02 电路板组装之焊接 - biingchern.doc

電路板組裝之焊接1.前言 電子工業必須用到的銲錫焊接（Soldering）可簡稱為“焊接”，其操作溫度不超過400（銲點強度也稍嫌不足）者，中國國家標準（CNS）稱為之“軟焊”，以有別於溫度較高的“硬焊”（Brazing，如含銀銅的銲料）。至於溫度更高(800以上)機械用途之Welding，則稱為熔接。由於部份零件與電路板之有機底材不耐高溫，故多年來電子組裝工業一向選擇此種銲錫焊接為標準作業程序。由於焊接製程所呈現的焊錫性（Solderability）與銲點強度（Joint Strength）均將影響到整體組裝品的品質與可靠度，是業者們在焊接方面所長期追求與面對的最重要事項。2.焊接之一般原則 本文將介紹波焊（Wave Soldering）、熔焊（Reflow Soldering）及手焊（Hand Soldering）三種製程及應注意之重點，其等共同適用之原則可先行歸納如下： 2.1空板烘烤除濕(Baking) 為了避免電路板吸水而造成高溫焊接時的爆板、濺錫、吹孔、銲點空洞等困擾起見，已長期儲存的板子（最好為20℃，RH30%）應先行烘烤，以除去可能吸入的水份。其作業溫度與時間之匹配如下：（若劣化程度較輕者，其時間尚可減半）。 溫度（℃） 時間（hrs.） 120℃ 3.5~7小時 100℃ 8~16小時 80℃ 18~48小時 烘後冷卻的板子要儘快在2~3天內焊完，以避免再度吸水續增困擾。 2.2預熱（Preheating） 當電路板及待焊之諸多零件，在進入高溫區（220℃以上）與熔融銲錫遭遇之前，整體組裝板必須先行預熱，其功用如下： (1)可趕走助焊劑中的揮發性的成份，減少後續輸送式快速量產焊接中的濺錫，或PTH孔中填錫的空洞，或錫膏填充點中的氣洞等。 (2)提升板體與零件的溫度，減少瞬間進入高溫所造成熱應力（Thermal Stress）的各種危害，並可改善液態融錫進孔的能力。 (3)增加助焊劑的活性與能力，使更易於清除待焊表面的氧化物與污物，增加其焊錫性，此點對於“背風區”等死角處尤其重要。　 2.3助焊劑（Flux） 清潔的金屬表面其所具有的自由能（Free Energy），必定大於氧化與髒污的表面。自由能較大的待焊表面其焊錫性也自然會好。助焊劑的主要功能即在對金屬表面進行清潔，是一種化學反應。現將其重點整理如下： (1)化學性：可將待焊金屬表面進行化學清潔，並再以其強烈的還原性保護（即覆蓋）已完成清潔的表面，使在高溫空氣環境的短時間內不再生鏽，此種能耐稱之為助焊劑活性（Flux Activity）。 (2)傳熱性：助焊劑還可協助熱量的傳遞與分佈，使不同區域的熱量能更均勻的分佈。 (3)物理性：可將氧化物或其他反應後無用的殘渣，排開到待焊區以外的空間去，以增強其待焊區之焊錫性。 (4)腐蝕性：能夠清除氧化物的化學活性，當然也會對金屬產生腐蝕的效果，就焊後產品的長期可靠度而言，不免會造成某種程度上的危害。故一般配方都刻意使其在高溫中才展現活性，而處於一般常溫環境中則儘量維持其安定的隋性。不過當濕度增加時，則還是難保不出問題。故電子工業一向都採用較溫和活性之Flux為主旨，尤其在放棄溶劑清潔製程後（水洗反而更會造成死角處的腐蝕），業界早己傾向No Clean既簡化製程又節省成本之“免洗”製程了。此時與組裝板永遠共處之助焊劑，當然在活性上還要更進一步減弱才不致帶來後患。 3.手焊(Head Soldering) ??? ????????? 當大批量自動機焊後，發現局部少數不良銲點時，或對高溫敏感的元件等，仍將動用到老式的手焊工藝加以補救。廣義的手焊除了錫焊外，尚另有銀焊與熔接等。早期美國海軍對此種手工作業非常講究，曾訂有許多標準作業程序（SOP）以及考試、認證、發照等嚴謹制度。其對實做手藝的尊重，絲毫不亞於對理論學術的崇尚。 3.1焊槍（Soldering Gun）手焊 此為最基本的焊接方式，其首要工具之焊槍亦俗稱為烙鐵。其中的發熱體與烙鐵頭（tip）可針對焊錫絲（Soldering Wire）與待加工件（Workpiece）提供足夠的熱量，使其得以進行高溫的焊接動作。由於加熱過程中焊槍之變壓器也會附帶產生節外生枝的電磁波，故焊槍還須具備良好的隔絕（Isolation）功能，以避免對PCB板面敏感的IC元件造成“電性壓力”（Electric Overstress; EOS）或“靜電釋放”（Electrostatic Discharge; ESD）等傷害。 焊槍選擇應注意的項目頗多，如烙鐵頭形狀須適合加工的類型，溫度控制（±5℃）的靈敏度、熱量傳導的快速性、待工溫度（Idle Temp.）中作業前回復溫度（Recovery Temp.）之夠快夠高夠穩，操作的方便性、維修的容易度等均為參考事項。 3.2銲錫絲（Sol