原创 助焊剂与焊接工艺

?    助焊剂

        物理性质:液体.分无色透明,淡黄色,白色,黄色等种类.按使用类分为松香助焊剂 /有机酸助焊剂。
?    化学性质:松香经脱脂,去酸等加工成天然松香／合成树脂。成干粉状固态溶于异丙醇等醇类化合物及去离子水作化学溶剂或水性溶剂类.按一定的固态和液体均匀组合而成.其活化物主要为有机酸、卤化物。比重为松香与溶剂(稀释剂)之比.介于0.805---0.870之间.常温下易挥发,而使比重增大,久置会产生沉淀物,影响其化学活性和焊接质量。
?    主要作用:去处PCB和元件引脚上的氧化物,防止焊接工艺升温过程中焊点再氧化的产生.利用其自身的活性辅助焊料进行焊接.减低焊点表面张力，提高焊料的润湿性保护焊点免受腐蚀和环境影响在PCB表面形成一层保护膜, 防止板沾上焊锡。
?    使用方式:发泡,喷雾,浸渍,涂刷.我们使用的为超声波喷雾的方式将FLUX涂至PCB和元件引脚上.超声波喷雾与其它方式相比,具有雾化细腻,用料节俭的特点.由于采用了模块控制.其操作更精确.
焊接中常见缺陷讨论
?    1.沾锡不良:
?    這種情況是不可接受的缺點,在焊點上只有部分沾錫.分析其原因及改善方式如下:
1.外界的污染物如油,脂,腊等,此类污染物通常可用溶剂清洗,此類油污是在印刷防焊劑時沾上的.
2.硅脂类通常用於脫模及潤滑之用,通常會在PCB板及元件脚上發現,而硅脂类不易清理,因之使用它要非常小心尤其是當它做抗氧化油常會發生問題,因它會蒸發沾在PCB板上而造成沾錫不良.
?    3.常因貯存狀況不良或PCB板製程上的問題發生氧化,而FLUX無法去除時會造成沾錫不良,過二次錫或可解決此問題.
4.喷雾FLUX方式不正確,氣壓不穩或喷雾不均勻而使PCB板部分沒有沾到助焊劑.
5.浸錫時間不足或錫溫不足會造成沾錫不良,因為熔錫需要足夠的溫度及時間使FLUX活化,通常焊錫溫度應高於熔點溫度50℃至80℃之間,沾錫总時間約3秒.
?    2.局部沾錫不良(处理方法同上) :
?    此一情形于沾錫不良相似,不同的是局部沾錫不良不會露出銅箔面,只有薄薄的一层錫无法形成飽滿的焊點.
?    3.冷焊或焊点不亮 :
?    焊点看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊錫正要冷卻形成焊點時振動而造成,注意錫炉輸送是否有異常振动.爪片变形或冷却风扇未开.焊接时间可适当延长.
?    4.焊點破裂 :
?    通常是焊錫,PCB板,通孔,及元件腳之間膨脹係數,未配合而造成,应在PCB板材質,零件材料及設計上去改善.
?    5.焊点锡量太大 :
?    通常在評定一個焊點,希望能又大又圓又胖的焊點,但事實上過大的焊點对导電性及抗拉強度未必有所幫助.
?    1.錫炉輸送角度不正確會造成焊點過大,傾斜角度由3到7度依基板設計方式調整,一般角度約4.5度角,角度越大沾錫越薄角度越小沾錫越厚.
2.提高錫槽溫度,加長焊錫時間,使多余的錫再回流到錫槽.
3.提高預熱溫度,可減少基板沾錫所需熱量,曾加助焊效果.
4.改變FLUX比重,略為降低助焊剂比重,通常比重越高吃錫越厚也越易短路,比重越低吃錫越薄但越易造成錫橋,錫尖.通常FLUX比重为0.830左右较为理想.
?    6.锡尖 :
?    此一問題通常發生在DIP(双列PTH)或WIVE(装配元件)的焊接製程上,在零件腳頂端或焊點上發現有冰尖般的錫.
?    1.PCB板的可焊性差,此一問題通常伴隨著沾錫不良,此問題應由PCB板可焊性去探討,可試由提升FLUX比重來改善.
2.PCB板上金道(PAD)面積過大,可用綠(防焊)漆線將金道分隔來改善,原則上用綠(防焊)漆線在大金道面分隔成5mm乘10mm區塊.
6-3.錫槽溫度不足沾錫時間太短,可用提高錫槽溫度加長焊錫時間,使多余的錫再回流到錫槽來改善.
6-4.出波峰后之冷却風流角度不對,不可朝錫槽方向吹,會造成錫點急速冷凝,多余銲錫無法受重力與內聚力拉回錫槽.
7.防焊綠漆上留有残锡 :
?    1.PCB板製作時殘留有某些與FLUX不能相容的物質,在過熱之後烟化產生黏性黏著焊錫形成錫絲,可用丙酮(*已被蒙特婁公約禁用之化學溶劑),氯化烯類等溶劑來清洗,若清洗后还是无法改善,則有PCB板層材有不正確清洗的可能,本項事故應及時回饋PCB板供應商.
2.不正確的PCB板烘干會造成此一現象,可在插件前先行烘烤120℃二小時,本項事故應及時回饋基板供應商.
3.錫渣被波峰马达打入錫槽內再噴流出來而造成基板面沾上錫渣,此一問題較為單純良好的锡炉维护,錫槽正確的錫面高度(一般正常狀況當錫槽不噴流靜止時錫面離錫槽邊緣10mm高度)
?    8.白色殘留物 :
?    在焊接或溶劑清洗過後發現有白色殘留物在基板上,通常是松香的殘留物,這類物質不會影響表面電阻質,但客戶不接受.
?    1. FLUX通常是此問題主要原因,有時改用另一種FLUX即可改善,松香類FLUX常在清洗時產生白斑,此時最好的方式是尋求供應商的協助,產品是他們供應他們較專業.
2.PCB板製作過程中殘留杂質,在長期儲存下亦會產生白斑,可用稀释剂或IPA清洗即可.
3.不正確的喷雾亦會造成白班,通常是某一批量單獨產生,應及時回饋基板供應商並使用FLUX或IPA清洗即可.
4.廠內使用之FLUX與PCB板氧化保護層不相容,均發生在新的PCB板供應商,或更改FLUX廠牌時發生,應請供應商協助.
5.因PCB板製程中所使用之溶劑使基板材質變化,尤其是在鍍鎳過程中的溶液常會造成此問題,建議儲存時間越短越好.
6.助焊劑使用過久老化,暴露在空氣中吸收水氣劣化,建議更新助焊劑(,噴霧式每月更新或每月清洗FLUX储液桶和喷雾导管.
7.使用松香型助焊劑,過完焊錫爐候停放時間太九才清洗,導致引起白班,盡量縮短焊錫與清洗的時間即可改善.
8.清洗基板的溶劑水分含量過高,降低清洗能力並產生白斑.應更新溶劑.
?    9.深色残留物及浸蝕痕跡 :
?    通常黑色残余物均發生在焊點的底部或頂端,此問題通常是不正確的使用FLUX或清洗造成.
?    1.松香型FLUX焊接後未立即清洗,留下黑褐色殘留物,盡量提前清洗.缩短放置时间即可.
2.酸性FLUX留在焊點上造成黑色腐蝕顏色,且無法清洗,此現象在手焊中常發現,改用較弱之助焊劑並盡快清洗.
3.有机类FLUX在較高溫度下燒焦而產生黑斑,确认錫槽溫度,改用較可耐高溫的助焊劑即可.
?    10.綠色殘留物 :
?    綠色通常是腐蝕造成,特別是電子產品但是並非完全如此,因為很難分辨到底是綠锈或是其他化學產品,但通常來說發現綠色物质应為警訊,必須立刻查明原因,尤其是此種綠色物質會越來越大,应非常注意,通常可用清洗來改善.
?    1.腐蝕的問題通常發生在裸銅面或含銅合金上,使用非松香性助焊劑,這種腐蝕物質內含銅离子因此呈綠色,當發現此綠色腐蝕物,即可證明是在使用非松香助焊劑後未正確清洗.
铜铁合金是氧化銅與 松香酸 (松香主要成分)的化合物,此一物質是綠色但絕不是腐蝕物且具有高絕緣性,不影影響品質但客戶不會同意,應清洗.
3.其它 的殘餘物或PCB板製作上类似残余物,在焊錫後會產生綠色殘餘物,應要求基板製作廠在基板製作清洗後再做清潔度測試,以確保基板清潔度的品質.
?    11.白色腐蚀物
?    白色殘留物是指PCB板上白色殘留物,而本項目談的是零件脚及金屬上的白色腐蝕物,尤其是含鉛成分較多的金屬上較易生成此類殘餘物,主要是因為氯離子易與鉛形成氯化鉛,再與二氧化碳形成碳酸鉛(白色腐蝕物).
在使用松香類助焊劑時,因松香不溶於水會將含氯活性劑包著不致腐蝕,但如使用不當溶劑,只能清洗松香無法去除含氯離子,如此一來反而加速腐蝕.
?    12.針孔及气孔 :
?    針孔與氣孔之區別,針孔是在焊點上發現一小孔,氣孔則是焊點上較大孔可看到內部,針孔內部通常是空的,氣孔則是內部空氣完全噴出而造成之大孔,其形成原因是焊錫在氣体尚未完全排除即已凝固,而形成此問題.
?    1.有機污染物:基板與零件腳都可能產生氣体而造成針孔或氣孔,其污染源可能來自自動植件機或儲存狀況不佳造成,此問題較為簡單只要用溶劑清洗即可,但如發現污染物為, 因其不容易被溶劑清洗,故在製程中應考慮其他代用品.
2.基板有濕氣:如使用較便宜的基板材質,或使用較粗糙的鑽孔方式,在貫孔處容易吸收溼氣,焊錫過程中受到高熱蒸發出來而造成,解決方法是放在烤箱中120℃烤二小時.
3.電鍍溶液中的光亮劑:使用大量光亮劑電鍍時,光亮劑常與金同時沉積,遇到高溫則揮發而造成,特別是鍍金時,改用含光亮劑較少的電鍍液,當然這要回饋到供應商.
?    13.PCB板焊锡面污染:
?    氧化防止油被打入錫槽內經噴流湧出而機污染基板,此問題應為錫槽焊錫液面過低,錫槽內追加焊錫即可改善.
?    14.焊點灰暗 :
?    此現象分為二種
(1)焊錫過後一段時間,(約半載至一年)焊點顏色轉暗.
(2)經製造出來的成品焊點即是灰暗的.
?    1.焊錫內雜質:必須每三個月定期檢驗焊錫內的金屬成分.
2.助焊劑在熱的表面上亦會產生某種程度的灰暗色,如RA及有機酸類助焊劑留在焊點上過久也會造成輕微的腐蝕而呈灰暗色,在焊接後立刻清洗應可改善.
某些無機酸類助焊劑會造成如卤化物污染, 可用 1% 的鹽酸清洗再水洗.
3.在焊錫合金中,錫含量低者(如40/60焊錫)焊點亦較灰暗.
?    15.焊點表面粗糙:
?    焊點表面呈砂狀突出表面,而焊點整体形狀不改變.
?    1.金屬雜質的結晶:必須每三個月定期檢驗焊錫內的金屬成分.
2.錫渣:錫波网罩堵塞或有破损,打入錫槽內經噴流湧出因錫內含有錫渣而使焊點表面有砂狀突出,應為錫槽焊錫液面過低,錫槽內追加焊錫並應清理錫槽及导流槽即可改善.
3.外來物質:如毛邊,絕緣材等藏在零件腳,亦會產生粗糙表面.
?    16.黃色焊點 :
?    因焊錫溫度過高造成,立即查看錫溫及溫控器是否故障.迅速作Profile确定是否故障,并适当降底锡温.
?    17.短路:
?    過大的焊點造成兩焊點相接.
?    1.基板吃錫時間不夠,預熱不足,調整錫炉温度,降低运输速度即可.
2. FLUX不良:FLUX比重较底,久置过期,FLUX沉淀,品质劣化.
3.PCB板進行方向與錫波配合不良,更改进PCB板方向.
4.線路設計不良:線路或接點間太過接近(應有0.6mm以上間距);如為排列式銲點或IC則應考虑盜錫焊盘,或使用文字白漆予以區隔,此時之白漆厚度需為2倍焊盘厚度以上.
5.被污染的錫或积聚過多的氧化物被导流槽帶出造成短路应清理錫炉过滤网罩或更進一步全部更新錫槽內的焊錫.
波峰焊接的持续优化
?    波峰焊接是一项成熟的技术，保持一种有效的大规模焊接工艺过程，特别是对通孔和第三类SMT装配。波峰焊接由于其不连续的性能和复杂性，焊点被人们不接受。波峰焊接的复杂是由于其过程运作变量，例如，传送带速度、预热温度、波峰的焊接问题，板与波的交互作用、FLUX化学成分、机器维护、板的设计、元件的可焊性和操作员的培训
?    波峰焊接的持续优化由三个子过程组成：FLUX、预热和焊接。提高波峰焊接的质量意味着优化这三个子过程参数。
?    在波峰焊机内，当把板送到焊锡波峰上时，化学反应与温度是作用物。其结果，与SMT的回流炉相比较，波峰焊机内温度的工艺窗口是宽松的，并且板与波峰相互作用的精确控制产生很大好处。
?    控制波峰焊接过程涉及直接测量板在波峰上实际所经历的。波峰焊机永远不能保证可重复性。板看不到传送带速度；但感受到驻留时间。同样，板不知道泵的速度，但感受到浸锡深度。还有，波峰焊机的设定不显示波峰焊机的可变化性。因此，波峰焊接的参数必须主要基于板与波峰的相互作用，而不是波峰焊机的设定 .
驻留时间+浸锡深+度波峰形状 =波峰焊接的持续优化

比重代表单位体积中的溶液重量, 助焊剂通常都在0.8g/cm3左右, 助焊剂厂家一般都会对PCB上单位面积需要喷涂的助焊剂重量有一个推荐值, 可以用比重和推荐重量计算出每块PCB需要喷涂的助焊剂ml量, 反推可以计算1ml助焊剂可以喷涂多少PCB面积......通常比重越高吃锡越厚也越易短路, 比重越低吃锡越薄但越易造成锡桥/锡尖...

助焊剂的比重很要的，每班都要检查后并记录的．