焊接氣氛對(duì)焊點(diǎn)形成的影響

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1、焊接氣氛對(duì)焊點(diǎn)形成的影響焊點(diǎn)的最終形成會(huì)受到焊接氣氛的影響，無論是錫鉛還是無鉛焊料，在不同的氣氛下會(huì)有不同的表現(xiàn)。由于無鉛焊料的潤濕性能較差，惰性氣體的使用就非常必要。但問題是，惰性氣體的使用量應(yīng)該設(shè)為多少比較合適呢？由于氮?dú)獾氖褂脮?huì)增加生產(chǎn)成本，如何降低氮?dú)庀牧渴侨驑I(yè)界都非常關(guān)注的問題。本項(xiàng)目通過控制某些專門設(shè)計(jì)的印刷線路板焊接過程中回流焊爐中的氧氣濃度，來研究氣氛對(duì)無鉛焊接的影響，氧氣的PPM值（濃度）通常是通過在爐膛的指定的位置進(jìn)行測(cè)量而獲得的。了解爐膛內(nèi)氣體的特性對(duì)于研究焊接氣氛和焊點(diǎn)形成之間的關(guān)系非常重要。在回流焊接后，將對(duì)線路板上的

2、通孔元器件進(jìn)行波峰焊接，并對(duì)不同的工藝參數(shù)下通孔的填充狀況進(jìn)行比較。本項(xiàng)目中使用的材料對(duì)研究結(jié)果會(huì)產(chǎn)生非常重要的影響。項(xiàng)目研究了無鉛通孔元器件組裝在93mil和125mil厚、表面處理為OSP的印刷線路板，使用兩種助焊劑條件下得到的焊接結(jié)果。波峰焊接曲線根據(jù)助焊劑類型進(jìn)行了優(yōu)化使助焊劑的性能得到最大發(fā)揮。焊點(diǎn)結(jié)果的評(píng)定依靠目檢和5-DX檢查。本研究的目的在于確定不同惰性焊接氣氛和通孔填充之間的關(guān)聯(lián)性；通過對(duì)表面貼裝缺陷和通孔填充情況的分析，來量化以下因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響：?回流焊工藝中的氧氣濃度?回流焊工藝中的氮?dú)夤?yīng)方法?波峰焊工藝中的助焊劑?波

3、峰焊工藝中的氣氛?線路板厚度?通孔設(shè)計(jì)和元器件排列方向?qū)嶒?yàn)材料線路板兩塊厚度分別為93mil和125mil的16層FR4線路板(見圖1)。線路板材料為TU752，其玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg為1700C，分解溫度Td為3500C；線路板上的阻焊層材料是Probimer65，線路板尺寸為5.5in×7in；表面處理是EntekPlusHT銅面有機(jī)可焊性保護(hù)涂層（OSP），選擇這種涂層是因?yàn)槠涫褂脧V泛且對(duì)溫度和空氣環(huán)境比較敏感。OSP能暫時(shí)保護(hù)線路板的銅表面不被氧化。在焊接過程中，OSP會(huì)被助焊劑滲透并被高溫熔化掉。由于經(jīng)歷多次熱循環(huán)后會(huì)使涂層產(chǎn)生交粘現(xiàn)象（cr

4、osslinking），從而使其難以被助焊劑中的弱有機(jī)酸滲透。根據(jù)銅表面OSP供應(yīng)商的規(guī)格說明，該種涂層能經(jīng)受三次以上的熱循環(huán)，而潤濕性能不會(huì)降低。線路板由偉創(chuàng)力（Flextronics）設(shè)計(jì)，包含了表面貼裝和通孔元器件的焊盤。表1列出了通孔元器件的設(shè)計(jì)尺寸。元器件本次實(shí)驗(yàn)選用了表面貼裝和通孔元器件。由于線路板要過波峰焊，我們對(duì)表面貼裝元器件實(shí)施了點(diǎn)膠和固化工藝，采用的是漢高樂泰3627膠粘劑。通孔元器件會(huì)在過波峰焊之前手工插裝到線路板上。?電阻40個(gè)0805電阻以和垂直于電路板方向放置，32個(gè)1206電阻則分別放置在垂直和平行方向。這兩種電阻的焊

5、端為鎳層上鍍100%的純錫。?小外形封裝器件20個(gè)SOT23器件以垂直和平行方向放置，這些器件有3個(gè)引腳且為100%純錫鍍層。還有13個(gè)SO16器件也是以垂直和平行方向放置，這些器件有16個(gè)鷗翼形引腳，均為純錫鍍層的無鉛器件。?通孔元器件所有通孔元器件均為無鉛鍍層，符合無鉛工藝要求。3個(gè)64引腳的高溫?zé)釅哼B接器，鍍金引腳直徑為25mil。3個(gè)塑料雙列直插式封裝（PDIP）元件有16個(gè)引腳且為100%亞光錫鍍層，引腳直徑為15mil，間距為100mils。25個(gè)軸向電阻有2個(gè)直徑為22mil的引腳，也是純錫鍍層。除DIP元件外，所有通孔元器件的引腳延

6、伸部分均超過140mils。但在93mil厚的線路板上，DIP元件引腳延伸部分為可見的。IPC610規(guī)定，除定形引腳元器件（如DIPs）外，Class1，2，3級(jí)的元器件引腳延伸至少在焊錫中必須是清晰可見的。助焊劑助焊劑1是無VOC的水基免清洗助焊劑，固體含量4.5%;助焊劑2為乙醇基免清洗松香助焊劑，固體含量為7%。焊錫合金Sn3%Ag0.5%Cu或SAC305。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表2列出了實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)。采用完全因子試驗(yàn)并且每種條件重復(fù)2次。在回流焊中我們?cè)O(shè)置了5個(gè)檔次的氧氣濃度并采用2種氮?dú)夤?yīng)方法。在波峰焊中，我們使用了2種助焊劑，分別在空氣和氮?dú)鉅?/p>

7、態(tài)下對(duì)2塊不同厚度的線路板進(jìn)行焊接。組裝工藝及設(shè)備在不同的氣氛下測(cè)試了兩種厚度總共144塊線路板，使用了兩種助焊劑。印刷我們使用了DEKGalaxy印刷機(jī)印刷膠粘劑。印刷工藝參數(shù)為：?印刷速度：20mm/s?印刷次數(shù)：2?刮刀：金屬材質(zhì)，60o?網(wǎng)板厚度：6mil?網(wǎng)板類型：激光網(wǎng)板加拋光除了SO16元器件外，所有元器件焊盤被印刷上適量的膠粘劑，該元器件離板面間隙大于印膠厚度。如果采用印膠工藝，則需要使用10mil厚的網(wǎng)板。SO16元器件焊盤使用半自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)噴涂上更多的膠粘劑。貼片試驗(yàn)中使用環(huán)球儀器公司的GSM貼片機(jī)來貼裝線路板底面的元器件?；亓骱?/p>

8、回流焊工藝采用的是一臺(tái)13溫區(qū)（9個(gè)加熱區(qū)和4個(gè)冷卻區(qū)）的XPM3940熱風(fēng)回流焊爐。測(cè)試分別在5種氧氣含量值（PPM）下