1、2020/9/23,1,波焊技術(shù),波焊技術(shù)中所能作業(yè)的主要六大類型,2020/9/23,2,銲錫,一、潤(rùn)濕 WETTING 1.銲錫與膠合的不同 4.毛細(xì)管作用 2.潤(rùn)濕與無(wú)潤(rùn)濕(Wetting & Non-wetting) 5.表面張力 3.清潔 6.潤(rùn)濕的動(dòng)態(tài)力平衡,2020/9/23,3,潤(rùn)濕的動(dòng)態(tài)平衡,一、定義 焊錫為L(zhǎng):LIQUID 助焊劑為F:FLUX 基層金屬為S:SOLID BASE METAL 二、說(shuō)明 Psf = Pls + Plf Cos 為液體固體上擴(kuò)散的力量 銲錫角右圖固體表面呈球狀Psf Pls +Plf Cos 開始擴(kuò)散 角度逐漸變小Plf Cos角度大力量開始平

2、衡停止擴(kuò)散,2020/9/23,4,90,如果整個(gè)系統(tǒng)力量達(dá)到平衡時(shí)90,表示Psf的值較小,其液體的擴(kuò)散能力就很差 以角度來(lái)看 a. 90時(shí) ,稱為de-wetting b. =180時(shí) ,稱為non-wetting c. 90 75 ,但這種Wetting是不能接受的. 3. M ,為Good Wetting,在品質(zhì)要求較高的產(chǎn)品,M值的要求可低於75 .,2020/9/23,5,由上述說(shuō)明角度越小表示潤(rùn)濕越好 左圖: a.是完全未潤(rùn)濕, = 180 b.是完全潤(rùn)濕, = 0 c.是部分潤(rùn)濕, 0 180 ,2020/9/23,6,二、焊點(diǎn),金屬間的形成: 由接合的表面形成銅/錫化合物,也

3、稱為金屬間化合物(Intermetallic compound)分為Cu3Sn ,Cu6Sn5,2020/9/23,7,金屬間化合物形成的過(guò)程,2020/9/23,8,2020/9/23,9,焊墊龜裂,金屬間化合物比銲錫或銅來(lái)得硬且脆。 因此,金屬間化合物太厚的話,焊點(diǎn)很容易在受到熱或機(jī)械性的壓力時(shí),形成焊點(diǎn)龜裂,2020/9/23,10,熱 溫度是幫助助焊劑及銲錫作用及潤(rùn)濕的主要?jiǎng)恿χ?2020/9/23,11,焊點(diǎn)表面清潔度和腐蝕,焊點(diǎn)表面與空氣接觸後, 很快的就形成一氧化層用以隔絕空氣,而不再氧化。但助焊劑中若存有大量的離子殘餘在表面,則會(huì)造成循環(huán)性的氧化而腐蝕,致使焊點(diǎn)功能異常。 而

4、氯離子的來(lái)源除了FLUX外,就是外來(lái)的污染所造成。例如,基版製作中的電鍍液,溶劑,人的汗水,環(huán)境污染,包裝材料,輸送系統(tǒng)等。,2020/9/23,12,助焊劑,助焊劑的主要特性: 1.吃錫性 2.活性 3.腐蝕性,2020/9/23,13,助焊劑,助焊劑的四大功能: 1.清除焊接金屬表面的氧化膜 2.在焊接物表面形成一液體的保護(hù)膜隔絕高溫時(shí)四周的空氣,防止金屬表面的再氧化。 3.降低焊錫的表面張力,增加擴(kuò)散的能力 4.焊接的瞬間,可以讓熔融的銲錫取代順利完成焊接,2020/9/23,14,助焊劑,助焊劑可分為兩類: 1.可溶於有機(jī)溶劑 2.可溶於水 大部分可溶於有機(jī)溶劑的助焊劑是以松香為主 R

5、(Rosin)-是不含任何活化劑的純松香,可溶於異丙醇或乙醇等溶劑 RMA(Rosin Mildly Activated)-添加少量活化劑的松香,活化劑分有機(jī)鹽類或有機(jī)酸,可免洗 RA(Rosin Activated)-添加活性較強(qiáng)的活化劑松香,需清洗 RSA(Rosin Super Activated)-松香中加入超強(qiáng)的活化劑 SA(Synthetic Activated)-採(cǎi)用合成式助銲劑,且加入強(qiáng)活性的活化劑 OA(Organic Acid)-用有機(jī)酸當(dāng)助銲劑 IA(Inorganic Acid)-採(cǎi)用更強(qiáng)的有機(jī)酸當(dāng)助銲劑,2020/9/23,15,助焊劑,2020/9/23,16,助焊

6、劑,銅鏡法 Copper Mirror Method 本法是用以檢查助焊劑腐蝕性的強(qiáng)弱，其做法是在一長(zhǎng)方形的玻璃片上，以真空蒸著方式鍍上一層薄銅，再滴以標(biāo)準(zhǔn)的助焊劑及所欲檢測(cè)的助焊劑，然後置於環(huán)境控制的溫濕箱中24小時(shí)，以比較受檢者的腐蝕程度如何，其詳細(xì)作法如下： (1)標(biāo)準(zhǔn)助焊劑的製備在100ml(c.c.)純度99的試 藥級(jí)異丙醇(Isopropyl Alcohol，IPA)中溶入35g符 合美國(guó)聯(lián)邦規(guī)範(fàn)LLL-R-626的助焊劑，攪拌均勻當(dāng) 成本檢驗(yàn)法的標(biāo)準(zhǔn)助焊劑用。,2020/9/23,17,(2) 溫濕箱此箱應(yīng)保持在23 2，及RH 505 的溫濕度，其中每10 in 的空間須有1

7、in 的鹽液或 酸液，用以維持濕度，其詳細(xì)條件須參考ASTM E104。 (3) 銅鏡試片(Copper Mirror Test Panels)在一長(zhǎng)方 形的玻璃片上，以真空蒸著方式鍍著上約500A的 銅面，此銅面使波長(zhǎng)在5000 A的正常入射光，具有 10 5的透過(guò)能力，並以適宜的光電比色儀 進(jìn)行判讀。這種銅鏡的供應(yīng)商為Evaporated Metal Films Corp，Ithaca，N.Y.或其他類似商品。,助焊劑,2020/9/23,18,為了保持銅面完全無(wú)氧化物存在而使測(cè)驗(yàn)更為準(zhǔn)確起見，在試驗(yàn)前才能將保存完好的銅片取出，並浸入50 gl EDTA的溶液中進(jìn)行清洗，以除去任何可能的銅

8、面氧化物。通常試驗(yàn)前的銅面不需另行洗去此種EDTA溶液，但若結(jié)果發(fā)生爭(zhēng)議時(shí)，則必須先用流動(dòng)的清水洗去銅面的EDTA，再用甲醇浸過(guò)使能快速完成乾燥，在檢查全無(wú)氧化物時(shí)才進(jìn)行試驗(yàn)。,助焊劑,2020/9/23,19,助焊劑,(4) 在乾淨(jìng)的銅面上滴以一滴(0.05mil)待測(cè)的助焊劑， 其滴管尖端不可觸及銅面，並在銅面上也另滴以 標(biāo)準(zhǔn)助焊劑。若待測(cè)之助焊劑為錫膏形式時(shí)，則 在銅面上小心均勻的舖上一層錫膏，其直徑應(yīng)為 8(0.3 in)，厚度為0.25(10 mil)，然後將備妥 的試片水平置於無(wú)塵的溫濕箱內(nèi)共24 0.5小時(shí)。 試驗(yàn)時(shí)間到達(dá)後，取出試片浸在清潔的異丙醇中 ( IPA )以洗去各種助

9、焊劑試樣。,2020/9/23,20,助焊劑,(5) 小心檢查各試片上銅面可能被蝕去的痕跡，如有 任何銅面被蝕透，而從玻璃可看透到背面時(shí)，則 表示該助焊劑腐蝕性太強(qiáng)而不及格。但如連標(biāo)準(zhǔn) 助焊劑也不及格時(shí)，則需再做一次試驗(yàn)。若只在 銅表面發(fā)生反應(yīng)而出現(xiàn)變色情形，或銅厚度只部 份受損而未穿透時(shí)，則仍算及格。有某些化學(xué)品 也會(huì)造成銅面的蝕透，如游離鹵素、強(qiáng)酸、無(wú)機(jī) 酸，及游離胺類等，不可任其接觸到試驗(yàn)的銅面。,2020/9/23,21,鉻酸銀試紙法 Silver Chromate Method 本法是用鉻酸銀試紙之目視法，檢測(cè)助焊劑中是否有氯化物或溴化物的存在，其做法如下： 因酪酸銀試紙對(duì)光很敏感非

10、常怕光故應(yīng)嚴(yán)密包裝 ，也不可用徒手執(zhí)取，必須用清潔的金屬夾子或鑷子與之接觸。 (2)將一滴助焊劑滴在試紙上，並使其停留15秒鐘， 然後立即浸入異丙醇中，將試紙上的有機(jī)物殘?jiān)鼉嵙肯吹?，並令試紙?jiān)诳諝庵凶杂汕?0分鐘，然後檢查紙上的顏色。,助焊劑,2020/9/23,22,助焊劑,(3)若待檢者為錫膏時(shí)，需先將試紙用純水浸濕，取 出後用玻璃片及吸水紙將試紙上多餘的水份除去 ，用扁抹刀(Spatula)在試紙上直接塗上一薄層錫 膏，使與接觸 1 分鐘後再於異丙醇中小心洗去錫 膏，不要搓揉試紙，然後在空氣中進(jìn)行乾燥。 (4)小心檢視試紙的變色情形，如試紙出現(xiàn)圓形的白 色或淡黃色徵象時(shí)，即表示助焊劑中

11、已存有氯化 物(Chlorides)或溴化物(Bromides)。,2020/9/23,23,助焊劑,(5)某些化學(xué)品如游離鹵化物之Amines胺類，Cyanides 氰胺類及Isocyanides異氰胺類等，都會(huì)造成試驗(yàn)不 及格的假象。並還應(yīng)小心避免某些酸類也會(huì)形成假 象，此時(shí)需另以pH試紙檢查變色處的pH值，若其 pH低於3時(shí)，還需用別的方法去分析氯化物及溴化 物。試紙的供應(yīng)商為Quantek、P.O.BOX 136、 Lyndhurst、NJ07071。,2020/9/23,24,助焊劑的化學(xué)特性,1.化學(xué)活性Chemical Activity 2.熱穩(wěn)定性Thermal Stabili

12、ty 3.助焊劑在不同溫度下的活性 Activation & Deactivation Temperature 4.潤(rùn)濕能力Wetting Power 5.擴(kuò)散率Spreading Activity,2020/9/23,25,助焊劑的運(yùn)用,2020/9/23,26,下圖為松香之結(jié)晶體 右圖為經(jīng)稀釋劑與其他成分調(diào)配後之液態(tài)助焊劑,2020/9/23,27,波焊設(shè)備的基本架構(gòu),1.助焊槽(Fluxer) 2.預(yù)熱器(Preheater) 3.錫槽(Solder Tank) 4.輸送帶(Conveyor) 5.控制系統(tǒng)(Control System),2020/9/23,28,波焊的第一步:松香塗佈

13、,2020/9/23,29,松香塗佈的方式可分為:發(fā)泡式、湧波式、多點(diǎn)湧波式、浸入式、滾筒式噴霧、滾刷式噴霧、超音波噴霧、單槍移動(dòng)式噴霧、多槍固定式噴霧、單槍擴(kuò)散式噴霧、噴轉(zhuǎn)撞擊式噴霧等。,2020/9/23,30,透過(guò)各種系統(tǒng)發(fā)散出來(lái)的FLUX,並非完全吸附在產(chǎn)品之吃錫面或貫穿孔內(nèi)。因此必須 有適當(dāng)?shù)幕厥障到y(tǒng)執(zhí)行下以下處理: 1.過(guò)濾雜質(zhì),回收使用 2.控制比重,並自動(dòng)調(diào)節(jié) 3.防止揮發(fā)擴(kuò)散及污染,2020/9/23,31,松香塗佈的過(guò)程要特別注意,空氣中松香擴(kuò)散的狀況,若因抽風(fēng)系統(tǒng)不良而擴(kuò)散出沾附區(qū)域外時(shí),將發(fā)生以下狀況: 1.飄散至Pre heater上方會(huì)因溫度過(guò)高而產(chǎn)生氣爆或燃燒等危

14、險(xiǎn) 2.飄入生產(chǎn)線將造成人員不適及吸入性中毒,2020/9/23,32,波焊的第二步:預(yù)熱,預(yù)熱的幾個(gè)主要目的 1. 使助焊劑中的溶劑揮發(fā) 2. 減少熱衝擊 3. 加速化學(xué)反應(yīng) 預(yù)熱的幾種不同系統(tǒng) 1.熱風(fēng)式 2.紅外線加熱板 3.紅外線石英管,2020/9/23,33,波焊的第三步:錫波,基本上,在錫波中可分為三個(gè)重要的區(qū)段 1. 進(jìn)入?yún)^(qū): 吃錫產(chǎn)生的地方 2. 脫離區(qū): 電路板離開錫波,銲錫與電 路板在此脫離 3. 中間區(qū): 介於進(jìn)入?yún)^(qū)與脫離區(qū)之間, 又可稱為傳熱區(qū),2020/9/23,34,銲錫在進(jìn)入?yún)^(qū)的流動(dòng)特性會(huì)受到零件腳的阻擋,當(dāng)焊錫性不良的零件浸入溶錫中,溶錫就會(huì)變成弧形,這是因?yàn)?/p>

15、零件推擠與銲錫表面張力作用的結(jié)果,如此一來(lái),就在零件後面形成陰影,使銲錫接觸不到錫墊,2020/9/23,35,零件愈高或金屬端接點(diǎn)愈小,陰影效應(yīng)就愈嚴(yán)重,這可從SOT-23的圖中清楚的看到 例如: 將焊墊延長(zhǎng)1mm的長(zhǎng)度,焊錫的半徑應(yīng)小於2mm,否則焊墊就無(wú)法觸及焊錫,而無(wú)法使焊墊吃錫,2020/9/23,36,Heat Transfer Zone 傳熱區(qū) 在進(jìn)入?yún)^(qū)與脫離區(qū)之間,電路板與銲錫直接接觸,行成百分之百短路,吃錫作用起自於進(jìn)入?yún)^(qū)而完成於脫離區(qū),一個(gè)界於焊墊與零件端接點(diǎn)間的有效金屬接合賴以完成 雖然零件與溶錫接觸僅0.1秒之內(nèi)即可達(dá)到銲錫溫度,但是為了求得更適切的吃錫性,則需要更長(zhǎng)的

16、時(shí)間,2020/9/23,37,Exit (peel-back) Zone 脫錫區(qū) 在傳熱區(qū)焊接,電路板因銲錫完全短路 因此必須在脫錫區(qū)將多餘的錫拉回錫槽內(nèi),2020/9/23,38,如何避免短路 脫離區(qū)的錫波必須儘可能平穩(wěn) 增加輸送帶的角度 降低輸送帶的速度,2020/9/23,39,雙波式的自動(dòng)銲錫爐實(shí)景,2020/9/23,40,錫波,錫波是藉由幫浦所產(chǎn)生,溶錫由幫浦槽內(nèi)所配備之導(dǎo)流板經(jīng)噴頭噴出再回流到錫槽內(nèi) 共有以下幾種類型: 雙面波 LAMBDA 單面波 雙波 有擾動(dòng)的LAMBDA波,2020/9/23,41,extension,Double Wave 雙面波 雙面波是最早開發(fā)的錫波

17、 銲錫從錫波的兩側(cè)回流到錫槽之中,2020/9/23,42,Lambda Wave 將錫波加上一延長(zhǎng)板的波,就叫LAMBDA波 其作用為,對(duì)於電路板行進(jìn)方向的錫流加速 如此一來(lái),就產(chǎn)生一極為有效的沖刷效果,2020/9/23,43,Single Side Wave單面波 單面波是將噴頭傾斜,使錫波只能從一個(gè)方向流動(dòng),2020/9/23,44,Double Wave雙波 SMD的波焊作業(yè)對(duì)錫波有兩個(gè)相反的需求 銲錫必須接觸所有的焊點(diǎn) 且距離接近的焊墊間的短路必須避免,2020/9/23,45,Lambda Wave with Ruffles 有擾動(dòng)的Lambda波 要增進(jìn)Lambda Wave 的一個(gè)方法,就是在錫波的進(jìn)入?yún)^(qū)使用一個(gè)振盪器,這套系統(tǒng)也叫做OMEGA 波,2020/9/23,46,Jet Wave 噴流波 利用基板流