焊接技术资料5

问题
　　在产生牢固的、可接受的手工焊接点中的问题通常是使用不适当温度、太大压力、延长据留时间、或者三者一起而产生的。可是，这些问题的根本原因经常与其使用的工具有联系，而不是操作员的技术和积极性。
　　用技术熟练的、受过培训的、工作尽责的和有积极性的操作员，看看工艺过程中的其它地方，是否手工焊接操作需要改进。一些厚的PWB设计可能要求不同的方法和/或帮助，比如用热板(hotplate)的辅助加热。
　　另一个更前面的原因可能是可焊性差的元件，通常可以通过元件规格或长途运输处理上的变化来处理。认可和替换一种不同的带芯锡线助焊剂可能是合适的。外部施用的液体助焊剂的使用是另一个短期的替代方法。在这种情况，应该以一个受控的方式使用所要求的最少量。在使用任何液体助焊剂来帮助手工焊接之前，应该通过试验来确认助焊剂与残留物的可容性。如果材料来自同一个制造商，那么可以要到数据资料。如果材料来自不同的制造商，那么通常给使用者带来试验的负担，因为对任何供应商存在太多可能的组合。
　　
手工焊接与返修工具
本文介绍，在返修工艺中，必须小心，不要将印刷电路板过热；否则电镀通孔和焊盘都容易损伤。
　　手工焊接与返修是要求杰出的操作员技术和良好工具的工艺步骤；一个经验不足的操作员可能会产生可靠性的恶梦。当配备足够的工具和培训时，操作员应该能够创作可靠的焊接点。表面贴装手工焊接有时比通孔(through-hole)焊接更具挑战性，因为更小的引脚间距和更高的引脚数。返修工艺中，必须小心，不要将印刷电路板过热；否则电镀通孔和焊盘都容易损伤。本文将回顾接触焊接与加热气体焊接，这两种最常见的手工焊接。
接触焊接
　　接触焊接是在加热的烙铁嘴(tip)或环(collar)直接接触焊接点时完成的。烙铁嘴或环安装在焊接工具上。焊接嘴用来加热单个的焊接点，而焊接环用来同时加热多个焊接点。对单嘴焊接工具和焊接嘴，有多种的设计结构。
　　对烙铁环形式的焊接嘴也有多种设计结构。有两或四面的离散环，主要用于元件拆除。环的设计主要用于多脚元件，如集成电路((IC)；可是，它们也可用来拆卸矩形和圆柱形的元件。烙铁环对取下已经用胶粘结的元件非常有用。在焊锡熔化后，烙铁环可拧动元件，打破胶的连接。
　　四边元件，如塑料引脚芯片载体(PLCC)，产生一个问题，因为烙铁环很难同时接触所有的引脚。如果烙铁环不接触所有引脚，则不会发生热传导，这意味着一些焊点不熔化。特别是在J型引脚元件上，所有引脚可能不在同一个参考平面上，这使得烙铁环不可能同时接触所有的引脚。这种情况可能是灾难性的，因为还焊接在引脚上的焊盘在操作员取下元件时将从PCB拉出来。
　　焊接嘴与环要求经常预防性的维护。它们需要清洁，有时要上锡。可能要求经常更换，特别是在使用小烙铁嘴时。
接触焊接系统
　　接触焊接系统可分类为从低价格到高价格，通常限制或控制温度。选择取决于应用。例如，表面贴装应用通常比通孔应用要求更少的热量。
　　恒温系统，提供连续、恒定的输出，持续地传送热量。对于表面贴装应用，这些系统应该在335~365°C温度范围内运行。
　　限制温度系统，具有帮助保持该系统温度在一个最佳范围的温度限制能力。这些系统不连续地传送热量，这防止过热，但加热恢复可能慢。这可能引起操作员设定比所希望更高的温度，加快焊接。对表面贴装应用的操作温度范围是285~315°C。
　　控制温度系统， 提供高输出能力。这些系统，象温度限制系统一样，不连续地传送热量。响应时机和温度控制比限制温度系统要优越。对表面贴装应用的操作温度范围是285~315°C。这些系统也提供更好的偏差能力，通常是10°C。
与接触焊接系统有关的特性包括：
· 在多数情况中，接触焊接是补焊(touch-up)以及元件取下与更换的最容易和成本最低的方法。
· 用胶附着的元件可容易地用焊接环取下。
· 接触焊接设备成本相对低，容易买到。
与接触焊接系统有关的问题包括：
· 没有限制烙铁嘴或环的系统容易温度冲击，将烙铁嘴或环的温度提升到所希望的范围之上。
· 烙铁环必须直接接触焊接点和引脚，到达效率。
· 温度冲击可能损伤陶瓷元件，特别是多层电容。
加热气体(热风)焊接
　　热风焊接通过用喷嘴把加热的空气或惰性气体，如氮气，指向焊接点和引脚来完成。热风设备选项包括从简单的手持式单元加热单个位置，到复杂的自动单元设计来加热多个位置。手持式系统取下和更换矩形、圆柱形和其它小型元件。自动系统取下合更换复杂元件，诸如密脚和面积排列元件。
　　热风系统避免用接触焊接系统可能发生的局部热应力，这使它成为在均匀加热是关键的应用中的首选。热风温度范围一般是300~400°C。熔化焊锡所要求的时间取决于热风量。较大的元件在可取下或更换之前，可能要求超过60秒的加热。
　　喷嘴设计很重要；喷嘴必须将热风指向焊接点，有时要避开元件身体。喷嘴可能复杂和昂贵。充分的预防维护是必要的；喷嘴必须定期清洁和适当储存，防止损坏。
热风系统有关的特性包括：
· 热风作为传热媒介的低效率，减少由于缓慢的加热率产生的热冲击。这是对某些元件的一个优点，如陶瓷电容。
· 使用热风作为传热媒介，消除直接烙铁嘴接触的必要。
· 温度和加热率是可控制、可重复和可预测的。
热风系统有关的问题包括：
· 热风焊接设备价格范围从中至高。
· 自动系统相当复杂，要求高技术水平的操作。
助焊剂与焊锡
　　助焊剂可以用小瓶来滴，可使用密封的或可重复充满的助焊剂笔。经常，操作员使用太多的助焊剂。我宁愿使用助焊剂笔，因为它们限制使用的助焊剂量。我也宁愿使用带助焊剂芯的焊锡，含有助焊剂和焊锡合金。当使用带助焊剂芯的焊锡和液体助焊剂时，保证助焊剂相互兼容。
　　表面贴装焊接通常要求较小直径的锡线，典型的在0.50~0.75mm范围。通孔焊接通常要求较大直径的锡线，范围在1.20~1.50mm。
　　锡膏(solder paste)也可以用注射器来滴，虽然许多手工焊接方法加热锡膏太快，造成溅锡和锡球。助焊剂胶，而不是锡膏，对更换面积排列元件是非常有用的。

少一些普通工艺问题
大多数公司现在正在使用表面贴装技术，同时又向球栅阵列(BGA)、芯片规模包装(CSP)和甚至倒装芯片装配迈进。但是，一些公司还在使用通孔技术。通孔技术的使用不一定是与成本或经验有关 - 可能只是由于该产品不需要小型化。许多公司继续使用传统的通孔元件，并将继续在混合技术产品上使用这些零件。本文要看看一些不够普遍的工艺问题。希望传统元件装配问题及其实际解决办法将帮助提供对在今天的制造中什么可能还会出错的洞察。
静电对元件的破坏

从上图，我们使用光学照片与扫描电子显微镜(SEM, scanning electron microscopy)看到在一个硅片表面上的静电击穿。静电放电，引入到一个引脚，引起元件的工作状态的改变，导致系统失效。在实验室对静电放电的模拟也能够显示实时发生在芯片表面的失效。
　　如上面的照片所示，静电可能是一个问题，解决办法是一个有效的控制政策。手腕带是最初最重要的防御。
树枝状晶体增长


　　树枝状结晶发生在施加的电压与潮湿和一些可离子化的产品出现时。电压总是要在一个电路上，但潮湿含量将取决于应用与环境。可离子化材料可能来自印刷电路板(PCB)的表面，由于装配期间或在空板制造阶段时的不良清洁。
　　如果要调查这类缺陷，不要接触板或元件。在失效原因的所有证据毁灭之前，让缺陷拍成照片并进行研究。污染可能经常来自焊接过程或使用的助焊剂。另一个可能性是装配期间带来的一般操作污垢.工业中最普遍的缺陷原因来自助焊剂残留物。
　　在上面的例子中，失效发生在元件的返修之后。这个特殊的电话单元是由一个第三方公司使用高活性助焊剂返修的，不象原来制造期间使用的低活性材料。
焊盘破裂


　　当元件或导线必须作为一个第二阶段装配安装时，通常使用 C 形焊盘。例子有，重型元件、线编织或不能满足焊接要求的元件。在某些情况中，品质人员不知道破裂的原因，以为是PCB腐蚀问题。
　　上面的照片是一个设计陷井，不是PCB缺陷。在焊盘上存在两个破裂，但只有一个需要防止焊接并且通常防止焊接过程的方向。
锡 球