今天绝大部份的焊接方式,都是仗用波峰焊锡(wave
solder)及热风回焊(re-flow)。尽管波峰焊锡法已行有多年(也还会持续许久)。回焊目前已主宰整个表面黏着组装事业,事实上,许多大公司正在进行不需要使用波峰焊锡法的制程设计。
在另一方面而言,波峰焊锡法本身也不断的在进步中,特别是在免洗及低挥发性的有机助焊剂方面。大部份的注意力都集中在助焊剂的喷洒及在惰性气体填充下进行波峰焊锡法,这两方面都有极大的帮助。喷洒及助焊剂是一简单的选择,这方式可以更有效的控制助焊剂涂布的量,可节省材料上的费及免除量测其比重时不小心所造成的误解。其最大的成果是这种免洗的波峰焊锡制成产品几乎可以符合军规上洁净度的要求。以喷洒助焊剂方式再加上在氮气密死循环境下可将制程控制在此一清洁的程度上。
波峰焊锡法既然已如此进步,更不用说主流的回焊法。在焊垫间距不断的缩小,对数组组件日渐重视及对无铅焊锡膏的需求,多方的要求下回焊单面或双面组装后的PC板以达到其产品需求,减少布在线的难并提供设计者提高PC板两面组装组件的密度。因为对设计者而言要再回头去修改线路以减少制程上焊接的缺陷是极为麻烦的事情,不只会使产品延期,且将来出来的产品会会动作亦是一个问题,再加上花费等,这一方式根本是行不通的。
回焊:不断进步的制程方式
许多以前是设计给波峰焊锡用的设计,现在都改交给承包商以双面回焊法。因为如此做比较经济,有更高的良率可减少重工(rework)的需求且可减少支出。
今日的回流焊锡大部份都是以对流的热风在空气或氮气环境下进行以减少表面氧化,其基本方式并没有改变,但制程工程师希望对设备上能有更多的控制,如加温区域及最高温度等,另一控制重心则是冷却速率,以期能减少金属间界面合金化合物的形成,减少表面的氧化,同时也让出炉的产品降温到人手可以接触的温度。
有趣的是,一直到现在才有工程师注意到在回焊时板子中间会有下陷的情形发生,就如同在波峰焊锡炉上一样(不知是否是因为没看见所以也就没想到?)。所有的设备现在都有提供板中央的支撑来解决这一问题,以减少双面板组装时发生组件空焊、移动及板子弯曲等现象。这一技术早已为波焊法所使用。
无论是用那一种回焊设备,成功的要素不外是不断的监视板子及重复的量测板温,定期量测板子上的加热曲线是制程控制的一部份。将热电偶以高温焊锡着接在接脚上可避免热电偶脱落及与板子有良好的接触。在制作量测用的板子时应避免使用胶带及黏胶。
在使用BGA时,由于有温度差异存在于板子表面及组件中心下方,所以必须直接压这个板子表面最低温的地方。将热电偶接到这里颇为简单,只要先在板子上数组组件中央的焊垫处钻一个洞,再印锡膏把组件组装到板上再以现有的温度曲线回焊此组件,使组件焊在板子上,最后再把这个洞再钻一次使这个洞能深入到组件底部的锡球(0.03吋)中心,将热电偶插入此板上之孔中,并以环氧树脂封住此洞就完成了。
缺陷处理
许多缺陷的确存在于波峰焊锡及回焊中,但绝大多数在经过适当的工程设计及雏型生产后都可以避免。至于剩下的部份则可在试产时以制程上的控制加以排除。下就是几个实例:小锡球:总是出现在波峰焊锡中。经由高速摄影机的协助发现锡球是在板子离开波焊锡炉时发生的。锡球可能是由于过强的锡波仗焊锡跳离板子,也有可能是由于焊锡炉表面上的杂质造成锡波飞溅的现象。其中基本的原因在于助焊剂和防焊漆(soldermask)是否兼容及小锡球是否可以黏附在防焊漆的表面上如。
工程师应对防焊漆及助焊剂加以评估,然后采用最好的那一种组合。同时,也是最普通的建议就是对所有的组装厂都相同的建议:减少PC板供货商数目,如此才能减少在防焊漆厚度上的变异及因防焊漆不同的固化(cure)程度所造成的影响。
焊接短路在一SOP(small-outline
package)组件接脚上,通常是由于不正确的设计规范,如超过一特定宽度的焊垫或是焊垫长度不足以疏通多余的锡量,正确的宽度应在0.02吋到0.022吋之间;如果太宽即是使用活性较高的助焊剂也无法使焊锡迅速的沾满整个焊垫。就接脚本身沾锡能力而言其脚和塑料的界面也是容易造成短路的位罝。而这此情形一旦发生也会减缓焊垫沾锡速度,阻碍焊锡流动并导致短路发生。
对沾锡能力强的接脚而言,可用增强焊垫上焊锡流动性的方式来防止短路。若在设计上要故意造成SOIC的焊垫短路时,则要使这些焊垫的宽度由于可以产生较相邻垫和接脚间更大的表面张力所以可以形成所要的短路。一般而言,这种形成故意短路的焊垫其宽度至少要有正常宽度的三倍以上。
对SOIC组件而言,在焊接时如要避免短路而故意使用较长的焊垫以分散焊锡,通常焊垫延伸的方向会压在焊垫的尾端而不是在组件端。此外要注意的是维修单位和品管人员也要清楚的让他们知道焊接完成后焊点所要的结果是怎样的,因为就曾发生过品管人员把工程人员故造成的短路当成不良品。
炀锡不足或是空焊的产生可能有三种情形:助焊剂气体喷出,防焊漆厚度不均匀及锡波太低。
助焊剂气体喷出用一种“Lev
Check”玻璃片就可以很容易检查出来。用一般表面黏着技术(SMT)的黏着胶将组件固定在玻璃片的下,方再将这片板子以一般制程方式处理,就可以检测出是有太多的助焊剂气体喷出。在助焊剂的泡沫中可以看见助焊剂的气体由组件下方流出来,但若是使用喷雾助焊剂的技术时应该一会看到这一现象。如果预热区设定不正确或运送带的速度太快,在玻璃片通过锡波时也会看到助焊剂喷出的现象。
厚的防焊漆或防焊漆布厚度不均匀会使助焊剂在和锡波接触时无法被排除,使得焊垫附近容易发生因助焊剂喷出所造成的焊锡不足。对波峰焊锡及锡膏印膏(回焊)两者而言,防焊漆的厚度应该要至少和焊垫高度相同,当然能低一些是最好。
对回焊而言
焊锡短路发生在回焊过程中通常是由于在此区域内的接脚上被印上了太多的锡膏。在改变印刷钢板厚度及开孔尺寸前有些原因要先加以考虑。如果PC板上喷(镀)焊锡厚度改变是有可能会造成短路的。在回焊过程中即使是用了最好的锡膏也是会有锡高塌陷的情形发生而造成短路,有些则是因为在回焊中没有足够的时间使焊锡能沾满焊垫及接脚,所以稍微增加一些焊锡的液化时间或许能使短路现象解除。
惰性氮气填充在回焊过程中,由于促使焊垫及接脚沾锡速度加速,通常也能减少短路的发生。对实际测试而言,将一样本PC板以一热板或重修工作台(rework
station)加以回焊也可以对制程加以验证。
小锡球,也就是在小电阻、电容边缘的锡球。它们的产生是由于锡膏原本就被印刷在组件的下方,然后在回焊时被挤出来所造成的。这些多半是因为锡膏本身塌陷到组件下方后再回焊所导致的。通常起因是在锡膏和回焊曲线不兼容时发生的。
要了解这一问题,可将一印完锡膏完成组装的PC板通过一回焊区(reflow
zone)温度设定在正好比锡膏化温度低一点的地方,如此就能避免锡膏发生最坏程度的塌陷但又能看见组件下方的焊锡形成的样子。
空焊,当没有任合接点形成时,一般而言都是由于在组件放置以前锡膏就已经不够或是接脚在成型时就已经有平整度上的问题。通常会发生的状况是在经过回焊时由于焊垫本身沾锡不良或是太慢,使得焊锡无法由焊垫上流到接脚上面。在镀镍金的板子及铜上预涂上一层有机膜的焊锡板上有时会出现这种现象。所以当这种现象一旦发生时不要立即认为是锡膏刷上出的问题。
沾锡不良,就第一印象上而言都会认为问题是出在焊垫或接脚本身和锡接合的能力不好。若是使用低活性助焊剂的话那还有点道理。不过更好的解释应该是太长的预热时间把助焊剂中的活化物质都消耗光了;同样的情形也可会发生在长时间的预热温度不足环境下,若发生这种现象其检查方法是拉开几个接点上的接脚,在接点上可以发现空焊的状况。
经验的重要
成功解决焊点上的问题大部都是依赖经验,但经验则通常依赖宜觉。经验通常可以由其它地方得到一“老手”及设备相处在一起,从他们身上我们可以学到许多知识。在这提示一下,每当解决一个问题时都用笔式计算机记录下来,不然就算今天解决了问题,可能下个月又会要再重面对一次,伤一次脑筋。
solder)及热风回焊(re-flow)。尽管波峰焊锡法已行有多年(也还会持续许久)。回焊目前已主宰整个表面黏着组装事业,事实上,许多大公司正在进行不需要使用波峰焊锡法的制程设计。
在另一方面而言,波峰焊锡法本身也不断的在进步中,特别是在免洗及低挥发性的有机助焊剂方面。大部份的注意力都集中在助焊剂的喷洒及在惰性气体填充下进行波峰焊锡法,这两方面都有极大的帮助。喷洒及助焊剂是一简单的选择,这方式可以更有效的控制助焊剂涂布的量,可节省材料上的费及免除量测其比重时不小心所造成的误解。其最大的成果是这种免洗的波峰焊锡制成产品几乎可以符合军规上洁净度的要求。以喷洒助焊剂方式再加上在氮气密死循环境下可将制程控制在此一清洁的程度上。
波峰焊锡法既然已如此进步,更不用说主流的回焊法。在焊垫间距不断的缩小,对数组组件日渐重视及对无铅焊锡膏的需求,多方的要求下回焊单面或双面组装后的PC板以达到其产品需求,减少布在线的难并提供设计者提高PC板两面组装组件的密度。因为对设计者而言要再回头去修改线路以减少制程上焊接的缺陷是极为麻烦的事情,不只会使产品延期,且将来出来的产品会会动作亦是一个问题,再加上花费等,这一方式根本是行不通的。
回焊:不断进步的制程方式
许多以前是设计给波峰焊锡用的设计,现在都改交给承包商以双面回焊法。因为如此做比较经济,有更高的良率可减少重工(rework)的需求且可减少支出。
今日的回流焊锡大部份都是以对流的热风在空气或氮气环境下进行以减少表面氧化,其基本方式并没有改变,但制程工程师希望对设备上能有更多的控制,如加温区域及最高温度等,另一控制重心则是冷却速率,以期能减少金属间界面合金化合物的形成,减少表面的氧化,同时也让出炉的产品降温到人手可以接触的温度。
有趣的是,一直到现在才有工程师注意到在回焊时板子中间会有下陷的情形发生,就如同在波峰焊锡炉上一样(不知是否是因为没看见所以也就没想到?)。所有的设备现在都有提供板中央的支撑来解决这一问题,以减少双面板组装时发生组件空焊、移动及板子弯曲等现象。这一技术早已为波焊法所使用。
无论是用那一种回焊设备,成功的要素不外是不断的监视板子及重复的量测板温,定期量测板子上的加热曲线是制程控制的一部份。将热电偶以高温焊锡着接在接脚上可避免热电偶脱落及与板子有良好的接触。在制作量测用的板子时应避免使用胶带及黏胶。
在使用BGA时,由于有温度差异存在于板子表面及组件中心下方,所以必须直接压这个板子表面最低温的地方。将热电偶接到这里颇为简单,只要先在板子上数组组件中央的焊垫处钻一个洞,再印锡膏把组件组装到板上再以现有的温度曲线回焊此组件,使组件焊在板子上,最后再把这个洞再钻一次使这个洞能深入到组件底部的锡球(0.03吋)中心,将热电偶插入此板上之孔中,并以环氧树脂封住此洞就完成了。
缺陷处理
许多缺陷的确存在于波峰焊锡及回焊中,但绝大多数在经过适当的工程设计及雏型生产后都可以避免。至于剩下的部份则可在试产时以制程上的控制加以排除。下就是几个实例:小锡球:总是出现在波峰焊锡中。经由高速摄影机的协助发现锡球是在板子离开波焊锡炉时发生的。锡球可能是由于过强的锡波仗焊锡跳离板子,也有可能是由于焊锡炉表面上的杂质造成锡波飞溅的现象。其中基本的原因在于助焊剂和防焊漆(soldermask)是否兼容及小锡球是否可以黏附在防焊漆的表面上如。
工程师应对防焊漆及助焊剂加以评估,然后采用最好的那一种组合。同时,也是最普通的建议就是对所有的组装厂都相同的建议:减少PC板供货商数目,如此才能减少在防焊漆厚度上的变异及因防焊漆不同的固化(cure)程度所造成的影响。
焊接短路在一SOP(small-outline
package)组件接脚上,通常是由于不正确的设计规范,如超过一特定宽度的焊垫或是焊垫长度不足以疏通多余的锡量,正确的宽度应在0.02吋到0.022吋之间;如果太宽即是使用活性较高的助焊剂也无法使焊锡迅速的沾满整个焊垫。就接脚本身沾锡能力而言其脚和塑料的界面也是容易造成短路的位罝。而这此情形一旦发生也会减缓焊垫沾锡速度,阻碍焊锡流动并导致短路发生。
对沾锡能力强的接脚而言,可用增强焊垫上焊锡流动性的方式来防止短路。若在设计上要故意造成SOIC的焊垫短路时,则要使这些焊垫的宽度由于可以产生较相邻垫和接脚间更大的表面张力所以可以形成所要的短路。一般而言,这种形成故意短路的焊垫其宽度至少要有正常宽度的三倍以上。
对SOIC组件而言,在焊接时如要避免短路而故意使用较长的焊垫以分散焊锡,通常焊垫延伸的方向会压在焊垫的尾端而不是在组件端。此外要注意的是维修单位和品管人员也要清楚的让他们知道焊接完成后焊点所要的结果是怎样的,因为就曾发生过品管人员把工程人员故造成的短路当成不良品。
炀锡不足或是空焊的产生可能有三种情形:助焊剂气体喷出,防焊漆厚度不均匀及锡波太低。
助焊剂气体喷出用一种“Lev
Check”玻璃片就可以很容易检查出来。用一般表面黏着技术(SMT)的黏着胶将组件固定在玻璃片的下,方再将这片板子以一般制程方式处理,就可以检测出是有太多的助焊剂气体喷出。在助焊剂的泡沫中可以看见助焊剂的气体由组件下方流出来,但若是使用喷雾助焊剂的技术时应该一会看到这一现象。如果预热区设定不正确或运送带的速度太快,在玻璃片通过锡波时也会看到助焊剂喷出的现象。
厚的防焊漆或防焊漆布厚度不均匀会使助焊剂在和锡波接触时无法被排除,使得焊垫附近容易发生因助焊剂喷出所造成的焊锡不足。对波峰焊锡及锡膏印膏(回焊)两者而言,防焊漆的厚度应该要至少和焊垫高度相同,当然能低一些是最好。
对回焊而言
焊锡短路发生在回焊过程中通常是由于在此区域内的接脚上被印上了太多的锡膏。在改变印刷钢板厚度及开孔尺寸前有些原因要先加以考虑。如果PC板上喷(镀)焊锡厚度改变是有可能会造成短路的。在回焊过程中即使是用了最好的锡膏也是会有锡高塌陷的情形发生而造成短路,有些则是因为在回焊中没有足够的时间使焊锡能沾满焊垫及接脚,所以稍微增加一些焊锡的液化时间或许能使短路现象解除。
惰性氮气填充在回焊过程中,由于促使焊垫及接脚沾锡速度加速,通常也能减少短路的发生。对实际测试而言,将一样本PC板以一热板或重修工作台(rework
station)加以回焊也可以对制程加以验证。
小锡球,也就是在小电阻、电容边缘的锡球。它们的产生是由于锡膏原本就被印刷在组件的下方,然后在回焊时被挤出来所造成的。这些多半是因为锡膏本身塌陷到组件下方后再回焊所导致的。通常起因是在锡膏和回焊曲线不兼容时发生的。
要了解这一问题,可将一印完锡膏完成组装的PC板通过一回焊区(reflow
zone)温度设定在正好比锡膏化温度低一点的地方,如此就能避免锡膏发生最坏程度的塌陷但又能看见组件下方的焊锡形成的样子。
空焊,当没有任合接点形成时,一般而言都是由于在组件放置以前锡膏就已经不够或是接脚在成型时就已经有平整度上的问题。通常会发生的状况是在经过回焊时由于焊垫本身沾锡不良或是太慢,使得焊锡无法由焊垫上流到接脚上面。在镀镍金的板子及铜上预涂上一层有机膜的焊锡板上有时会出现这种现象。所以当这种现象一旦发生时不要立即认为是锡膏刷上出的问题。
沾锡不良,就第一印象上而言都会认为问题是出在焊垫或接脚本身和锡接合的能力不好。若是使用低活性助焊剂的话那还有点道理。不过更好的解释应该是太长的预热时间把助焊剂中的活化物质都消耗光了;同样的情形也可会发生在长时间的预热温度不足环境下,若发生这种现象其检查方法是拉开几个接点上的接脚,在接点上可以发现空焊的状况。
经验的重要
成功解决焊点上的问题大部都是依赖经验,但经验则通常依赖宜觉。经验通常可以由其它地方得到一“老手”及设备相处在一起,从他们身上我们可以学到许多知识。在这提示一下,每当解决一个问题时都用笔式计算机记录下来,不然就算今天解决了问题,可能下个月又会要再重面对一次,伤一次脑筋。
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