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一般焊接原理 与 实用性


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一般焊接原理与实用性
1.前言 前言 电子工业必须用到的焊锡焊接(Soldering)可简称为“焊 接”,其操作温度不超过400℃(焊点强度也稍嫌不足)者,中国国 家标准 (CNS) 称为之 “软焊” 以有别于温度较高的 , “硬焊” (Brazing,

如含银铜的焊料)。至于温度更高(800℃以上)机械用途之Welding, 则称为熔接。由于部份零件与电路板之有机底材不耐高温,故多年来 电子组装工业一向选择此种焊锡焊接为标准作业程序。 由于焊接制程 所呈现的焊锡性(Solderability)与焊点强度(Joint Strength)均将影 响到整体组装品的品质与可靠度, 是业者们在焊接方面所长期追求与 面对的最重要事项。 2.焊接之一般原则 焊接之一般原则 本 文 将 介 绍 波 焊 ( Wave Soldering ) 、 熔 焊 ( Reflow Soldering)及手焊 (Hand Soldering)三种制程及应注意之重点,其等 共同适用之原则可先行归纳如下: 2.1空板烘烤除湿(Baking) 为了避免电路板吸水而造成高温焊接时的爆板、溅锡、吹 孔、 焊点空洞等困扰起见, 已长期储存的板子 (最好为20℃, RH30%) 应先行烘烤, 以除去可能吸入的水份。 其作业温度与时间之匹配如下: (若劣化程度较轻者,其时间尚可减半)。 温度(℃)时间(hrs.) 120℃ 3.5~7小时
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100℃ 80℃

8~16小时 18~48小时 烘后冷却的板子要尽快在2~3天内焊完,以避免再度吸水

续增困扰。 2.2预热(Preheating) 预热( 预热 ) 当电路板及待焊之诸多零件,在进入高温区(220℃ 以上) 与熔融焊锡遭遇之前, 整体组装板必须先行预热, 其功用如下: (1)可赶走助焊剂中的挥发性的成份,减少后续输送式快 速量产焊接中的溅锡,或PTH孔中填锡的空洞,或锡膏填充点中的气 洞等。 > (2)提升板体与零件的温度,减少瞬间进入高温所造成热应

力(Thermal Stress)的各种危害,并可改善液态融锡进孔的能力。 > (3)增加助焊剂的活性与能力,使更易于清除待焊表面的氧

化物与污物, 增加其焊锡性, 此点对于 “背风区” 等死角处尤其重要。 > 2.3助焊剂(Flux) > 清洁的金属表面其所具有的自由能(Free Energy),必定

大于氧化与脏污的表面。自由能较大的待焊表面其焊锡性也自然会 好。助焊剂的主要功能即在对金属表面进行清洁,是一种化学反应。 现将其重点整理如下: > (1)化学性:可将待焊金属表面进行化学清洁,并再以其强

烈的还原性保护(即覆盖)已完成清洁的表面,使在高温空气环境的 短时间内不再生锈,此种能耐称之为助焊剂活性(Flux Activity)。
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(2)传热性:助焊剂还可协助热量的传递与分布,使不同区

域的热量能更均匀的分布。 > (3)物理性:可将氧化物或其它反应后无用的残渣,排开到

待焊区以外的空间去,以增强其待焊区之焊锡性。 > (4)腐蚀性:能够清除氧化物的化学活性,当然也会对金属

产生腐蚀的效果, 就焊后产品的长期可靠度而言,不免会造成某种 程度上的危害。故一般配方都刻意使其在高温中才展现活性,而处于 一般常温环境中则尽量维持其安定的隋性。不过当湿度增加时,则还 是难保不出问题。故电子工业一向都采用较温和活性之Flux为主旨, 尤其在放弃溶剂清洁制程后(水洗反而更会造成死角处的腐蚀),业 界早己倾向No Clean既简化制程又节省成本之“免洗”制程了。此时 与组装板永远共处之助焊剂, 当然在活性上还要更进一步减弱才不致 带来后患。 > > 3.手焊(Head Soldering) 当大批量自动机焊后,发现局部少数不良焊点时,或对高

温敏感的组件等,仍将动用到老式的手焊工艺加以补救。广义的手焊 除了锡焊外,尚另有银焊与熔接等。 > 早期美国海军对此种手工作业非常讲究, 曾订有许多标准作业程序 (SOP)以及考试、认证、发照等严谨制度。其对实做手艺的尊重, 丝毫不亚于对理论学术的崇尚。 > 3.1焊枪(Soldering Gun)手焊 > 此为最基本的焊接方式, 其首要工具之焊枪亦俗称为烙铁。
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其中的发热体与烙铁头(tip)可针对焊锡丝(Soldering Wire)与待 加工件(Workpiece)提供足够的热量,使其得以进行高温的焊接动 作。由于加热过程中焊枪之变压器也会附带产生节外生枝的电磁波, 故焊枪还须具备良好的隔绝(Isolation)功能,以避免对PCB板面敏 感的IC组件造成“电性压力”(Electric Overstress; EOS)或“静电释 放”Electrostatic Discharge; ESD)等伤害。 > 焊枪选择应注意的项目颇多, 如烙铁头形状须适合加工的类型,

温度控制(±> 5℃)的灵敏度、热量传导的快速性、待工温度(Idle Temp.)中作业前回复温度(Recovery Temp.)之够快够高够稳,操作 的方便性、维修的容易度等均为参考事项。 > 3.2焊锡丝(Solder Wire) > 系将各种锡铅重量比率所组成的合金,再另外加入夹心在

内的固体助焊剂焊芯,而抽拉制成的金属条丝状焊料,可用以焊连与 填充而成为具有机械强度的焊点Solder Joint)者称之。其中的助焊剂 要注意是否具有腐蚀性,焊后残渣的绝缘电阻(Insulation Resistance, 一般人随口而出的“绝缘阻抗”是不正确的说法)是否够高,以免造 成后续组装板电性绝缘不良的问题。甚至将来还会要求“免洗” (No Clean)之助焊剂,其评估方法可采IPC-TM-650中2.6.3节的“湿气与 绝缘电阻”进行取舍。有时发现焊丝中助焊剂的效力不足时,也可另 行外加液态助焊剂以助其作用, 但要小心注意此等液态助焊剂的后续 离子污染性。 > 3.3焊枪手焊过程及要点
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(1)以清洁无锈的铬铁头与焊丝,同时接触到待焊位置,使

熔锡能迅速出现附着与填充作用,之后需将烙铁头多余的锡珠锡碎 等,采用水湿的海棉予以清除。 > (2)熔入适量的锡丝焊料并使均匀分散,且不宜太多。其中

之助焊剂可供提清洁与传热的双重作用。 > (3)烙铁头须连续接触焊位,以提供足够的热量,直到焊锡

已均匀散布为止。 > (4)完工后,移走焊枪时要小心,避免不当动作造成固化前

焊点的扰动,进而对焊点之强度产生损伤。 > (5)当待加工的PCB为单面零件组装,而其待焊点面积既大

且多者,可先将其无零件之另一面板贴在某种热盘上进行预热;如此 将可加快作业速与减少局部板面的过热伤害, 此种预热也可采用特殊 的小型热风机进行。 > (6)烙铁头(tip)为传热及运补锡料的工具,对于待加工区

域应具备最大的接触面积,以减少传热的时间耗损。又为强化输送焊 锡原料的效率,与表面必须维持良好的焊锡性,以及不可造成各种残 渣的堆积起见,一旦烙铁头出现氧化或过度污染时则须加以更换。 > (7)小零件或细腿处的手焊作业,为了避免过热的伤害起

见,可另外加设临时性散热配件,如金属之鳄鱼夹等。 > 4.浸焊(Immersion Soldering) > 此为最早出现的简单做法,系针对焊点较简单的大批量焊

接法(Mass Soldering),目前一些小工厂或实验做法仍在使用。系
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将安插完毕的板子,水平装在框架中直接接触熔融锡面,而达到全面 同时焊妥的做法。其助焊剂涂布、预热、浸焊与清洁等连续流程,可 采手动或自动输送化,则端视情况而定,但多半是针对PTH插孔焊接 而实施浸焊。SMD之贴装零件则应先行点胶固定才可实施,锡膏定 位者则有脱落的麻烦。 > 5.波焊(Wave Soldering) > 系利用已熔融之液锡在马达帮浦驱动之下,向上扬起的单

波或双波,对斜向上升输送而来的板子,从下向上压迫使液锡进孔, 或对点胶定位SMD组件的空脚处,进行填锡形成焊点,称为波焊, 大陆术语称为“波峰焊”。此种“量焊”做法已行之有年,即使目前 之插装与贴装混合的板子仍然可用。现将其重点整理如下: > 5.1助焊剂 > 波焊联机中其液态助焊剂在板面涂布之施工, 约有泡沬型、

波浸型与喷洒型等三种方式,即: > 5.1.1泡沬型Flux: > 系将“低压空气压缩机”所吹出的空气,经过一种多孔性

的天然石块或塑料制品与特殊滤心等(孔径约50~60骻),使形成众 多细碎的气泡,再吹入助焊剂储池中,即可向上扬涌出许多助焊剂泡 沬。当组装板通过上方裂口时,于是板子底面即能得到均匀的薄层涂 布。并在其离开前还须将多余的液滴,再以冷空气约50~60℃之斜向 予以强力吹掉,以防对后续的预热与焊接带来烦恼。并可迫使助焊剂 向上涌出各PTH的孔顶与孔环,完成清洁动作。至于助焊剂本身则应
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经常检测其比重,并以自动添加方式补充溶剂中挥发成份的变化。 > 5.1.2喷洒型Spray Fluxing: > 常用于免洗低固形物(Low Solid;固含量约1~3%)之助焊

剂,对早先松香 (Rosin)型固形物较高的助焊剂则并不适宜。由于较 常出现堵塞情形,其协助喷出之气体宜采氮气,既可防火又能减低助 焊剂遭到氧化的烦恼。其喷射的原理也有数种不同的做法,如采不锈 钢之网状滚筒(Rotating Drum)自液中带起液膜,再自筒内向上吹出 氮气而成雾状,续以氮气向上吹出等方式进行涂布。 > 5.1.3波峰型Wave Flux: > 直接用帮浦及喷口向上扬起液体,于狭缝控制下,可得到

一种长条形的波峰,当组装板底部通过时即可进行涂布。此法可能呈 现液量过多的情形,其后续气刀Air Knife)的吹刮动作则应更为彻底 才行。此种机型之价格较泡沬型稍贵,但却比喷洒型便宜,其中溶剂 的挥发量也低于泡沬型。 > 5.2预热 > 一般波焊前的预热若令朝上板面升温到65~121℃之间即

可,其升温速率约2℃/S~40℃/S之间。预热不足时助焊剂之活性 发挥可能未达极致,则焊锡性很难达到最佳地步。且在挥发份尚未赶 光 之 下 ,其 待焊表 面 的 助焊 剂粘度 仍 低 时, 将导致 焊 点 的缩 锡 (Dewetting)与锡尖(Solder Icicles)等缺失。但预热温度太高时, 则又可能会对固形物太低的免洗助焊剂不利, 此点须与助焊剂供货商 深入了解。
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> 5.3波焊 > 5.3.1锡温管理: > 目前锡池中焊料的合金成份仍以Sn 63/Pb37与Sn 60/Pb40

者居多,故其作业温度控制以260o5℃为宜。但仍须考量到待焊板与 零件之总体重量如何。大型者尚可升温到280℃,小型板或对热量太 敏感的产品,则可稍降到230℃,均为权宜的做法。且还须与输送速 度及预热进行搭配,较理想的做法是针对输送速度加以变换,而对锡 温则以不变为宜,因锡温会影响到融锡的流动性(Fluidity),进而 会冲击到焊点的品质。且焊温升高时,铜的溶入速率也会跟着增快, 非常不利于整体焊接的品质管理。 > 5.3.2波面接触: > 自组装板之底面行进接触到上涌的锡波起,到完全通过脱

离融锡涌出面的接触为止,其相互密贴的时程须控制在3-6秒之间。 此种接焊时间的长短,取决于输送速度(Conveyor Speed)及波形与 浸深等三者所组成的“接触长度”;时程太短焊锡性将未完全发挥, 时程太长则会对板材或敏感零件造成伤害。 若该波焊联机是直接安装 在一般空气中时,则锡波表面会不断形成薄薄的氧化物,由于流动的 原因与组装板PWA)不断浮刮带走,故整体尚不致累积太多的氧化 物。但若将全系统尤其是波焊段采用氮气环境所笼罩时,则可大大减 少氧化反应的发生,当然也就使得焊锡性有了显著的改进。 > 输送组装板的传动面须呈现4o~12o的仰角,如此将使得零

件本体的后方, 被阻挡之 “背风波” 锡流不强处的焊接动作大获改善。
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一般现行波焊机均设有可单独控制的双帮浦与双波 (锡池则单双波均 有) 前波呈多股喷泉式强力上涌者称为 , “扰流波(Turbulent Wave) , ” 系逼迫强力锡流穿过多排各种直径的迂回小孔而形成, 可直接冲打到 行走中的底板表面,对通孔插脚或贴装尾部接脚等焊接非常有利。之 后遭遇到的第二波, 则为呈拋物线状的 “平滑 (流) (Laminar Wave) 波 ” 对朝下板面的接触时程较长,就板面需填锡补锡的引脚有利,且还可 消除过多的锡尖。某些商品机种还可另行加装热空气(或热氮气)的 刮锡设施于第二波之后,也可消除锡尖与焊点的过多锡量。 > 对于板面众多的小型片状零件(如Chip Resistor或Chip

Capacitor)而言,〝扰流波〞附带的机械打击力量,还可迫使锡流包 围零件四周甚至进入腹底,使其等所形成的焊点更为完整,任何局部 的缺失还可被随即报到的〝平流波〞所再补足。 且此第二波中亦可加 装额外的振动装置,以增加波流对板面所施展的机械压力。 > 5.3.3接触的细节: > 于后: > (1)板面与扰流波接触的初期,助焊剂立即进行挥发与分散 若再仔细深入探讨其瞬间接触焊接的细节时,还可再分述

的动作,连带使得待焊的金属表面也开始沾锡(Wetting)。此波中 也可再加装低频的振荡装置, 以加强与配合其待焊面接受助焊剂的搓 擦动作。如此将可对贴装零件脚之填锡补锡大有助益,并可减少背风 坡处的“漏焊”(Skipping)现象。当然在双波的先强劲与后温柔的 不同作用下,整体焊锡性也将会更好。
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(2)当板面进入锡波中心处的“传热区”(Heat Transfer

Region)时,在大量热能的推动下,Wetting瞬间的散锡(Spreading) 动作也迅速展开。 > (3)之后是锡波出口的“脱离区”(Break Away),此时各

种焊点(Solder Joint)已经形成,而各种不良缺点也陆续出现。组装 板若能快速顺利的脱离锡波则万事太平。难舍难分的拖锡,当然就会 成为不良锡桥 (Solder Bridge) 或锡尖(Solder icicles) 甚至锡球 (Solder Ball)的主要原因。其脱离的快慢虽直接取决于输送速度,但刻意将 输送带平面上仰4o~12o时, 还可借助重力的协同而能更干脆而方便的 分开。至于该等拖泥带水造成的板面缺点,当然还有机会被随后即到 的热风再加修整。此时却不能用冷风,以免造成组装品温度过度起伏 的热震荡(Thermal Shock)不良效应。 > 5.3.4氮气环境的协力: > 在免洗助焊剂的弱势活力下 (只含Carboxylic Acid羰酸1%

而已),还要奢求更好的焊锡性,岂非缘木求鱼撖面杖吹火?然而回 避溶剂清洗之环保压力既不可违,当然只好另谋他途寻求解决。于是 当波焊线之锡池区,若能改装成氮气环境以减少氧化的不良反应者, 自然大大有助于焊接。经过众多前人试验的结果,氮气环境的锡池区 其残氧量以100ppm以下的焊锡性最为良好,然而其成本的额外增加 自是不在话下。为了节省开支,一般实用规格多半都将残氧率范围订 定在500ppm至1000ppm左右。也曾有人将甲酸的气体引入氮气环境 中, 或加用在助焊剂中, 以其强烈的还原性协助减少氧化反应的发生。
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然 而 此 种具 毒性的 刺 激 物质 ,其在 室 内 的挥 发浓度 却 不 可超 过 5ppm,以免对人体造成伤害。设计良好的“氮气炉”其待焊件的进 出口与充气装置等动态部份,都已做好隔绝密封的设施,自可减少氮 气的无谓消耗,此等氮气炉波焊线具有下列效益: > > > > > > (1)提升焊接之良率(yield)。 (2)减少助焊剂的用量。 (3)改善焊点的外观及焊点形状。 (4)降低助焊剂残渣的附着性,使之较易清除。 (5)减少机组维修的机率,增加产出效益。 (6)大量减少锡池表面浮渣 (Dross) 的发生, 节省焊锡用量,

降低处理成本。 > 5.3.5波焊不良锡球的发生: > 早先业界于焊后仍维持清洗的年代,锡球较少发生于完工

板面。主要原因是焊后溶剂冲刷清洗的功劳。如今之“免洗”不但带 来板面助焊剂残渣的增加,也使得不良锡球(Solder Ball)附着的机 率变大。免洗所造成板面锡球已带来许多为头痛的问题,而且几乎都 是无解的悬案。无可奈何之下只好反过头来仔细追究为何会出现锡 球?其中重要原因之一就是板面绿漆本身的硬化(Curing)不足,又 经助焊剂在高温中对其产生交互作用(Interaction),形成软泥状的环 境, 致使细碎的溅锡得以附着。 除了加强绿漆硬化与减少锡池溅锡外, 板面零件的密集布局也会增加锡球的机率。 > 5.3.6波焊的问题与原因
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大批量波焊中免不了会出现一些问题,然而要仔细追求原

因与找出对策,确是需要相当专业与长期经验的专家才能胜任。如何 将多年所累积下来的智能,让大多数从业者在很短时间内灵活应用, 则可藉助对照表式列举其纲要,可从发生的原因上逐一着手解决,即 便生手上路也会出现“虽不中亦不远矣”的成绩。运用纯熟后按图索 骥手到擒来,则远比阅读众多文献而却条理不清下更为有效。 下表列之问题与原因的对照表相当务实,业者应可加以利用。

※波焊常见问题与原因: 波焊常见问题与原因

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顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

缺 沾锡不良或不沾锡













1,2,3,11,12,13,14,16,19,20,24,25,2 9,30 3,4,7,8,15,17,24,26,27,29 1,3,11,12,13,14,16,21,23,24,25,27, 29,30,31 1,3,5,16,24,27,29 1,3,8,20,24,27 9,16,25,27 3,7,14,18,19,24 2,3,6,7,10,14,18,19,24,27,31 10,25,26 14,25,26 5,6,9,16,25,26,27,28 1,3,5,8,11,12,13,14,15,24,25, 26,27,29,31 1,3,8,10,13,16,19,24,27,29 4 22,26,28 1,3,10,12,13,18,19,24,29,31 3,4,7,8,13,15,17,24 5,7,12,13,18,21,26,27,30

吹孔(Blow Hole)或孔 中未填锡 搭桥短路(Bridge) 冷焊点(Cold Soldering Joints) 缩锡(Dewetting) 焊 点 昏 暗 不 亮 ( Dull Joint) 板面助焊剂过多 锡 量 过 多 ( Excess Solder) 锡池表面浮渣过多 拖带锡量过多 焊 点 表 面 砂 粒 状 (Graing) 锡尖(Icicles) 通孔中流锡填锡不足 焊点之锡量不足 焊垫浮离 焊点缺锡

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22

焊点中有空洞 溅锡(Solder Splatter) 焊后板面出现不良锡球 (Solder Ball) 焊点中或锡柱出现空间 锡网(Webbing) 白色残渣(White Residues)

7,10,11,15,22,24,30 2,3,8,13,14,15,24,27 9,11,13,14,20,22,30 20,30

>

※原因编号之内容说明 :

> 1.焊锡性不好 > 2.板子在夹具上固定不牢或于输送带之移动不正确 > 3.输送速度太快 > 4.输送速度太慢 > 5.输送带出现抖动情形 > 6.锡池发现铜污染或金污染 > 7.助焊剂之比重太高 > 8.助焊剂之比重太低 > 9.焊锡中出现浮渣 > 10.锡波之规律性不良 > 11.助焊剂遭到污染 > 12.助焊剂之活性不足 > 13.助焊剂与板子的互动不足 > 14.助焊剂涂布站之操作不均匀
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> 15.通孔孔壁出现裂口及破洞, 焊接时造成所填锡柱被板材中蒸气吹 入或吹歪而成吹孔 > 16.焊点热容量不足 > 17.孔径对脚径之比值过大 > 18.板面对锡波之浸入深度不正确 > 19.板子夹具不正确 > 20.助焊剂不正确 > 21.板面线路布局不良 > 22基材板有问题(如树脂硬化不足) > 23.锡波表面发生氧化 > 24.预热不足 > 25.锡池焊料遭到污染 > 26.锡温太高 > 27.锡温太低 > 28.焊接时间太长 > 29.焊接时间太短 > 30.绿漆不良或硬化不足 > 31.锡波之波形或高度不适应 > > 6.锡膏溶焊(Reflow Soldering) 各种表面粘装组件在电路板面上的互连引脚, 不管是伸脚、

勾脚(J-Lead)、> 球脚或是无脚而仅具焊垫者,均须先在板面承垫 上印着锡膏,而对各“脚”先行暂时定位粘着,然后才能使之进行锡
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膏融熔之永久焊接。 原文之Reflow系指锡膏中已熔制成的焊锡小球状 粒子,又经各种热源而使之再次熔融焊接而成为焊点的过程。一般业 者不负责任的直接引用日文名词“回焊”,其实并不贴切,也根本未 能充份表达Reflow Soldering的正确含义。而若直译为“重熔”或“再 流”者更是莫名其妙不知所云。 > 6.1锡膏的选择与储存: > 目前锡膏最新国际规范是J-STD-005, 锡膏的选择则应着眼

于下列三点,目的是在使所印着的膏层都要保有最佳的一致性: > (1)锡粒(粉或球)的大小、合金成份规格等,应取决于焊

垫与引脚的大小,以及焊点体积与焊接温度等条件。 > (2) 锡 膏 中 助 焊 剂 的 活 性 ( Activity ) 与 可 清 洁 性

(Cleanability)如何? > > (3)锡膏之粘度(Viscosity)与金属重量比之含量如何? 由于锡膏印着之后, 还需用以承接零件的放置 (Placement)

与引脚的定位, 故其正面的粘着性(Tackiness)与负面的坍塌性 (Slump) 以及原装开封后可供实际工作的时程寿命 , (Working Life) 也均在考虑之内。当然与其它化学品也有着相同观点,那就是锡膏品 质的长期稳定性,绝对是首先应被考虑到的。 > 其次是锡膏的长时间储存须放置在冰箱中,取出使用时应

调节到室温才更理想, 如此将可避免空气中露珠的冷凝而造成印点积 水,进而可能在高温焊接中造成溅锡,而且每小瓶开封后的锡膏要尽 可能的用完。网版或钢板上剩余的锡膏也不宜刮回,混储于原装容器
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的余料内以待再次使用。 > 6.2锡膏的布着及预烤: > 板面焊垫上锡膏的分配分布及涂着,最常见的量产方法是

采用“网印法”(Screen Print),或镂空之钢板(Stencil Plate)印刷 法两种。前者网版中的丝网本身只是载具,还需另行贴附上精确图案 的版膜(Stencil),才能将锡膏刮印转移到各处焊垫上。此种网印法 其网版之制作较方便且成本不贵, 对少量多样的产品或打样品之制程 非常经济。但因不耐久印且精准度与加工速度不如钢板印刷,故在大 量生产型的台湾组装厂商较少使用前者。 > 至于钢板印刷法,则必须采用局部化学蚀刻法或雷射烧蚀

加工法,针对0.2mm厚的不锈钢板进行双面精准之镂空,而得到所需 要的开口出路,使锡膏得以被压迫漏出而在板面焊垫上进行印着。其 等侧壁必须平滑,使方便于锡膏穿过并减少其积附。 > 因而除了蚀刻镂空外,还要进行电解拋光(Electropolishing)以去 除毛头。甚至采用电镀镍以增加表面之润滑性,以利锡膏的通过。 > 锡膏的分布涂着除上述两种主要方法外,常见者尚有注射

布着法(Syringe Dispensing)与多点沾移法(Dip Transfer)两种用于 小批量的生产。注射法可用于板面高低不平致使网印法无法施工者, 或当锡膏布着点不多且又分布太广时即可用之。 但因布着点很少故加 工成本很贵。锡膏涂布量的多寡与针管内径、气压、时间、粒度、粘 度 都 有 关。 至于“ 多 点 沾移 法”则 可 用 于板 面较小 等 封 装载 板 (Substrates) 之固定数组者, 其沾移量与粘度、 点移头之大小都有关。
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某些已布着的锡膏在放置零件粘着引脚之前,还需要预烤

(70~80℃,5~15分钟),以赶走膏体中的溶剂,如此方可减少后来 高温熔焊中溅锡而成的不良锡球(Solder Ball),以及减少焊点中的空 洞(Voiding);但此种印着后再热烘,将会使降低粘度的锡膏在踩 脚时容易发生坍塌。且一旦过度预烤者,甚至还会因粒子表面氧0化 而意外带来焊锡性不良与事后的锡球。 > 6.3高温熔焊(Reflow) > 6.3.1概说 > 是利用红外线、热空气或热氮气等,使印妥及已粘着各引

脚的锡膏,进行高温熔融而成为焊点者,谓之“熔焊”。80年代SMT 兴起之初, 其热源绝大多数是得自发热效率最好的辐射式 (Radiation) 红外线(IR)式机组。后来为了改善量产的品质才再助以热空气,甚 至完全放弃红外线而只用热空气之机组者。近来为了“免洗”又不得 不更进一步改采“热氮气”来加温。在其能够减少待焊金属表面的氧 化情形下,“热氮气”既能维持品质又能兼顾环保,自然是最好的办 法,不过成本的增加却是无比的杀伤力。 > 除了上述三种热源外,早期亦曾用过蒸气焊接(Vapor

Soldering),系利用高沸点有机溶剂之蒸气提供热源,由于系处于此 种无空气之环境中, 不会氧化之下既无需助焊剂之保护也无需事后之 清洗,是一种很清洁的制程。缺点是高沸点(B.P.)溶剂(如3M的 FC-5312,沸点215℃)之成本很贵,且因含有氟素,故长期使用中免 不了会裂解产生部份的氢氟酸(HF)之强酸毒物,加以经常出板面
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小零件之“竖碑”Tombstoning)不良缺点,故此法目前已自量产中 淘汰。 > 还有一种特别方法是利用雷射光的热能(CO2或YAG),

在非焊枪式的接触下,可对各单独焊点进行逐一熔焊。此法具快热快 冷的好处,而且对极微小纤细的精密焊点相当有利。对于一般大量化 之电子商品则显得非常不切实际了。 其它尚有类似手工焊枪式做法的 “热把”(Heat Bar)烙焊,系利用高电阻发热的一种局部焊接法, 可 用之于修理重工,却不利于自动化量产。 > 6.3.2红外线与热风 > > > > > 常见红外线可按其波长概分为: (1)波长为0.72~1.5骻接近可见光的 “近红外线” (Near IR) 。 (2)波长1.5~5.6骻的“中红外线”(Middle IR)。 (3)以及热能较低波长为5.6~100骻的 “远红外线” (Far IR) 。 红外线焊接的优点有: 发热效率高、 设备维修成本低、 “竖

碑”之缺点较蒸气 焊接减少、并可另搭配高温热气体共同操作。缺 点为:几无上限温度,会常造成烧伤,甚至导致待焊件过热的变色变 质,且也只能焊SMD无法焊PTH之插装组件脚。 > IR的热源有日光灯式长管状的T3钨丝灯管, 属Near IR直晒

热量很大,但也容易出现遮光而热量不足的情形。其次是镍铬丝 (Nichrome)的灯管,属Near或Middle之IR类。第三种是将电阻发热 体埋在硅质可传热的平板体积中,属Middle/Far之 IR形式。此全面性 热量,除了正面可将热量凌空传向待焊件外,其背面亦可发出并针对
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工作物反射热能,故又称为“二次发射”(Seconding Emitter)。使 各种受热表面的热量更为均匀。 > 由于红外线在高低不同的零件中会产生遮光及色差之不良

效应,故还可吹入热风以调和色差及辅助其死角处之不足处,并可进 行PTH之插焊;因而使得早先之单纯IR者几乎为之除役。所吹之热风 中又以热氮气最为理想,其优点如下: > (1)大幅减少氧化反应,故助焊剂已可减量使用,并亦减少

清洗及降低锡球。 > (2)无氧环境中助焊剂被点燃机率减少,故可提高焊温(如

300℃)加快输送速度。 > (3)树脂表面变色机率减少。

> 6.3.3自动输送流程: > 联机熔焊之整体温度变化曲线 (Profile) 有预热 ; (吸热) ,

熔焊及冷却等三大阶层。每阶层中又有数个区段(Zones),区段较 少者(3-4段)输送速度较慢(26cm/min),区段较多者(7段以上) 则速度加快(接近50cm/min)温控也较准确。一般批量者以6段较合 适。全线行经的时间以4~7分钟之间为宜。 > 预热可使板面温度达150℃,而助焊剂在120℃中90-150秒

内即可发挥活性去除锈渍, 并能防止其再次生锈。 板材的Tg温度愈高 愈好, 因超过Tg以上的塑料材料, 不但会呈现软化之塑性而大大伤害 到尺度安定性,且各方向(X.Y.Z)的膨胀加剧下PTH也容易断孔。 每种不同料号板面,均有其最佳的输送速度,但一般性熔焊区之停留
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时间可规定在30~60秒之间,焊温以220℃为宜。量产前应分别订定出 实用标准作业程序(SOP)。

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