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时间:2020-03-22
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1、電路板組裝之焊接1.前言電子工業必須用到的銲錫焊接(Soldering)可簡稱為“焊接”,其操作溫度不超過400℃(銲點強度也稍嫌不足)者,中國國家標準(CNS)稱為之“軟焊”,以有別於溫度較高的“硬焊”(Brazing,如含銀銅的銲料)。至於溫度更高(800℃以上)機械用途之Welding,則稱為熔接。由於部份零件與電路板之有機底材不耐高溫,故多年來電子組裝工業一向選擇此種銲錫焊接為標準作業程序。由於焊接製程所呈現的焊錫性(Solderability)與銲點強度(JointStrength)均將影響到整體組裝品的品質
2、與可靠度,是業者們在焊接方面所長期追求與面對的最重要事項。2.焊接之一般原則本文將介紹波焊(WaveSoldering)、熔焊(ReflowSoldering)及手焊(HandSoldering)三種製程及應注意之重點,其等共同適用之原則可先行歸納如下:2.1空板烘烤除濕(Baking)為了避免電路板吸水而造成高溫焊接時的爆板、濺錫、吹孔、銲點空洞等困擾起見,已長期儲存的板子(最好為20℃,RH30%)應先行烘烤,以除去可能吸入的水份。其作業溫度與時間之匹配如下:(若劣化程度較輕者,其時間尚可減半)。120℃3.5~7
3、小時100℃8~16小時80℃18~48小時烘後冷卻的板子要儘快在2~3天內焊完,以避免再度吸水續增困擾。2.2預熱(Preheating)當電路板及待焊之諸多零件,在進入高溫區(220℃以上)與熔融銲錫遭遇之前,整體組裝板必須先行預熱,其功用如下:(1)可趕走助焊劑中的揮發性的成份,減少後續輸送式快速量產焊接中的濺錫,或PTH孔中填錫的空洞,或錫膏填充點中的氣洞等。(2)提升板體與零件的溫度,減少瞬間進入高溫所造成熱應力(ThermalStress)的各種危害,並可改善液態融錫進孔的能力。(3)增加助焊劑的活性與能力
4、,使更易於清除待焊表面的氧化物與污物,增加其焊錫性,此點對於“背風區”等死角處尤其重要。 2.3助焊劑(Flux)清潔的金屬表面其所具有的自由能(FreeEnergy),必定大於氧化與髒污的表面。自由能較大的待焊表面其焊錫性也自然會好。助焊劑的主要功能即在對金屬表面進行清潔,是一種化學反應。現將其重點整理如下:(1)化學性:可將待焊金屬表面進行化學清潔,並再以其強烈的還原性保護(即覆蓋)已完成清潔的表面,使在高溫空氣環境的短時間內不再生鏽,此種能耐稱之為助焊劑活性(FluxActivity)。(2)傳熱性:助焊劑還可協
5、助熱量的傳遞與分佈,使不同區域的熱量能更均勻的分佈。(3)物理性:可將氧化物或其他反應後無用的殘渣,排開到待焊區以外的空間去,以增強其待焊區之焊錫性。(4)腐蝕性:能夠清除氧化物的化學活性,當然也會對金屬產生腐蝕的效果,就焊後產品的長期可靠度而言,不免會造成某種程度上的危害。故一般配方都刻意使其在高溫中才展現活性,而處於一般常溫環境中則儘量維持其安定的隋性。不過當濕度增加時,則還是難保不出問題。故電子工業一向都採用較溫和活性之Flux為主旨,尤其在放棄溶劑清潔製程後(水洗反而更會造成死角處的腐蝕),業界早己傾向NoCl
6、ean既簡化製程又節省成本之“免洗”製程了。此時與組裝板永遠共處之助焊劑,當然在活性上還要更進一步減弱才不致帶來後患。3.手焊(HeadSoldering) 當大批量自動機焊後,發現局部少數不良銲點時,或對高溫敏感的元件等,仍將動用到老式的手焊工藝加以補救。廣義的手焊除了錫焊外,尚另有銀焊與熔接等。早期美國海軍對此種手工作業非常講究,曾訂有許多標準作業程序(SOP)以及考試、認證、發照等嚴謹制度。其對實做手藝的尊重,絲毫不亞於對理論學術的崇尚。3.1焊槍(SolderingGun)手焊此為最基本的
7、焊接方式,其首要工具之焊槍亦俗稱為烙鐵。其中的發熱體與烙鐵頭(tip)可針對焊錫絲(SolderingWire)與待加工件(Workpiece)提供足夠的熱量,使其得以進行高溫的焊接動作。由於加熱過程中焊槍之變壓器也會附帶產生節外生枝的電磁波,故焊槍還須具備良好的隔絕(Isolation)功能,以避免對PCB板面敏感的IC元件造成“電性壓力”(ElectricOverstress;EOS)或“靜電釋放”(ElectrostaticDischarge;ESD)等傷害。焊槍選擇應注意的項目頗多,如烙鐵頭形狀須適合加工的類型
8、,溫度控制(±5℃)的靈敏度、熱量傳導的快速性、待工溫度(IdleTemp.)中作業前回復溫度(RecoveryTemp.)之夠快夠高夠穩,操作的方便性、維修的容易度等均為參考事項。3.2銲錫絲(SolderWire)係將各種錫鉛重量比率所組成的合金,再另外加入夾心在內的固體助焊劑銲芯,而抽拉製成的金屬條絲狀焊料,可用以焊連與填充
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