无铅波峰焊工艺与设备的技术特点探讨.docVIP

无铅波峰焊工艺与设备的技术特点探讨 胡强，李忠锁，张帮国 （日东电子无铅焊接研发中心，广东 深圳 518103） 赵智力 （哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001） 摘要：介绍了无铅波峰焊工艺的特点，并从波峰焊接工艺流程分别介绍了无铅波峰焊设备的各个子系统。从无铅焊料的润湿性、易氧化性、金属间化合物的形成特点等方面分析了无铅焊接相对于Sn-Pb焊接的工艺特点，提出了无铅焊接过程中应注意的问题及解决的方法。 从无铅焊接工艺特点分析，整个波峰焊接过程是一个统一的系统，任何一个参数的改变都可能影响焊接接头的性能。通过分析需要对波峰焊接过程中的参数进行优化组合，得到优良的焊接接头。 关键词：无铅波峰焊；喷雾；预热；冷却；轨道传输；N2保护 铅是一种具有毒性的金属元素，长期与含铅物质接触将对人体健康造成危害。随着人类环保意识的日益增强，大范围内禁止使用含铅物质的呼声越来越高，其中一个主要的方向就是推进电子行业中的无铅化。 2003年2月13日，欧盟正式公布了WEEE和RoHS指令，并于2006年7月1日起，全面禁止铅在电子产品中的使用。这两相指令的公布，极大的推动了电子产品中的无铅化进程。 随着电子产品无铅化的推进，无铅焊料、无铅助焊剂、无铅焊接设备的研究都取得了很大的成功，另外PCB和电子元器件的无铅化也得到了很大的发展。对于无铅焊接设备，主要是无铅波峰焊和无铅回流焊，下面就无铅波峰焊设备及其工艺方面的技术特点作一个简要的概叙。 综观整个波峰焊工艺过程，包括助焊剂涂敷系统、预热系统、波峰焊接系统、冷却系统和轨道传输系统。每一个系统对整个焊接工艺来说都是非常重要的，直接影响到PCB焊接接头的质量。在传送带上的印制电路板组件按照规定的路线通过这些工艺系统。通常情况下，在波峰焊接设备的左侧进入，右侧输出。对于无铅波峰焊来说，另外一个主要的系统就是氮气保护系统。 助焊剂涂敷系统 随着电子设备的小型化、轻型化，特别是高密度组装技术的发展，对PCB焊接质量的要求越来越高，而助焊剂是保证焊接质量的一个重要因素。传统的助焊剂焊后固体残余物较多，需要清洗，而清洗工艺一直采用CFC氟氯烃产品及1，1，1-三氯乙烷等作为PCB焊后的清洗剂，以消除PCB表面残留的导电物质或其它污染物，保证产品可靠使用，但是CFC等清洗剂中含有ODS（臭氧耗竭物质），破坏生态环境，严重威胁人类的安全[1-4]。 免清洗助焊剂是随着电子工业发展及环境保护的需要而产生的一种新型助焊剂。它解决了不使用CFC类清洗剂减少环境污染方面和解决因细间隙、高密度元器件组装带来的清洗困难方面具有重要的意义。 对于无铅波峰焊来说，免清洗助焊剂的使用已经成为一种必然的趋势，但是由于免清洗助焊剂的固体含量一般都比较低，一般在2%左右。这就对助焊剂涂敷系统提出了更高的要求。 目前，无铅波峰焊助焊剂采用的涂敷方法主要有二种：发泡和喷雾。发泡法是借助一个浸在助焊剂液体中的鼓风机，喷出低压清洁的空气发泡，并沿着烟囱型的喷管吹向表面，通过喷嘴，使焊接面接融泡沫，涂上一层均匀的助焊剂。其优点是:和连续焊接工艺相容，发泡要求精度不高，适用于混合组装基板。但其缺点是蒸发损失相当大，因为溶液沸点高，预热时间长，且不是所有助焊剂都有好的发泡性能。另外就是涂覆不均匀，印制板上有残余物，不能控制助焊剂涂敷量，需要时常监视助焊剂的变化及经常更换助焊剂，助焊剂消耗量大。发泡的方法对于固体含量高于5%的助焊剂来说，效果是比较好的。然而，对于无铅焊接的免清洗助焊剂和无残渣助焊剂，其固体含量一般都低于5%，多数免清洗助焊剂的固体含量为2%，而固体含量低的助焊剂发泡不充分，不适合发泡应用。这就需要另一种助焊剂涂敷方式，即喷雾法。 喷雾法是免清洗焊接工艺中一种颇受欢迎的方法。它可以精确地控制助焊剂沉积量。助焊剂喷雾系统可设计成单通路系统，由单通路系统中的非再循环的封闭容器供给焊剂。为此就不需要监控焊剂的固体含量。 助焊剂喷雾系统是利用喷雾装置，将焊剂雾化后喷到PCB上，预热后进行波峰焊。喷雾涂敷工艺由于具有涂敷均匀、用量少、不需进行任何滴定或比重的监控，不需定期排放旧助焊剂，可控制板上的助焊剂沉积量及封闭式系统，消除了助焊剂污迹问题等优点，被众多的用户认可。用喷雾方式进行免清洗焊剂的涂敷已成为今后的发展方向。影响助焊剂量的参数有四个：基板传送速度，空气压力，喷嘴摆速和助焊剂浓度。通过这些参数的控制可使喷射的层厚控制在1-10微米之间。助焊剂喷雾方式的优点是可以用于大多数液态助焊剂，涂层厚度可以控制，预热时间短。 对于无铅波峰焊来说，由于无铅焊料的润湿性比SnPb焊料要差，为了保证良好的焊接质量，对助焊剂的选择和涂敷的要求更高。一般无铅波峰焊采用免清洗助焊剂，这种助焊剂一般具有较低的活性，而且残留物活性在很大程度上依赖于过程操作，这