SMT制程資料2
理解锡膏的回流过程 |当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段， | |首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢(大| |约每秒3° | |C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比 | |较敏感，如果元件外部温度上升太快，会造成断裂。 | |助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会发生 | |同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将 | |结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面 | |。 | |当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草| |”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点。 | |这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡 | |，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超| |过4mil，则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。 | |冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以太快而引起元 | |件内部的温度应力。 | |[pic] | |回流焊接要求总结：重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发溶剂，防止 | |锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力，造成断裂痕可靠性问 | |题。其次，助焊剂活跃阶段必须有适当的时间和温度，允许清洁阶段在焊 | |锡颗粒刚刚开始熔化时完成。时间温度曲线中焊锡熔化的阶段是最重要的 | |，必须充分地让焊锡颗粒完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶剂和助焊 | |剂残余的蒸发，形成焊脚表面。此阶段如果太热或太长，可能对元件和PCB| |造成伤害。锡膏回流温度曲线的设定，最好是根据锡膏供应商提供的数据 | |进行，同时把握元件内部温度应力变化原则，即加热温升速度小于每秒3° | |C，和冷却温降速度小于5° C。PCB装配如果尺寸和重量很相似的话，可用 | |同一个温度曲线。重要的是要经常甚至每天检测温度曲线是否正确。 | 将溅锡的影响减到最小 |在回流之后，内存模块的连接器“金手指”可能出现溅锡的污染，这意味着产品 | |的品质和可靠性问题和制造流程问题。 | |溅锡只是表面污染的一种，其它类型包括水渍污染和助焊剂飞溅。这些影响较 | |小，但由于焊锡飞溅，焊锡已实际上熔湿了“金手指”的表面。 | |“小爆炸” | |溅锡有许多原因，不一定是回流焊接时热的或熔化的焊锡爆发性的排气结果。 | |例如，通过观察过程，以保证锡膏丝印时的最佳清洁度，溅锡问题可以减少或 | |消除。 | |任何方法，如果使锡膏粉球可能沉积在金手指上，并在回流过程时仍存在，都 | |可以产生溅锡。包括： | |在丝印期间没有擦拭模板底面(模板脏) | |误印后不适当的清洁方法 | |丝印期间不小心的处理 | |机板材料和污染物中过多的潮汽 | |极快的温升斜率(超过每秒4° C) | |在后面的原因中，助焊剂的激烈排气可能引起熔化焊接点中的小爆炸，促使焊 | |锡颗粒变成在回流腔内空中乱飞，飞溅在PCB上，污染连接器的“金手指”。PCB | |材料内夹住潮气的情况是一样的，和助焊剂排气有相同的效果。类似地，板表 | |面上的外来污染也引起溅锡。 | |溅锡的影响 | |虽然人们对溅锡可能对连接器接口有有害的影响的关注，还没有得到证实，但 | |它仍然是个问题，因为轻微的飞溅“锡块”产生对连接器金手指平面的破坏。这 | |些锡块是不柔顺的，锡本身比金导电性差，特别是遭受氧化之后。 | |第一个最容易的消除溅锡的方法是在锡膏的模板丝印过程。如果这个过程是产 | |生溅锡的原因的话，那么通过良好的设备的管理及保养来得到控制，包括适当 | |的丝印机设定和操作员培训。如果原因不在这里，那么必须检查其它方面。 | |水印污染：其根本原因还未完全理解，虽然可能涉及许多根源。因为已经显示 | |清洁的、未加工的、无锡膏的和没有加元件的板，在回流后也会产生水印污染 | |，所以其中包括了许多的原因：PCB制造残留、炉中的凝结物、干助焊剂的飞溅| |、清洗板的残留和导热金的变色等。 | |水印污染经常难于发现，但其对连接器接口似乎并无影响。事实上内存模块的 | |使用者并不关心这类表面污染，常常看作为金的变色。 | |助焊剂飞溅：一般理解为，助焊剂水滴在回流炉中变成空中乱飞，分散和附着 | |在整个板上，包括金手指。有两种理论试图说明助焊剂飞溅：溶剂排放理论和 | |合并理论(丝印期间的清洁再次认为有影响，但可控制)。 | |溶剂排放理论：认为锡膏助焊剂中使用的溶剂必须在回流时蒸发。如果使用过 | |高温度，溶剂会“闪沸”成气体(类似于在热锅上滴水)，把固体带到空中，随机 | |散落到板上，成为助焊剂飞溅。 | |为了证实或反驳这个理论，使用热板对样板进行导热性试验，并作测试。使用 | |的温度设定点分别为190° C，200° C和220° C。膏状的助焊剂(不含焊锡粉末) | |在任何情况下都不出现飞溅。可是，锡膏(含有粉末的助焊剂)在焊锡熔化和焊 | |接期间始终都有飞溅。表一和表二是结果。 | |表一、溶剂排气模拟试验 | |测试描述 | |材料 | |结果 | | | |助焊剂载体(无粉末)印于铜箔试样，放于设定为190° C、200° C和220° C的热 | |板上 | |助焊剂载体B | |助焊剂载体D | |在试样上没有明显的助焊剂飞溅，第二次结果相似 | | | |将锡膏印于铜箔试样，放于设定为190° C、200° C和220° C的热板上回流 | |锡膏B：90%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500 | |锡膏D：92%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500 | |两种金属含量都可以看到助焊剂飞溅，金属含量较高的产生飞溅可能较少，但 | |很难说。第二次结果相似 | | | |助焊剂A：Kester244，助焊剂B：92，助焊剂C：92J，助焊剂D：51SC，助焊剂E| |：73D，助焊剂F：75 | | | |表二、从金属焊接中的助焊剂飞溅模拟试验 | |测试描述 | |材料 | |结果 | | | |锡膏(有粉末)印于铜箔试样，放于设定为190° C、200° C和220° C的热板上 | |锡膏B，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 | |锡膏D，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 | |　 | |在所有温度设定上，锡膏B明显比锡膏D湿润较快，结合更积极，结果助焊剂飞 | |溅较多 | |也看到锡膏D在所有温度上的助焊剂飞溅，但比锡膏程度要小 | |温度越高，飞溅越厉害 | | | |保温区(干燥)模拟--锡膏印于铜箔试样，在设定不同的温度热板上预热不同的 | |时间，保温范围150° C~170° C，时间1~4分钟。试样然后转到第二块热板上， | |以220° C回流，并观察助焊剂飞溅。 | |锡膏B，90%，Sn63/Pb37，-325/+500 | |在较高温度下保温超过2分钟，减少或消除了助焊剂飞溅 | | | |Sn62的锡膏和Sn63的锡膏比较，看是否Sn62较慢的结合速度会减少飞溅 | |锡膏B：90%金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500 | |锡膏B：90%，Sn62/Pb36/Ag2，-325/+500 | |Sn62和Sn63都观察到助焊剂飞溅，飞溅数量的差别肉眼观察不出，观察到Sn62 | |的结合速度较慢 | | | |助焊剂A：Kester244，助焊剂B：92，助焊剂C：92J，助焊剂D：51SC，助焊剂E| |：73D，助焊剂F：75 | | | |可以推断，如果助焊剂沸腾引起飞溅，那么当助焊剂单独加热时应该看到。可 | |是，由于飞溅是在焊锡结合时观察到的，这里应该可找到其作用原理。测试说 | |明溶剂排气理论不能解释助焊剂飞溅。 | |结合理论：当焊锡熔化和结合时熔化材料的表面张力―一个很大的力量―在被夹 | |住的助焊剂上施加压力，当足够大时，猛烈地排出。这一理论得到了对BGA装配| |内焊锡空洞的研究的支持，其中描述了表面张力和助焊剂排气之间的联系(助焊| |剂排气率模型)。因此，有力的喷出是助焊剂飞溅最可能的原因。接下来的实验| |室助焊剂飞溅模拟说明了结合的影响，甚至当锡膏在回流前已烘干。尽管如此 | |，完全的烘干大大地减少了飞溅(表三)。 | |表三、来自金属结合的助焊剂飞溅模拟―烘干研究 | |温度 | |一分钟 | |二分钟 | |三分钟 | |四分钟 | | | |150oC | |观察到飞溅 | |1-2飞溅 | |无飞溅 | |无飞溅 | | ...
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