波峰焊知识讲解.ppt

1、2020/7/9,1,波焊技術,波焊技術中所能作業的主要六大類型,2020/7/9,2,銲錫,一、潤濕 WETTING 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,2020/7/9,3,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 角度逐漸變小Plf Cos角度大力量開始平衡停止

2、擴散,2020/7/9,4,90,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 .,2020/7/9,5,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 ,2020/7/9,6,二、焊點,金屬間的形成: 由接合的表面形成銅/錫化合物,也稱為金屬間化

3、合物(Intermetallic compound)分為Cu3Sn ,Cu6Sn5,2020/7/9,7,金屬間化合物形成的過程,2020/7/9,8,2020/7/9,9,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,2020/7/9,10,熱 溫度是幫助助焊劑及銲錫作用及潤濕的主要動力之一,2020/7/9,11,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FLU

4、X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。,2020/7/9,12,助焊劑,助焊劑的主要特性: 1.吃錫性 2.活性 3.腐蝕性,2020/7/9,13,助焊劑,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,2020/7/9,14,助焊劑,助焊劑可分為兩類: 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

5、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,2020/7/9,15,助焊劑,2020/7/9,16,助焊劑,銅鏡法 Copper Mir

6、ror 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。,2020/7/9,17,(2) 溫濕箱此箱應保持在23 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

7、，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,2020/7/9,18,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，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

8、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,2020/7/9,19,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。,2020/7/9,20,助

9、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。,2020/7/9,21,鉻酸銀試紙法 Silver Chromate Method 本法是用鉻酸銀試紙之目視法，檢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

10、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,2020/7/9,22,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

11、(Bromides)。,2020/7/9,23,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。,2020/7/9,24,助焊劑的化學特性,1.化學活性Chemical Activity 2.熱穩定性Thermal Stability 3.助焊劑在不同溫度下的活性 Activa

12、tion & Deactivation Temperature 4.潤濕能力Wetting Power 5.擴散率Spreading Activity,2020/7/9,25,助焊劑的運用,2020/7/9,26,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,2020/7/9,27,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) 5.控制系統(Control System),2020/7/9,28,波焊的第一步:松香塗佈,2020/7/9,29,松香塗佈的方式可分為:發泡式、

13、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。,2020/7/9,30,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,2020/7/9,31,松香塗佈的過程要特別注意,空氣中松香擴散的狀況,若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,2020/7/9

14、,32,波焊的第二步:預熱,預熱的幾個主要目的 1. 使助焊劑中的溶劑揮發 2. 減少熱衝擊 3. 加速化學反應 預熱的幾種不同系統 1.熱風式 2.紅外線加熱板 3.紅外線石英管,2020/7/9,33,波焊的第三步:錫波,基本上,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,2020/7/9,34,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

15、銲錫接觸不到錫墊,2020/7/9,35,零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,2020/7/9,36,Heat 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,2020/7/9,37,Exit (peel-back) Zone

16、 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,2020/7/9,38,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 降低輸送帶的速度,2020/7/9,39,雙波式的自動銲錫爐實景,2020/7/9,40,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 LAMBDA 單面波 雙波 有擾動的LAMBDA波,2020/7/9,41,extension,Double Wave 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,2020/7/9,42,Lambda Wave

17、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,2020/7/9,43,Single Side Wave單面波 單面波是將噴頭傾斜,使錫波只能從一個方向流動,2020/7/9,44,Double Wave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,2020/7/9,45,Lambda Wave with Ruffles 有擾動的Lambda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,2020/7/9,46,Jet Wave 噴流波 利用