焊接气氛对焊点形成的影响

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1、焊接气氛对焊点形成的影响焊点的最终形成会受到焊接气氛的影响，无论是锡铅还是无铅焊料，在不同的气氛下会有不同的表现。由于无铅焊料的润湿性能较差，惰性气体的使用就非常必要。但问题是，惰性气体的使用量应该设为多少比较合适呢？由于氮气的使用会增加生产成本，如何降低氮气消耗量是全球业界都非常关注的问题。本项目通过控制某些专门设计的印刷线路板焊接过程中回流焊炉中的氧气浓度，来研究气氛对无铅焊接的影响，氧气的PPM值（浓度）通常是通过在炉膛的指定的位置进行测量而获得的。了解炉膛内气体的特性对于研究焊接气氛和焊点形成之间的关系非常重要。在回流焊接后，将对线路板上的

2、通孔元器件进行波峰焊接，并对不同的工艺参数下通孔的填充状况进行比较。本项目中使用的材料对研究结果会产生非常重要的影响。项目研究了无铅通孔元器件组装在93mil和125mil厚、表面处理为OSP的印刷线路板，使用两种助焊剂条件下得到的焊接结果。波峰焊接曲线根据助焊剂类型进行了优化使助焊剂的性能得到最大发挥。焊点结果的评定依靠目检和5-DX检查。本研究的目的在于确定不同惰性焊接气氛和通孔填充之间的关联性；通过对表面贴装缺陷和通孔填充情况的分析，来量化以下因素对焊接质量的影响：•回流焊工艺中的氧气浓度•回流焊工艺中的氮气供应方法•波峰焊工艺中的助焊剂•波

3、峰焊工艺中的气氛•线路板厚度•通孔设计和元器件排列方向实验材料线路板两块厚度分别为93mil和125mil的16层FR4线路板(见图1)。线路板材料为TU752，其玻璃转化温度Tg为1700C，分解温度Td为3500C；线路板上的阻焊层材料是Probimer65，线路板尺寸为5.5in×7in；表面处理是EntekPlusHT铜面有机可焊性保护涂层（OSP），选择这种涂层是因为其使用广泛且对温度和空气环境比较敏感。OSP能暂时保护线路板的铜表面不被氧化。在焊接过程中，OSP会被助焊剂渗透并被高温熔化掉。由于经历多次热循环后会使涂层产生交粘现象（cr

4、osslinking），从而使其难以被助焊剂中的弱有机酸渗透。根据铜表面OSP供应商的规格说明，该种涂层能经受三次以上的热循环，而润湿性能不会降低。线路板由伟创力（Flextronics）设计，包含了表面贴装和通孔元器件的焊盘。表1列出了通孔元器件的设计尺寸。元器件本次实验选用了表面贴装和通孔元器件。由于线路板要过波峰焊，我们对表面贴装元器件实施了点胶和固化工艺，采用的是汉高乐泰3627胶粘剂。通孔元器件会在过波峰焊之前手工插装到线路板上。•电阻40个0805电阻以和垂直于电路板方向放置，32个1206电阻则分别放置在垂直和平行方向。这两种电阻的焊

5、端为镍层上镀100%的纯锡。•小外形封装器件20个SOT23器件以垂直和平行方向放置，这些器件有3个引脚且为100%纯锡镀层。还有13个SO16器件也是以垂直和平行方向放置，这些器件有16个鸥翼形引脚，均为纯锡镀层的无铅器件。•通孔元器件所有通孔元器件均为无铅镀层，符合无铅工艺要求。3个64引脚的高温热压连接器，镀金引脚直径为25mil。3个塑料双列直插式封装（PDIP）元件有16个引脚且为100%亚光锡镀层，引脚直径为15mil，间距为100mils。25个轴向电阻有2个直径为22mil的引脚，也是纯锡镀层。除DIP元件外，所有通孔元器件的引脚延

6、伸部分均超过140mils。但在93mil厚的线路板上，DIP元件引脚延伸部分为可见的。IPC610规定，除定形引脚元器件（如DIPs）外，Class1，2，3级的元器件引脚延伸至少在焊锡中必须是清晰可见的。助焊剂助焊剂1是无VOC的水基免清洗助焊剂，固体含量4.5%;助焊剂2为乙醇基免清洗松香助焊剂，固体含量为7%。焊锡合金Sn3%Ag0.5%Cu或SAC305。实验设计表2列出了实验的工艺参数。采用完全因子试验并且每种条件重复2次。在回流焊中我们设置了5个档次的氧气浓度并采用2种氮气供应方法。在波峰焊中，我们使用了2种助焊剂，分别在空气和氮气状

7、态下对2块不同厚度的线路板进行焊接。组装工艺及设备在不同的气氛下测试了两种厚度总共144块线路板，使用了两种助焊剂。印刷我们使用了DEKGalaxy印刷机印刷胶粘剂。印刷工艺参数为：•印刷速度：20mm/s•印刷次数：2•刮刀：金属材质，60o•网板厚度：6mil•网板类型：激光网板加抛光除了SO16元器件外，所有元器件焊盘被印刷上适量的胶粘剂，该元器件离板面间隙大于印胶厚度。如果采用印胶工艺，则需要使用10mil厚的网板。SO16元器件焊盘使用半自动点胶机喷涂上更多的胶粘剂。贴片试验中使用环球仪器公司的GSM贴片机来贴装线路板底面的元器件。回流焊

8、回流焊工艺采用的是一台13温区（9个加热区和4个冷却区）的XPM3940热风回流焊炉。测试分别在5种氧气含量值（PPM）下