焊锡资料(5)-液态焊接技术和工艺优化

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1、焊锡资料（5）-液态焊接技术和工艺优化摘要：在实施液态焊接工艺（liquidsolderingprocess）中，对关键参数的控制对于获得优良的焊点是非常重要的。在本案例中，采用一块特殊的电路板，使用波峰焊和选择性波峰焊这两种工艺进行焊接。前期的研究中比较了波峰焊和选择性波峰焊所形成的焊点，并通过热循环试验显示出它们在焊点强度方面的主要差异，进而分析对产品寿命的影响以及所使用材料的性能。而在观测焊点质量和强度方面，针对镀通孔有引脚元器件推出的新型及改良型液态焊接技术，如选择性波峰焊和组合波波峰焊，要比普通的无铅波峰焊技术

2、更具优势。焊接工艺类型对电子组装质量的影响，可以通过像通孔透锡不良、桥接、漏焊、锡珠等这类的特定的缺陷进行描述。对于波峰焊，这项研究将确定工艺参数包括助焊剂使用量、预热温度、锡缸温度和接触时间等对缺陷形成的影响。对于选择性波峰焊，我们分为单喷嘴工艺的和多喷嘴工艺两类。对于每一类选择性波峰焊工艺，第一步是设计一个试验来确定测试板的特性。元器件的温度曲线将决定焊接的温度区间。与波峰焊试验类似，主要的四项参数包括助焊剂使用量、预热温度、锡缸温度和接触时间，这四个参数可以通过拖曳速度（dragspeed）和浸锡时间来定义。通过分

3、析包括通孔透锡不良、顶面不润湿、桥接、锡珠等主要缺陷，来优化每一个元器件的焊接工艺。这项研究的一个关键目标是确定和优化关键参数，以寻找到一个高效稳定的工艺。更进一步，是希望了解通孔透锡率/或孔的润湿程度与焊点所能承受的张力之间的关系特性。在本文中将逐一介绍使用每一种技术将元器件组装到印刷电路板上发生的情况，以及对这些电路板进行不同循环次数的热疲劳试验和针对通孔元器件的引脚进行拉力测试及失效分析的结果。当为这三种液态焊接技术优化的工艺确定之后，为了描述无铅通孔焊点的特性以及特定焊接技术的影响，采用了一种大尺寸的组件分别进行

4、了试验。最后，这项研究让我们了解了可用于焊接印刷电路板的各种方法。虽然在目前的市场上，表面贴装技术（SMT）在元器件组装中居于统治地位，但是在绝大多数电子产品中，通孔技术（THT）应用仍有一定的增长空间，尤其是在需求弹性和特殊组装有要求的领域；其中就包括航空航天，资产类，以及互连密度要求不高，以及一些很难用表贴元器件替代通孔元器件的产品，THT还是大有可为的。这在iNEMI的液态焊接路线图中有所描述1（见表1）。由于自动控制技术的进步和对传统波峰焊工艺的不断改进，可以使无铅波峰焊（由不同的工艺和材料参数组成）获得与锡铅波

5、峰焊相媲美的工艺窗口，像单喷嘴的和多喷嘴的选择性波峰焊这类液态焊接技术也已经被开发并且被EMS业界所采用，这些技术完全可以满足PCB组装中不断上升的从表面贴装到通孔元器件的互连要求2，3。特定电路板的材料选择、工艺优化、焊点强度和质量，对于评估和分析使用这些技术的利弊是非常必要的。这样一来，不仅对每种技术来说非常重要的焊点强度方面的定性研究得以进行，而且还为在最小缺陷（电路板和元器件得到保护）下更高温度的无铅组装（通过工艺和材料参数选择和验证）建立起了工艺窗口2。 液态焊接技术利用传统的波峰焊的导轨系统，在焊接的过程中将

6、被焊接的电路板在液态焊接波上传送3，4。选择波包括单波和组合波，多喷嘴的焊接是另一种选择性焊接技术。选择性焊接是一种焊接电路板正反面通孔元器件的液态焊接技术，它是利用一个机器人系统来拾取、夹持和拖曳电路板组件在单个喷嘴上方进行焊接。同样地，这个机器人系统也可以用在一个装有多个喷嘴的特殊加工的喷嘴盘上进行浸焊组装。在无铅焊接工艺中，选择焊很有效地仅使那些需要焊接的元器件和待焊部位暴露在高温中，而其它的元器件和区域则保持在临界温度之下，这归功于这类系统可以局部喷涂助焊剂、预热和灵活地焊接3，4。本文描述了每种液态焊接工艺的优

7、化：单喷嘴，多喷嘴的和传统的波峰焊（基于消除了各种焊接缺陷）。此外，还会进行一个对比实验，来测量经过空气条件下的热循环（AATC）试验后的将引脚从通孔中拔出的拉力。热循环试验情况大致如下：将三种焊接方式的电路板分成三组，每组进行0～100°C的温度循环，循环次数为0，500，1000，2000和3000次。0次循环可以被认为组装完成时刻的情况。测量到的拉力可以被用来测量通孔焊点的强度和质量。为了观测三种液态焊接技术下焊点的一些重要和系统性的行为，将会测量金属间化合物（IMC）的厚度。通孔焊点的质量也许会随着各种焊接方式下

8、的测量点的变化，工艺的差异，以及传输机构的改变而不同。因此，此次分析的双重目的是：(1)无铅焊点形成的特性；(2)通过使用单向拉力测试，分析和比较三种焊接技术下焊点的强度。1实验设计在设计实验的过程中会选择许多种材料。材料选择的标准是基于EMS公司的制造经验，设备的使用和设置基于通常制造中的经验，基本的设置和操作方式