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T波峰焊接技术,暨波峰焊接工艺和设备介绍(三)

  

  60年代由于军事部门需要轻、薄、短、小、高可靠、高质量的军用设备,于是T技术应运而生,之后便由军事需求演变到航空、航天、卫星、通信、家电等产品中。由于T的出现,使得PCB的安装结构由原来的纯空孔安装方式(THT)迅速迈向表面安装方式(T)和混合安装方式(MMT),因而安装结构形式也愈来愈多样化和复杂化,,尤其是MMT比单一的THT和T都要复杂,它跨越了波峰焊接和回流焊接两种工艺范畴,因此,在今后一个相当长的时间内,都将是电子产品生产中的一个工艺难点。

  一. T安装结构给波峰焊接技术带来的新问题

  1.1 T波峰焊接工艺的特殊性问题

  目前,由于C/D尚无法完全取代传统的THC/THD元器件,因此,在THC/THD与C/D组合安装的情况下,波峰焊接设备中的钎料波峰发生器在技术上必需进行更新设计,方可适合于T波峰焊接之需要。

  T波峰焊接工艺既有与传统的THT波峰焊接工艺共性的一面,也有其特殊性之处,对元器件来说,最大的不同在于T波峰焊接属于一种投入式焊接,而THT为非投入方式,这种浸入式波峰焊接工艺带来了下述新问题:

  (1) 由于存在气泡遮蔽效应及阴影效应,易造成局部跳焊;

  (2) 从90年代以来,C/D外形尺寸愈来愈小,组装、排列密度愈来愈高,元器件间的距离愈来愈小(往往只有0.3mm),极易产生桥桥;

  (3) 由于钎料回流不好,易产生拉尖;

  (4) 对元器件热冲击大;

  (5) 钎料中溶入杂物的机会多,钎料易受污染。

  1.2 气泡遮蔽效应

  由于T贴装在PCB板面上后,在PCB表面上形成了大量的微缝,这些都是积存和藏匿空气、潮气、、助焊剂的地方。当进行波峰焊接过程中,这些藏匿在微缝中的空气受热膨胀逃逸出来,再加上潮气和助焊剂受热时挥发出来的蒸汽,以及C/D粘胶剂热分解所产生的气体等综合因素,从而在波峰钎料中形成大量的气泡。由于T所用的PCB板孔眼很少,因此这些气泡被压在PCB板下表面无逃逸通道,而在PCB板下表面上游荡,当被吸附在钎料后,阻挡了波峰钎料对接合部基体金属的润湿而造成虚焊。如图2-1所示。

  

  1.3 阻影效应

  阻影效应的形成主要由下述两个原因造成:

  [1] C/D背流阻影

  由于贴装在PCB板面上的C/D安装设计不当,造成在波峰焊接时C/D的一部分连接点,落入了由C/D本身沿背流方向所形成的阻影区内,使得钎料无法漫流到此区域内而产生跳焊,如图2-2的(B)区域。

  [2] 高度所形成的阴影

  在安装设计时,由于对C/T尺寸大小悬殊的各元器之间布置不当,形成了尺寸大、个儿高的C/D,对尺寸小、个儿矮的C/D挡流所形成的阻影区,如图2-3的(B)区,而使位于阻影区内的短小C/D发生大量刮焊现象。

  

   二. C/D的焊料特性和安装设计中应注意的事项

  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,是确保T波峰焊接成功率的重要一环,对各类C/D的焊接特性可查阅有关的产品技术手册,例如:

  (1) 碳膜或金属膜电阻类:所用材料耐热性好,在端子引出线(Fe)上进行电镀焊料合金处理,不会产生焊料熔触现象,能很好地适应于各种焊接方式(波峰焊和回流焊);

  (2) 陶介电容器类:由于陶瓷在急热,急冷和局部加热时容易破损,所以在焊接时注意一定要先预热,焊后要缓缓冷却,焊接温度为240~250℃,时间3~4秒;而采用回流焊接时,必须要在130~150℃的温度下进行预备加热,时间为1~3分钟。

  (3) 薄膜电容器类:标准的波峰焊接条件为

  预热温度: ** x150℃、时间:<3分钟

  焊接温度: ** x250℃、时间:<5秒钟;

  焊后要保持2分钟的缓慢冷却时间。

  (4) 半导体管类:标准的波峰焊接条件为

  预热温度:130~150℃、时间:1~3分钟

  焊接温度:240~250℃、时间:3~10秒钟;

  焊后要保持2分钟的缓慢冷却时间。

  (5) SOP-IC类:标准的波峰焊接条件为

  预热温度:<150℃、时间:1~3分钟

  焊接温度:<260℃、时间:3~4秒钟;

  三. T波峰焊接工艺要素的调整

  3.1 助焊剂的涂覆

  T波峰焊接中,由于在已安装了C/D的PCB底板表面上呈凹凸不平,这给助焊剂的均匀涂覆增加了困难。就目前普遍推广应用的喷雾涂覆工艺而言,在倾斜夹送情况下,若喷雾头喷雾角度选择不当时,将存在着明显的阻影效应而使位于阻影区内的焊点漏涂。因此,始终保持喷雾头的喷雾方向与PCB板面相垂直,是克服喷雾阻影效应的有效手段。

  由于PCB板面上存在着大量的窄缝和深层毛细管现象,这给波峰现象后彻底清除助焊剂和残留物增加困难。

  3.2 预热温度

  T波峰焊接中预热温度的选择,不仅要考虑助焊剂所需求的活性温度,而且还要考虑C/D本身所要求的预热温度。提前进行充分的预热,波峰焊接时C/D就不会出现瞬间剧烈的热冲动,而且当使用较高的预热温度时,波峰焊接的温度就可以降低些,这对减少热损坏现象也是有利的。

  3.3 钎料、钎接温度和时间

  3.3.1 钎料

   由于T为浸入式波峰焊接,焊料槽中的焊料工作时受污染的机会比THT波峰焊接时要大得多,因,要特别注意监视焊料槽中焊料的杂质含量。

  3.3.2 焊接温度和时间

  T波峰焊接时所采用的最高温度和焊接时间(取决于夹送速度)的选择原则是:除了要对焊缝提供热量外,还必须提供热量去加热元器件,使其达到焊接速度,当使用较高的预热温度时,则焊料槽的温度可以适当降低些,而焊接时间可酌情延长些。例如在250℃时,单波峰的最长浸渍时间或双波峰中总的浸渍时间之和约为5秒,但在230℃时,则最长时间则可延长至7.5秒。

  3.3.3 PCB夹送角度

  夹送角度的合理选择是减少拉尖、桥连和获得良好轮廓敷形的一个重要方面。在THT波峰焊接中,较佳的角度大约是60~70 。而T波峰焊接面一般均不如THT的波峰焊接面平整,这是导致拉尖、桥连、漏焊的一个潜在因素。因此,T波峰焊接中夹送角度选择宜稍大些。

  3.3.4 夹送速度

   夹送速度的选择,必须使第二波峰(层流波)有足够的浸渍时间,以使较大的元器件能够吸收到足够的热含量,以达到预期效果。

  3.3.5 浸入速度

  T波峰焊接中,PCB浸入波峰焊料的深度,扰流波与层流波是有差异的,第一波(扰流层)PCB板浸入波峰焊料的深度要比较深,以获得较大的压力,克服阻影效应,而通过喷口的时间要短,这样有利于剩余的助焊剂有足够的剂量供作第二波峰(层流波)作用。

   3.3.6 冷却

   在T波峰焊接中,焊接后采用2分钟以上的缓慢冷却,这对减少因温度剧变所形成的应力,避免元器件损坏(特别是对以陶瓷作基体或衬底的元器件的断裂现象)是有重要意义的。

  (未完, 后面继续再介绍波峰焊接技术,敬请关注后续文章)

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