3)活性焊剂(RA型):即在R型焊剂中加入了能提高活性的活性剂。

 

 

二、助焊剂使用基本知识

1、             比重

    即1升液体的重量与1升水的重量的比值,体现有效成分的浓度。由于1升水的重量接近1公斤,所以液体的比重即可以认为是1升液体的重量的公斤数。比如1升酒精的重量是0.78公斤,那么酒精的比重即为0.78。

比重的测量可用比重计,既方便快捷又准确。其操作方法如下:

    取一支250ml的量筒,装入250ml的样品。将比重计放入量筒内,使比重计悬浮在量筒中。静止后,平视观测比重计与液面交界线刻度数字,此数字大小即为助焊剂的比重值。测量温度为20℃。

    需要说明的是,同一液体,在不同温度下的比重是不一样的,在温度升高时,由于体积膨胀,所以比重下降。

    大部分松香焊剂的比重都在0.80以上,而不含松香的焊剂的比重大多在0.795~0.800之间。

    有时候用户会发现:同一种供应商每次提供的助焊剂比重都不相同,时高时低,这是为什么呢?

    这主要是温度的影响:在不同温度下测得的比重会有些差异。比如916助焊剂,温度每升高5℃,比重即降低0.006。通常出厂时测定的比重都是在20℃时测的数值,那么在30℃时,比重就降低了0.012。

2、             色泽

    为什么供货商每次提供的焊剂颜色都不一样?而且放置越久颜色越深?

    这类助焊剂通常含有松香或其他含有不饱和基团的物质,这些基团受到阳光照射后会与溶解氧发生反应形成有颜色的基团。阳光照射越久有色基团越多,所以放置越久颜色越深。如果供货商每次供货的贮存时间不同,当然颜色也就不一样。

    如果颜色变化不是太大,溶液清澈透明、不浑浊、无异臭,比重正常,即可正常使用。

    对于无松香焊剂而言,出现这个问题的可能性较小。

3、        气味

    助焊剂本身的味道一般都是醇类溶剂的味道,不会有太难闻的气味。

    在使用过程中,尤其是手工浸焊,如果通风不好,会有很刺鼻的气味,这是松香裂解形成的气味和有机酸等气化形成的刺激性气氛所致。一般来说,助焊剂焊接时的气味都不可能消除,只能尽可能地减少,使用无松香或低固态含量助焊剂会降低刺激性。为了消除刺激,最好的方式是改善通风。

4、        毒性

助焊剂绝大部分是溶剂,这些溶剂的毒性不会比酒精大;通常使用的添加剂也都是经常用于其他领域的。有些甚至是食品级,其安全性早已被证实,如果不是大量吞服,不会对人体构成危害。一旦大量吞服,请设法呕吐,并立即前往医院治疗。

特别提醒:有些助焊剂制造厂为了迎合电子厂商的低价要求,在使用的溶剂体系中大量掺入了其他工业级原料,其安全性很难保证,所以应着重改善通风环境,并避免与人体直接接触。

5、        危险性

    属易燃品。贮存及使用过程中应避免接触明火。同时还要注意避免阳光直射和高温,以免形成可燃性的气氛。

6、             经济性

    由于助焊剂中的溶剂大多容易挥发,所以应避免高温,并应当注意密闭,以减少助焊剂的损失。

7、   贮存

    避免高温、阳光直射;避免进入灰尘、水等异物。

8、        消防

    助焊剂一旦着火,应使用干粉灭火器或二氧化碳灭火器。

9、        接触皮肤处理

    助焊剂对皮肤并无伤害,只会有一些粘乎乎的感觉。可以用肥皂或洗衣粉洗净,必要时还可以用稀释剂或印制电路板清洗剂清洗。

10、进入眼睛处理

    请立即用大量清水冲洗,并涂眼药膏;如严重应请医生治疗。

11、助焊剂为什么能实现免洗?

    免洗有两层含义:一是不必洗,二是不用洗。如果焊后的残留物有较高的绝缘阻抗,又不会产生腐蚀、粘灰等副作用,就不必洗。这是绝大部分助焊剂实现免洗的方式。最近发展的低固态含量助焊剂,在焊接后基本上没有残留,当然也就不用洗了。

12、天气对助焊剂的使用有何影响?

    助焊剂中的溶剂挥发时必然带走液面的热能,导致液面温度低于气温,如果空气中的湿度已接近饱和,就很容易在液面形成凝结水。助焊剂中一旦混入水份,就容易引起拉丝、锡珠等问题。

13、如何正确使用助焊剂?

    其一,要设法保证印制电路板的可焊性,比如增加镀层,贮存周期尽量缩短,贮存时注意密闭防潮、焊接部位预涂松香保护。优良的可焊性可以降低对焊剂活性的要求。高度竞争的市场使许多供应商向电子厂商提供了高活性的焊剂以达到可能最高的成品率,但是焊接之后的问题在处理上又要大费周折。如在开始阶段就选择低活性和低固态焊剂,许多担心就会成为不必要。

    其二、助焊剂的施用量要尽量减少,这对于喷雾使用的波峰焊机而言比较容易实现。

    其三、在工艺允许的前提下,要尽量提高预热温度(板面温度80℃以上,波峰焊机显示温度100℃~120℃),降低传动速度(每分钟1.0~1.6米),提高焊锡温度(250℃~270℃)。这些变化有利于减少残留物。

14、锡渣

    锡渣主要是锡和铅的氧化物及有机酸盐。锡渣的形态一般有两种,即粘性态和粉性态。如使用松香含量较高的助焊剂,在焊接之后形成了较多的松香酸锡盐和松香酸铅盐,在焊接温度下这些盐类呈粘液态,并漂浮在焊锡上方。作为活化剂使用的卤素和小分子有机酸则与铅和锡反应生成相应的盐类,这些盐类呈粉末状漂浮在焊锡上方。锡渣无法避免,但粘性锡渣却可以减少,这可以通过选用低固态含量的助焊剂实现。

15、稀释剂

    助焊剂浓度升高后,可以添加稀释剂以降低浓度。针对某一型号的助焊剂必需使用指定的稀释剂,不能用酒精等溶剂代替。

    助焊剂使用一段时间后,各种成分并不是同比变化,有的变化大、有的变化小,稀释剂在降低浓度的同时也尽量恢复原来的各成分的比例,所以稀释剂里含有一些助焊剂有效成分,而并非单一溶剂。稀释剂使用不当会引起虚焊,润湿不良等焊接问题。

16、消光

    线路板完成焊接之后,就要对焊点进行检测。如用目测检查焊点情况,焊点反射光线形成明亮的亮点,刺激双眼,所以需要加入消光剂。

    消光剂一般都是大分子有机酸。消光剂的加入会引起残留物增加,所以一般在低固态含量的助焊剂中并不加入消光剂,只在高固态含量的助焊剂中才加消光剂。

对于采用自动测试系统的生产工艺而言,则无此消光必要。

17、助焊剂要定期更换的原因

(1)        比重不准;

(2)        杂质混入;

(3)        氧化变质,难保证助焊力。

一般每2周换一次。

 

 

三、焊接原理

1、             润湿

    润湿是熔融焊料在被焊母材表面充分扩展并形成一个附着层的作用。为了使焊料产生润湿作用,金属表面必须保持清洁,同时应合理地选用助焊剂,这样才能获得良好的焊接效果。


润湿效果一般用润湿角表示:在一块清洁铜板上涂上一层助焊剂,并在上面放置一组焊料,将铜板加热到235±5℃时,焊料熔化后即形成焊点。焊点与铜板接触处的切角即为润湿角。

θ≤30°润湿;30°<θ<90°  半润湿;θ≥90°  不润湿

一般θ=20°~30°为合格焊点。

2、             扩散

    用焊料焊接母材时,除产生润湿现象外,还会向母材扩散。通常金属原子在晶格点阵中处于热振动状态,一旦温度升高,原子从一个晶格点阵中移动到另一个晶格点阵。移动速度和扩散数量取决于加热温度和时间。

3、             冶金结合

    当用锡去焊铜时,虽然铜没有熔化,但由于相互扩散作用,在铜和锡界面生成了Cu3Sn、Cu6Sn5等金属化合物。冷却之后,这层金属化合物就把锡和铜连接在一起。

    从以上可以看出,扩散和冶金结合只是在润湿前提下完成的。我们使用助焊剂的目的就是为了去除氧化物等沾污物以改善锡和铜的润湿状态。

 

四、波 峰 焊

§四.1术语

   1、波峰焊(wave soldering)

     插装有元器件,涂覆上助焊剂并经过预热的印制板沿一定工艺角度的导轨,从焊锡波峰上匀速通过,即完成印制板焊接的工艺方法。

   2、波峰焊机(wave soldering unit)

    能产生焊锡波峰并能自动完成印制板组件焊接工艺过程的工艺装备。

   3、波峰高度(wave height)

    波峰焊机喷嘴到波峰顶点的距离。

   4、牵引角(drag angle)

    波峰顶水平面与印制板前进方向的夹角。

   5、助焊剂(flux)

焊接时使用的辅料,是一种能清除焊料和被焊母材表面的氧化物,使表面达到必要的清洁度的活性物质。它能防止焊接期间表面的再次氧化,降低焊料表面张力,提高焊接性能。

   6、焊料(solder)

    焊接过程中用来填充焊缝并能在母材表面形成合金层的金属材料。波峰焊最常用的为锡-铅合金。

   7、焊接温度(soldering temperature)

    波峰的平均温度。

   8、防氧化剂(antioxident)

    覆盖在熔融焊料表面,用于抑制、缓解熔融焊料氧化的材料。

   9、稀释剂(diluen)

    用于调整助焊剂密度的溶剂。

   10、焊点(solder joint)

    焊件的交接处并为焊料所填充,形成具有一定机电性能和一定覆形的区域。

   11、焊接时间(soldering time)

印制板焊接面上任一焊点或指定部位,在波峰焊接过程中接触熔融焊料的时间。

   12、压锡深度(depth of impregnated)

印制板被压入锡波的深度。

   13、拉尖(icicles)

    焊点从元器件引线上向外伸出末端呈锐利针状。

§四.2一般波峰焊

  (一)焊接方式

  1、一次波峰焊

(1)    工艺流程

 短插 —→喷涂助焊剂 —→预热 —→焊接 —→冷却

(2)    优缺点

    一次波峰焊最主要的优点是印制电路板、元器件只受一次热冲击。缺点是对元器件引线成形要求较高,否则元器件受到熔融焊料波峰的冲击容易产生弹离现象,但随着元器件成形设备的不断完善,自动插装机的进步与普及,这一缺点完全能够克服,并已成为一般波峰焊的主要焊接方式。

  2、二次波峰焊

(1)             工艺流程

      长插 —→喷涂焊剂 —→预热 —→预焊 —→冷却 —→ 切割 —→喷涂助焊剂 —→预热 —→主焊 —→冷却

(2)             优缺点

    二次波峰焊的优点是对元器件引线成形要求较低,因经过长插和预焊,主焊时元器件不会产生弹离现象。缺点是印制电路板组装件要受二次热冲击,对可靠性不利。航天电子产品推荐采用一次波峰焊。

  (二)工艺参数

    1、导轨角

    导轨角的变化能改变印制电路板焊接面与喷流的“吻合接触角”,也就是既能改变喷流与接触部位的流速,又能改变喷流与接触部位的分离角。为了便于说明,现将喷流与印制电路板焊接面接触段分为A、B、C三段,如图所示。

 

 

 

 

 

 

在A段,印制电路板与大流速的熔融焊料相遇,由于传热快,迅速使焊接面达到焊接所需要温度,然后通过宽广而平坦的B接触段。B接触段的焊料不但具有合适的中等逆向流速,还因波峰的冲力对印制电路板产生向上的正压力,能使熔融焊料对印制电路板有较好的润湿和透孔性能。C段是分离段,焊料对印制电路板的流速较慢且与印制电路板运动方向相同,其相对流速更慢,具有一个不大的合成分离角θ,既具有清除残留物的效果,又能使倾斜的印制电路板焊接面上的多余焊料自然地回流,可消除拉尖、桥接等焊接缺陷。但过大的倾角会使焊接面上的焊料流失过多,形成焊点上锡太少。因此,一般将导轨角调整在4°~9°范围内,对高密度印制电路板组装件焊接,导轨角应调大些。

 

   

    2、助焊剂

    (1)助焊剂性质

    理想的助焊剂在常温下是中性的,在焊接时一般呈酸性,焊接冷凝后仍是中性的。

    (2)助焊剂密度 

    助焊剂的密度直接影响焊接质量。密度太高,表面张力大,流动性差,喷涂不易均匀,尤其当元器件组装密度高时,更容易出现助焊剂局部喷涂不到等现象,影响可焊性,且焊接后残渣多。密度太低,焊面上助焊剂偏少,焊接时焊料润湿性差,容易造成虚焊。

    (3)助焊剂喷涂方式

    泡沫法的优点是设备简单,适用范围广;缺点是发泡时与外界空气接触,助焊剂的密度变化比较大,需按配比及时添加稀释剂,并应经常清洗发泡装置。喷雾法的优点是喷涂均匀,不受元器件引线疏密影响,并且助焊剂密度变化小,喷涂质量容易保证。

    3、预热温度及其均匀性

     预热的目的是让助焊剂释放所含有的液体和气体,使助焊剂中松香达到足够的活性状态,改善焊接面的润湿性,减少焊接过程中对印制电路板和元器件的热冲击。因此确保预热温度及其均匀性对印制电路板焊接质量关系极大。经验表明:单面印制电路板预热温度控制在80~90℃,双面印制电路板预热温度控制在90~100℃,多层印制电路板预热温度控制在100~110℃为合适。预热方式一般采用热辐射式、红外辐射式两种,较少采用热风式。

    4、压锡深度

    压锡深度与波峰的喷流高度有直接关系。在波峰焊接过程中,一定的压锡深度有利于增加接触宽度和焊料对焊接面的正压力,有利于焊料润湿、扩散和渗透到金属孔与引线的间隙中。对单面印制电路板压锡深度可调整到板厚的1/2~3/4。对含有金属化孔的双面印制电路板压锡深度可调整到板厚的2/3~3/4,过分的压锡深度会造成焊料进入非焊接面。

    5、焊接温度

不同的焊接温度,会直接影响焊料的扩展率,从而影响到焊料的质量。焊接温度与焊料扩展率关系见下表。

焊接温度与焊料扩展率关系

温 度

(℃)

时 间

(S)

理想球体直径 D(mm)

实际高度

H(mm)

扩展率

(D-H/D)×100

230

30

3.53

1.12

61.95%

250

30

3.53

0.62

82.29%

270

30

3.53

0.92

74.66%

290

30

3.53

1.00

72.45%

    同样,不同的焊接温度下,对焊点截面上含铜百分率也是不一样的。不同焊接温度下焊点截面含铜百分率见下表。

不同焊接温度下焊点截面含铜百分率

焊接温度(℃)

 

230

 

250

 

270

 

290

 

310

 

330

 

350

 

370

 

390

 

410

 

430

 

450

 

含铜率(%)

 

 

0.03

 

0.06

 

0.12

 

0.09

 

0.24

 

0.39

 

0.24

 

0.39

 

0.40

 

0.45

 

0.51

    可见,焊接温度为250℃时,既具有最佳的焊料扩展率,又能充分保证焊点上不出现过量的脆相铜锡合金共熔体。故焊接时,波峰温度应控制在245~250℃,考虑到环境温度和元器件安装密度差异,波峰温度可作适当的调整,但一般仍应控制在240~260℃。

    6、焊接时间

    焊接时间主要取决于印制电路板组装的可焊性,在可焊性优良的情况下,浸焊也只需1~2s。但考虑到印制电路板板面的大小、层数、元器件的插装密度、焊盘大小、焊盘与元器件引线可焊性差异等,焊接时间也应有所差异。如果焊接时间大于4s,可能引起某些元器件、套管、尼龙骨架等损坏,也会引起印制电路板变形,印制导线及焊盘结合力下降等问题。焊接时间一般控制在2~4s。焊接时间一般通过调整走链传动速度进行控制。

一般一次焊的波峰焊接设备,其走链的传送速度可在0.5~2.5m/min范围内连续可调,通常的传送速度可在1~2m/min内选取。

 

 

    7、冷却

焊点形成后,当温度下降到160℃左右时,焊料的晶格从斜方晶格转化成立方晶格,即由γ相转化为β相,晶格转变时间越短,焊点形成的晶格越致密。而波峰焊时印制电路板受热面大,热容量也大,散热时间长,自然冷却无法使焊点迅速冷却,希望波峰焊的焊点刚凝固后(即160℃左右)进行风冷。但冷却过快,热应力大,故风量一般控制在13~17m3/min。

 

§四.3表面贴装波峰焊

    表面贴装元器件安装密度高,而且贴装在焊接面。用一般波峰设备焊接时,助焊剂的气体容易停留在表面贴装元器件周围,焊料流动受阻,一些隐蔽焊点得不到良好的润湿,容易产生漏焊、桥接、焊缝不充实等缺陷,必须采用特殊的波峰焊设备。为适应表面贴装元器件的焊接要求,主要是改进波峰的形状,例如双波峰、气泡波峰、Ω单波峰、“O”形波峰等,都能形成湍流波,提高焊料的渗透性。

    (一) 工艺流程

    准备(印制电路板清洗) —→点胶粘剂 —→贴装 —→胶粘剂固化 —→波峰焊接(同一般波峰焊工艺流程)。

    (二)焊接方式

    1、双波峰焊

    双波峰焊接装置有单缸和双缸两种,它们的焊接原理基本相同。双缸就是采用二个锡缸,二个温度控制系统。双波峰中第一个波峰是由高速喷咀形成窄的湍流波,由于它的不断起伏和乱流,使一些不能润湿的角落也得到了润湿,且具有较高的直压力,使焊料对表面贴装元器件的焊接部位有较好的渗透性,同时对焊接面有一定的擦洗作用,从而进一步提高焊料的润湿性。为了减少对表面贴装元器件的热冲击,温度控制在240℃左右。印制电路板的倾斜角一般调整在3°~6°。也有采用单缸、只调节一种温度的简单双波峰焊接方式。

    2、气泡双波峰焊 <极少使用,仅供了解。>

    气体(氮气)通过一个特殊设计的集合管直接注入熔融的焊料液中,产生的气泡在受热后迅速膨胀,与周围焊料液的密度相差悬殊,气泡连续加速上升。焊接时,被喷涂的助焊剂所产生的气体在气泡动能与气泡膨胀的联合作用下被赶出“滞留区”,焊料立即润湿焊点,产生良好的焊接效果。由于气泡的连续作用,不润湿现象被大减少。再经过第二个层状波,对焊接部位进行修整,去除桥接和多余的焊料。

   

    (三)工艺参数   

    1、胶粘剂

    2、导轨角

       导轨角即焊接时印制电路板的倾斜角,一般控制在3°~6°。

    3、传动速度

       传送带的速度一般控制在1~1.2m/min。

    4、预热温度

    预热温度为120~160℃,可根据印制电路板的单面、双面和多层的区别及表面贴装元器件散热效果等来调整,一般应控制在130~140℃。预热温度太高会使印制电路板翘曲。预热温度太低,会使助焊剂的活化性能降低,影响润湿性,焊点容易产生针孔等缺陷。

    5、焊接温度

    焊接温度同样也不宜太高或太低,一般应控制在240~260℃,250℃为最佳温度。

    其它工艺参数可参照一般波峰焊。

§四.4质量保证措施

    (一)焊料的成分控制  

    锡焊作业中常用63锡,即含锡63%,含铅37%的合金。

焊料杂质允许范围

杂 质

最高容限

杂质超标时对焊点性能的影响

铜Cu

0.300

焊料硬而脆,流动性差

金Au

0.200

焊料呈颗粒状

镉Cd

0.005

焊料疏松易碎

锌Zn

0.005

焊料粗糙和颗粒状,起霜和多孔的树枝结构

铝Al

0.006

焊料粘滞,超霜多孔

锑Sb

0.500

焊料硬脆

铁Fe

0.020

焊料熔点升高,流动性差

砷As

0.030

小气孔,脆性增加

铋Bi

0.250

熔点降低,变脆

银Ag

0.100

失去自然光泽,出现白色颗粒状物

镍Ni

0.010

起泡,形成硬的不溶解化合物

    在焊接过程中,除了因焊料长期处于高温和反复使用会产生氧化物外,还会因引线上的铜、金等熔融于焊料中,改变焊料的化学成分,影响焊接质量。因此,必须对焊料的化学成分进行定期化验。焊料杂质允许范围见上表。

    (二)焊料的防氧化

    为了减少焊料的氧化,可在锡面上覆盖一层有机物质(防氧化剂)。但是使用了防氧化剂后又会产生副作用,例如产生烟和异味等,并形成一定数量的胶状物,在泵力作用下回流到各个部位,焊接时就会夹杂到焊点中去。因此,许多场合趋向于不使用防氧化剂,规定焊接时起波峰;不焊接时停止起波峰;并坚持每天消除锡面氧化物1~2次,以达到锡面既有一层薄的氧化物,又不影响焊接质量。

    (三)对印制电路板的要求

    1、对一般印制电路板的要求

    (1)图案设计

    在印制电路板上进行图案设计时,应使焊盘的图形与元器件引线形状一致。双列直插集成电路的焊盘应选择椭圆形,使椭圆形焊盘长轴平行于焊接方向。

    (2)焊盘与孔径

    焊盘一般为φ1.27~3mm,孔径一般为φ0.6~1.2mm,金属化孔与引线之间的间隙为0.1~0.2mm,使焊接的渗透性良好。

    (3)特殊区域处理

    特殊区域的印制导线如电源线,大面积接地等,应采用网络形状,有利于减少热冲击,防止铜箔翘起。

    (4)在波峰焊接中,质量不好的金属化孔,孔壁粗糙或有缺损,镀层较薄,在焊接时容易积存气泡和影响焊料在孔内的浸透和润湿,尤其在潮热环境下,有缺欠的金属化孔容易吸潮,潮气受热后会不断在焊点上跑出并形成多孔性焊点或造成虚焊。因此,对金属化孔的质量应有严格要求和检查。一般金属化孔内壁的铜镀层厚为25~30um,单点孔电阻小于500uΩ等。储存时应注意防潮,波峰焊接前应进行烘干处理。

    (5)镀(涂)层

    对于金属镀层,以往采用浸银、镀银、浸金、镀金,以及镀锡铅合金等。目前广泛采用锡铅合金镀层(热熔),在焊接时与焊料熔融一体,牢固地附着在焊盘上。

    2、对表面贴装印制电路板的要求

    表面贴装印制电路板组装件由于元器件安装密度高,印制导线的线距小(可达0.23mm),散热问题十分突出,因此要求印制板材料的散热性好,热膨胀系数尽量与表面贴装元件器件基板的热膨胀系数相匹配。

 

§四.5波峰焊常见缺陷及产生原因

常见的一般波峰焊缺陷和原因见下表。

 

一般波峰焊缺陷及原因

分 类

缺陷表现

产 生 原 因

 

 

助焊剂

焊点桥接

密度偏高

被焊件氧化

密度偏低,预热偏高

漏焊

喷涂不全面

焊点质量差、润湿性差

预热不充分,劣化,变质

 

波峰

部分未焊着

波峰不平整

焊点质量差

波峰高度不够

 

焊接温度

焊点不光亮

温度偏高

润湿性差

温度偏低

 

焊料

焊点桥接,变脆,出现瘤状

焊料不纯,含铜量增加,焊料严重氧化

 

焊接时间

润湿性差

焊接时间偏短

焊盘起翘

焊接时间过长

 

压锡深度

透孔性能

压锡深度不够

焊料冲到元器件面

压锡深度太大

 

印制电路板与元器件

润湿性差

氧 化

吃锡量太少

焊盘太大,倾角偏大

桥接

焊点与焊点间距太近

金属化孔吃锡不良

孔径太小或氧化等

部分区域润湿不良

氧化或阻焊膜喷涂不良

 

 

 

 

 

 

焊  接

 

润湿不良

元器件氧化,印制电路板氧化,焊接温度低,助焊剂比重失控,焊接时间短,波峰高度不够,焊料中杂质过多,助焊剂喷涂不匀

 

焊点不全

助焊剂未涂上,波峰不平整,阻焊膜遮盖,印制电路板弯曲,焊料氧化

 

焊点气孔

预热温度不够,助焊剂有水分,元器件引线氧化,引线直径与安装孔不匹配

 

透孔性差

金属孔氧化,金属化孔内有杂质,压锡深度不够,助焊剂未涂上

焊点不光亮

焊料温度偏高,焊料中杂质过多

 

拉尖与桥接

助焊剂密度失控,预热温度低,焊接时间短,焊接温度低,焊料中杂质过多,焊点与焊点间距太近

 

焊点吃锡少

倾角太大,焊盘大或偏心,焊接时间偏长,焊接温度偏高

 

 

五、助焊剂与波峰焊机的配合

    一般来说,只要一种助焊剂的扩展率达到80%以上,那么该助焊剂就具备了足够的去除氧化能力,是一种可以使用的产品。但我们常发现,一种助焊剂在一台波峰焊上应用很好,而到另一台波峰焊上就存在问题;同样,一台波峰焊在用了不同的助焊剂后也会有不同的效果。这是为什么呢?

    焊接效果除了与波峰焊机的参数有关外,还与助焊剂和电路板的参数有关。针对某一种电路板,如果焊机参数不变,通过调整助焊剂的参数是可以实现满意的效果。但这样就给供应商带来了障碍。一般都是针对某一种焊剂调整焊机参数以达到满意效果。焊机制选商对焊机设定的众多参数也就是为了适应不同焊剂参数的焊剂和电路板的要求。一旦我们选定了某种助焊剂,先用原来的焊机参数焊一些板,根据实际中出现的问题,对焊机对症下药进行相应的调整,都可以得到满意的效果。

 

 

六、免洗助焊剂

    免洗助焊剂(No Clean Flux)是近年来为了消除臭氧层消耗物质(ODS)而发展起来的助焊剂。免洗助焊剂通常有高固含量和低固含量之分,此处仅指固含量小于3%的助焊剂。

    目前的低固含量助焊剂有效成分绝大部分是有机酸,另外含有少量成膜剂和发泡剂等。这类助焊剂由于受到组分添加量的限制,表现出许多不足之处:助焊力不够高、发泡效果不好、潮湿状况下易漏电等。助焊剂在焊接过程中及焊接之后都容易出现一些问题,免洗助焊剂需要免洗工艺配合。而这些问题是可能通过调整焊接工艺来解决的。

    一般免洗焊接工艺:

    1、喷雾量:450~750mg/cm2

    2、发泡管:0.01~0.015mm孔径。液面至少高出发泡管2.5cm。发泡管应定期清洗,可用稀释剂使之发泡15min。若发现发泡不正常,如气泡太大,则表示发泡管因为处理不当而受损,此时必须更换新的发泡管。

    3、预热温度:即从预热区出来的板子上面温度。一般的温度参考如下:单面板:80℃~90℃;双面板:90℃~100℃;多层板:100℃~120℃。

    4、走带速度:0.8~1.4米/分钟。

    5、焊接温度:250±5℃最佳。

    6、导轨倾角:如果焊点密集,高可升至7°~9°, 通常为4°~6°。

    7、焊接时间:不少于3秒。

    8、手工浸焊:直接浸涂原液,甚至只浸管脚而不浸湿板面。

                 无预热时可适当延长焊接时间。

    9、助焊剂浓度:对于发泡使用方式,应当每2个小时测量一次比重,若比重高于正常比重的0.01以上,即应加入稀释剂调至标准比重。若比重高出正常比重的0.02以上者,则有可能已报废。助焊剂连续作业150小时左右,应舍弃更新。

 

 

生产中出现的问题及一般解决方法

 

PCB板上面焊后发白

涂布时尽量不要涂到PCB上面

使用合适的预热温度及时间

 

 

可焊性不好、焊点不饱满

增加焊剂涂布量

检查PCB管脚可焊性是否过关

焊盘过大

检查焊接时间及焊接温度

 

连焊(桥连)

增加焊剂涂布量

增加导轨倾角

提高焊锡温度

有锡珠

保证预热温度

 

发泡不良

更换细孔发泡管

增大气压

提高液面深度

缩小槽面

有水纹状残留

喷雾量太多

 

 

七、焊点图例及焊点质量要求

    (一) 焊点图例

    1、合格焊点

    (1) 一般焊点的高度(以单面板焊点为例)

 

 

                                引线的高度h≤1.5mm(特殊情况例外)

                                焊锡高度=H-h

 

 

    (2) 弯却焊

 

 

 

 

                  露骨焊点                              不露骨焊点

    (3) 双面板及金属化孔板的合格焊点

 

 

 

 

 

              直脚焊点                弯脚焊点                铆钉焊点

    2、一般常见的不良焊点

 

 

 

 

                虚焊                    假焊                   针孔

 

 

 

 

              焊锡量多                 焊锡量少                气泡

 

 

 

 

               拉尖                    拖尾                   结晶松散

 

 

 

 

             铜箔翘起                 桥接                      偏焊

 

 

 

 

                       断裂点                         内疏松

    (二) 焊点质量要求

1、焊点应外形光滑,焊料适量,最多不得超出焊盘外缘,最少不应少于焊盘面积的80%,金属化孔的焊点焊料最少时其透锡面凹进量不允许大于板厚的25%。引线末端清楚可见;

2、焊点表面光洁,结晶细密,无针孔、麻点、焊料瘤;

3、焊料边缘与焊件表面形成的润湿角应小于30°;

4、焊点引线露出高度为0.5~1mm。引线总长度(从印制板表面到一侧面的引线顶端)不大于4mm;

5、焊点不允许出现拉尖、桥接、引线(或焊盘)与焊料脱开或焊盘翘起以及虚焊、漏焊现象;

6、波峰焊后允许存在少量疵点(如漏焊、连焊、虚焊),但疵点率单块板不应超过2%。如超过应采取措施,对检查出的疵点要返修;

7、锡焊点经振动试验和高低温试验后,机电性能仍应符合产品技术要求。