焊接技术资料2

工艺过程
· 连续的焊锡喷射是模仿计算机喷墨打印的锡膏沉淀技术。以“连续的方式”，这样的系统据说可这样的系统每秒钟发出3,000个锡球。涉及的控制因素包括：焊锡冶金、机械运动控制、温度、和惰性气体成分与流动等(图二)。系统工作按照有关液体沉淀的物理学的基本规律，但是通过增加机械振动来达到可重复性。焊锡池的持续的“扰动”是通过压电传感器在焊锡流中产生正弦波动，产生0.004~0.012"的焊锡“滴”。波动越快，焊锡流分离焊锡滴也越快。焊锡滴在Y轴上的偏斜和电路板在X轴上的运动在电路板上产生精确的沉淀分布。应用包括为CSP产生焊锡球、为直接芯片贴附(DCA, direct-chip-attach)座准备的覆层、超密脚的焊锡沉淀和倒装芯片(flip chip)的晶片成块。
· 高品质、低缺陷焊接要求最佳的温度曲线来回流锡膏，并保持它。焊锡回流是在回流区完成的，这里锡膏加热到比其熔化点更高的温度。对Sn63/Pb37共晶焊锡，液化温度为183°C，必须超过大约20°C以保证回流品质。如果产品温度曲线不维持在控制范围内，则会产生缺陷。表一显示了一些不适当曲线产生的问题和原因。
按照Dr. Jennie S. Hwang，基于较慢加热和较冷温度的回流温度曲线将更符合今天的复杂装配和锡膏配方。减少过程中的热损伤将降低残留应力和诸如元件包装破裂(“爆米花”, popcorning)、板弯曲和板起层的问题。
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表一、焊锡回流曲线的问题分析
问题 可能的原因
片电容破裂 预热区过快的升温速率
锡球 回流前不完全干燥、过高的干燥温度、不适当的气体(N2、空气)
冷焊点 回流区时间不足
焊锡对引脚不熔湿 干燥时间过长引起助焊剂失效、回流温度过高/时间过长引起氧化
焊锡没熔焊盘 由于过分的空气流动，引脚加热比板快
元件/板烧伤 过高的回流温度
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· 使用全过程惰性化的波峰焊接方法是针对锡渣积累的问题。看使用的专门技术而定，气体的消耗可能不比单独对焊锡波峰惰性化所要求的多很多。这是因为该技术利用了本来要在处理了波峰后排出的氮气，而把它指向了过程的其余部分。“全通道”惰性化机器，通过连续的氮气净化使整个过程受益。其它优点包括锡渣的实际消除，通过低氧化预热保护了有机焊锡保护处理的PCB，以及支持了要求有效惰性化来防止氧化的无铅替代焊锡合金。
· 从焊锡回流工艺得到最好的效果，也许只是挑战传统智慧原则的问题。例如， “理想的”曲线特征是每秒2~4°C的坡度，达到大约150°C的30~90秒的居留区间。虽然该曲线适合大多数的应用，但当使用的是免洗锡膏时，该设定一般不适合。现在更频繁使用的免洗锡膏要求的曲线没有居留区间，而当使用直线的坡度或“帐顶形”曲线时，反应出改良的效果。对活性助焊剂较少的免洗锡膏，过多的居留时间只会使助焊剂在回流之前耗尽。帐顶形曲线的第二个优点是，通过减少原来居留区间需要的时间，加速回流过程，减少了对炉的占用。产量平均增加20~25%。
　另一个“传统的”原则 — 避免双面板的回流，因为担心元件从底面吹落 — 也是一个挑战。一个双面贴装的公式可以决定元件对于这类贴装的候选资格：
　　Cg/Pa
这里 C = 元件重量(g)，P = 焊盘总面积(in2)
(对第二面的贴装，g/in2 必须小于30)
　例如，为了锚固大于68脚的PLCC(如，继电器，高重量/低引脚数)，大多数装配制造商使用胶剂。其它情况，可使用不同熔点的焊锡。如果底面首先用高熔点焊锡(大于183°C)回流，顶面可用共晶焊锡回流(熔点=183°C)。用这种步骤，底面在过第二次时将不会回流。
· 目前，锡球(缺陷，不是指接触点)形成的最大的一个因素是阻焊材料的类型与化学成分。太暗的阻焊材料，或许带有对锡球形成有传导作用的末道漆或不适合于BGA技术的配方，如果与免洗过程一起使用可能会形成灾难。早在九十年代初期，对阻焊材料和锡球的研究表明，粗糙的阻焊层，如在焊接过程之前刷上的，比未经处理的阻焊层引起较少的缺陷。这是因为粗糙的表面使得锡球更难附着于PCB。研究者随后开发出一种液体可感光的阻焊材料(LPISM, liquid photo-imagable soldermask)，使表面粗糙度增加，消除达99%的锡球，甚至在有密脚和BGA的装配中。它有几种可应用的方法：丝印、涂敷、空气喷雾和静电喷雾。
　　回流焊接表面贴装元件现在有二十年之久了。虽然基本理论没有改变，但在元件包装和材料方面已经有进步，再加上新一代的、“对流为主(convection-dominant)”的、极大改善热传导效率的回流炉。
　　大规模的回流焊接，特别是在对流为主的(强制对流forced convection)，以及激光和凝结惰性的(condensation-inert)(即汽相Vapor phase)焊接中，在可见的未来将仍然是大多数表面贴装连接工艺的首选方法。尽管如此，新的装配工艺和那些要求整个基板均匀加热、温度变化很小、高的温度传导效率的新应用技术，在促进对流为主的回流焊接的进化。无数的因素，包括增加的装配复杂性、更新的互连材料和环境考虑，结合在一起对工艺和设备提出了额外的要求。更快更经济地制造产品，这个持之以恒不断增长的要求驱动这一切的前进。