波峰焊知识讲解

1、2021/10/311波焊技術波焊技術波焊技術中所能作業的主要六大類型2021/10/312銲錫銲錫一、潤濕一、潤濕 WETTINGWETTING 1.銲錫與膠合的不同 4.毛細管作用 2.潤濕與無潤濕(Wetting & Non-wetting) 5.表面張力 3.清潔 6.潤濕的動態力平衡 2021/10/313潤濕的動態平衡潤濕的動態平衡一、定義焊錫為L:LIQUID 助焊劑為F:FLUX基層金屬為S:SOLID BASE METAL二、說明Psf = Pls + Plf Cos 為液體固體上擴散的力量銲錫角右圖固體表面呈球狀Psf Pls +Plf Cos 開始擴散 角度逐漸變

2、小Plf Cos角度大力量開始平衡停止擴散2021/10/314 90,如果整個系統力量達到平衡時90,表示Psf的值較小,其液體的擴散能力就很差以角度來看 a. 90時 ,稱為de-wetting b. =180時 ,稱為non-wetting c. 90 75 ,但這種Wetting是不能接受的.3. M ,為Good Wetting,在品質要求較高的產品,M值的要求可低於75 .2021/10/315由上述說明角度越小表示潤濕越好左圖:a.是完全未潤濕, = 180 b.是完全潤濕, = 0 c.是部分潤濕, 0 180 2021/10/316二、焊點二、焊點金屬間的形成:由接合的表面形

3、成銅/錫化合物,也稱為金屬間化合物(Intermetallic compound)分為Cu3Sn ,Cu6Sn52021/10/317金屬間化合物形成的過程金屬間化合物形成的過程2021/10/3182021/10/319焊墊龜裂焊墊龜裂金屬間化合物比銲錫或銅來得硬且脆。因此,金屬間化合物太厚的話,焊點很容易在受到熱或機械性的壓力時,形成焊點龜裂2021/10/3110熱熱溫度是幫助助焊劑及銲錫作用及潤濕的主要動力之一2021/10/3111焊點表面清潔度和腐蝕焊點表面清潔度和腐蝕 焊點表面與空氣接觸後, 很快的就形成一氧化層用以隔絕空氣,而不再氧化。但助焊劑中若存有大量的離子殘餘在表面,則會

4、造成循環性的氧化而腐蝕,致使焊點功能異常。 而氯離子的來源除了FLUX外,就是外來的污染所造成。例如,基版製作中的電鍍液,溶劑,人的汗水,環境污染,包裝材料,輸送系統等。2021/10/3112助焊劑助焊劑助焊劑的主要特性助焊劑的主要特性:1.吃錫性2.活性3.腐蝕性2021/10/3113助焊劑助焊劑助焊劑的四大功能助焊劑的四大功能:1.清除焊接金屬表面的氧化膜2.在焊接物表面形成一液體的保護膜隔絕高溫時四周的空氣,防止金屬表面的再氧化。3.降低焊錫的表面張力,增加擴散的能力4.焊接的瞬間,可以讓熔融的銲錫取代順利完成焊接2021/10/3114助焊劑助焊劑助焊劑可分為兩類助焊劑可分為兩類:

5、 1.可溶於有機溶劑 2.可溶於水大部分可溶於有機溶劑的助焊劑是以松香為主R(Rosin)-是不含任何活化劑的純松香,可溶於異丙醇或乙醇等溶劑RMA(Rosin Mildly Activated)-添加少量活化劑的松香,活化劑分有機鹽類或有機酸,可免洗RA(Rosin Activated)-添加活性較強的活化劑松香,需清洗RSA(Rosin Super Activated)-松香中加入超強的活化劑SA(Synthetic Activated)-採用合成式助銲劑,且加入強活性的活化劑OA(Organic Acid)-用有機酸當助銲劑IA(Inorganic Acid)-採用更強的有機酸當助銲劑2

6、021/10/3115助焊劑助焊劑2021/10/3116助焊劑助焊劑 銅鏡法銅鏡法 Copper Mirror Method本法是用以檢查助焊劑腐蝕性的強弱，其做法是在一長方形的玻璃片上，以真空蒸著方式鍍上一層薄銅，再滴以標準的助焊劑及所欲檢測的助焊劑，然後置於環境控制的溫濕箱中24小時，以比較受檢者的腐蝕程度如何，其詳細作法如下：(1)標準助焊劑的製備在100ml(c.c.)純度99的試 藥級異丙醇(Isopropyl Alcohol，IPA)中溶入35g符 合美國聯邦規範LLL-R-626的助焊劑，攪拌均勻當 成本檢驗法的標準助焊劑用。2021/10/3117(2) 溫濕箱此箱應保持在2

7、3 2，及RH 505 的溫濕度，其中每10 in 的空間須有1 in 的鹽液或 酸液，用以維持濕度，其詳細條件須參考ASTM E104。(3) 銅鏡試片(Copper Mirror Test Panels)在一長方 形的玻璃片上，以真空蒸著方式鍍著上約500A的 銅面，此銅面使波長在5000 A的正常入射光，具有 10 5的透過能力，並以適宜的光電比色儀 進行判讀。這種銅鏡的供應商為Evaporated Metal Films Corp，Ithaca，N.Y.或其他類似商品。助焊劑助焊劑2021/10/3118為了保持銅面完全無氧化物存在而使測驗更為準確起見，在試驗前才能將保存完好的銅片取出

8、，並浸入50 gl EDTA的溶液中進行清洗，以除去任何可能的銅面氧化物。通常試驗前的銅面不需另行洗去此種EDTA溶液，但若結果發生爭議時，則必須先用流動的清水洗去銅面的EDTA，再用甲醇浸過使能快速完成乾燥，在檢查全無氧化物時才進行試驗。助焊劑助焊劑2021/10/3119助焊劑助焊劑(4) 在乾淨的銅面上滴以一滴(0.05mil)待測的助焊劑， 其滴管尖端不可觸及銅面，並在銅面上也另滴以 標準助焊劑。若待測之助焊劑為錫膏形式時，則 在銅面上小心均勻的舖上一層錫膏，其直徑應為 8(0.3 in)，厚度為0.25(10 mil)，然後將備妥 的試片水平置於無塵的溫濕箱內共24 0.5小時。 試

9、驗時間到達後，取出試片浸在清潔的異丙醇中 ( IPA )以洗去各種助焊劑試樣。2021/10/3120助焊劑助焊劑(5) 小心檢查各試片上銅面可能被蝕去的痕跡，如有 任何銅面被蝕透，而從玻璃可看透到背面時，則 表示該助焊劑腐蝕性太強而不及格。但如連標準 助焊劑也不及格時，則需再做一次試驗。若只在 銅表面發生反應而出現變色情形，或銅厚度只部 份受損而未穿透時，則仍算及格。有某些化學品 也會造成銅面的蝕透，如游離鹵素、強酸、無機 酸，及游離胺類等，不可任其接觸到試驗的銅面。2021/10/3121 鉻酸銀試紙法鉻酸銀試紙法 Silver Chromate Method本法是用鉻酸銀試紙之目視法，檢

10、測助焊劑中是否有氯化物或溴化物的存在，其做法如下：因酪酸銀試紙對光很敏感非常怕光故應嚴密包裝 ，也不可用徒手執取，必須用清潔的金屬夾子或鑷子與之接觸。(2)將一滴助焊劑滴在試紙上，並使其停留15秒鐘， 然後立即浸入異丙醇中，將試紙上的有機物殘渣儘量洗掉，並令試紙在空氣中自由乾燥10分鐘，然後檢查紙上的顏色。助焊劑助焊劑2021/10/3122助焊劑助焊劑(3)若待檢者為錫膏時，需先將試紙用純水浸濕，取 出後用玻璃片及吸水紙將試紙上多餘的水份除去 ，用扁抹刀(Spatula)在試紙上直接塗上一薄層錫 膏，使與接觸 1 分鐘後再於異丙醇中小心洗去錫 膏，不要搓揉試紙，然後在空氣中進行乾燥。(4)小

11、心檢視試紙的變色情形，如試紙出現圓形的白 色或淡黃色徵象時，即表示助焊劑中已存有氯化 物(Chlorides)或溴化物(Bromides)。2021/10/3123助焊劑助焊劑(5)某些化學品如游離鹵化物之Amines胺類，Cyanides 氰胺類及Isocyanides異氰胺類等，都會造成試驗不 及格的假象。並還應小心避免某些酸類也會形成假 象，此時需另以pH試紙檢查變色處的pH值，若其 pH低於3時，還需用別的方法去分析氯化物及溴化 物。試紙的供應商為Quantek、P.O.BOX 136、 Lyndhurst、NJ07071。2021/10/3124助焊劑的化學特性助焊劑的化學特性1.化

12、學活性Chemical Activity2.熱穩定性Thermal Stability3.助焊劑在不同溫度下的活性 Activation & Deactivation Temperature4.潤濕能力Wetting Power5.擴散率Spreading Activity2021/10/3125助焊劑的運用助焊劑的運用2021/10/3126下圖為松香之結晶體右圖為經稀釋劑與其他成分調配後之液態助焊劑2021/10/3127波焊設備的基本架構波焊設備的基本架構1.助焊槽(Fluxer) 2.預熱器(Preheater)3.錫槽(Solder Tank) 4.輸送帶(Conveyor)

13、5.控制系統(Control System)2021/10/3128波焊的第一步波焊的第一步: :松香塗佈松香塗佈2021/10/3129松香塗佈的方式可分為松香塗佈的方式可分為: :發泡式、湧波式、多點湧波式、浸入式、滾筒式噴霧、滾刷式噴霧、超音波噴霧、單槍移動式噴霧、多槍固定式噴霧、單槍擴散式噴霧、噴轉撞擊式噴霧等。2021/10/3130透過各種系統發散出來的FLUX,並非完全吸附在產品之吃錫面或貫穿孔內。因此必須 有適當的回收系統執行下以下處理:1.過濾雜質,回收使用2.控制比重,並自動調節3.防止揮發擴散及污染2021/10/3131松香塗佈的過程要特別注意,空氣中松香擴散的狀況,若

14、因抽風系統不良而擴散出沾附區域外時,將發生以下狀況:1.飄散至Pre heater上方會因溫度過高而產生氣爆或燃燒等危險2.飄入生產線將造成人員不適及吸入性中毒2021/10/3132波焊的第二步波焊的第二步:預熱預熱 預熱的幾個主要目的預熱的幾個主要目的1. 1. 使助焊劑中的溶劑揮發使助焊劑中的溶劑揮發2. 2. 減少熱衝擊減少熱衝擊3. 3. 加速化學反應加速化學反應 預熱的幾種不同系統預熱的幾種不同系統1.1.熱風式熱風式2.2.紅外線加熱板紅外線加熱板3.3.紅外線石英管紅外線石英管2021/10/3133波焊的第三步波焊的第三步:錫波錫波 基本上基本上, ,在錫波中可分為三個重要的

15、區段在錫波中可分為三個重要的區段1. 進入區: 吃錫產生的地方2. 脫離區: 電路板離開錫波,銲錫與電 路板在此脫離3. 中間區: 介於進入區與脫離區之間, 又可稱為傳熱區 2021/10/3134銲錫在進入區的流動特性會受到零件腳的阻擋,當焊錫性不良的零件浸入溶錫中,溶錫就會變成弧形,這是因為零件推擠與銲錫表面張力作用的結果,如此一來,就在零件後面形成陰影,使銲錫接觸不到錫墊2021/10/3135零件愈高或金屬端接點愈小,陰影效應就愈嚴重,這可從SOT-23的圖中清楚的看到例如: 將焊墊延長1mm的長度,焊錫的半徑應小於2mm,否則焊墊就無法觸及焊錫,而無法使焊墊吃錫2021/10/313

16、6Heat Transfer Zone 傳熱區在進入區與脫離區之間,電路板與銲錫直接接觸,行成百分之百短路,吃錫作用起自於進入區而完成於脫離區,一個界於焊墊與零件端接點間的有效金屬接合賴以完成雖然零件與溶錫接觸僅0.1秒之內即可達到銲錫溫度,但是為了求得更適切的吃錫性,則需要更長的時間2021/10/3137Exit (peel-back) Zone 脫錫區脫錫區在傳熱區焊接,電路板因銲錫完全短路因此必須在脫錫區將多餘的錫拉回錫槽內2021/10/3138如何避免短路如何避免短路脫離區的錫波必須儘可能平穩增加輸送帶的角度1. 降低輸送帶的速度2021/10/3139雙波式的自動銲錫爐實景雙波式

17、的自動銲錫爐實景2021/10/3140錫波錫波 錫波是藉由幫浦所產生,溶錫由幫浦槽內所配備之導流板經噴頭噴出再回流到錫槽內共有以下幾種類型:- 雙面波雙面波- LAMBDALAMBDA- 單面波單面波- 雙波雙波- 有擾動的有擾動的LAMBDALAMBDA波波2021/10/3141extensionDouble Wave 雙面波雙面波雙面波是最早開發的錫波銲錫從錫波的兩側回流到錫槽之中2021/10/3142Lambda Wave將錫波加上一延長板的波,就叫LAMBDA波其作用為,對於電路板行進方向的錫流加速如此一來,就產生一極為有效的沖刷效果2021/10/3143Single Side Wave單面波單面波單面波是將噴頭傾斜,使錫波只能從一個方向流動2021/10/3144Double Wave雙波雙波SMD的波焊作業對錫波有兩個相反的需求銲錫必須接觸所有的焊點且距離接近的焊墊間的短路必須避免2021/10/3145Lambda Wave with Ruffles 有擾動的有擾動的Lambda波波要增進Lambda Wave 的一個方法,就是在錫波的進入區使用一個振盪器,這套系統也叫做OMEGA 波2021/10/3146Jet Wave 噴流波噴流波利用基板流動的反方向