PCBA助焊剂性质与回焊炉、波峰焊、手工焊焊接关系

geronimo123

前言

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主要从热的传导、助焊焊蒸发及其现象与饱和水蒸汽及结露讲讲助焊剂与焊锡焊接存在的相关性！了解焊锡焊接的关键，进而解决组装过程的焊接问题！

一、热的传导

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1、基本性质

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热的传达有直接从热源传至对方的方式，也有藉由对流传达的方式。一般而言接触的传达方式会来得较快。金属通常是热的良导体，相对而言，如固体有机无机物及气体则是热的不良导体。同样是有机物质，固体较液体易传达。同样在100度时，液体较气体传达的速度较快。

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2、与焊锡焊接之关系

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一般焊接时都会采用助焊剂。回焊炉中的热源是热空气；在喷锡时则是熔融的焊锡，手焊接时则电烙铁。不管是什么方法，焊接热源与被焊金属之间一定会有助焊剂的存在。从焊接性的好坏来看，助焊剂的热传导系数的好坏大小是其中的原因之一。即使是助焊剂本身的热传导效果好，但如果零件或焊垫的表面有污染物或腐蚀物质存在时，亦会造成同一零件上，存在着热传导率好与坏的部分；即使炉内控制在同样的温度中，同样温度在同一零件上到达的时间会不一样。于是，焊锡先融的部分，因润湿及膨胀所产生的以及融溶焊锡粘性变小等原因，会造成chip边产生锡珠，位置偏移立碑等各种不良情况发生。

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焊锡焊接的3种主要方式之特征如下，在热的传达之下，其使用之概念如下：

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1）液体助焊剂：热源越大越好，但存在其中的IPA的蒸汽及氯化吸热会有负面影响。

2）锡膏：助焊剂为液态，较少温度剧烈上升的现象

3）锡丝：助焊剂为固体，热传导率小，需要提高热源的温度。

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3、SMT制程中的热传导

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锡膏应用在SMT的制程上的量最多。而其相关因子如图6所示。现场作业如果可以多注意这些因子及实际焊接完了的状况予以检查的话，便可在不良品发生时，正确地判断原因及做即时的对应。例如经验上可以观察焊接后爬锡表面，可以了解吸热的多寡，由此在加热时的温度曲线设定上有相当的助益。

残渣变黄的情况可从组装基板面来调查，便可观察到在焊垫上受的污染为其原因，由此对症下药处理问题。

4、锡丝的热传导

从助焊剂残渣的状况来看，较易判断热的传达情形。一般而言，锡丝的助焊剂的主成分为松香，如果了解检香因温度变化所产生的状况变化时，焊接的条件可以此加以活用

室温	脆性固体
60~85度	软化
100度	液化
300度	因高温造成激烈地松脂分解成微粒子而在肉眼所看到的白烟其实在微镜下就是松脂的微粒子

在自动点焊时，由助焊剂的扩散情形可判断烙铁的温度适合与否。下图为在以点焊方式焊接连接器时的示意图，虚线所框起来的部分为爬锡部分发生空孔，在此可观察到助焊剂的扩散性不良。这是焊垫的宽度太大，热从蓝色箭头方面散失，造成该处温度下降，助焊剂无法流入贯穿孔，形成焊接不良。解决此问题是将烙铁在此暂时停住，供给焊锡之手，再移往下一个孔环焊垫区。在此情况下烙铁移动停止时间是以该处助焊剂完全扩散至该区焊垫面的情形与其他区域相同为准。
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如上述的作法而仍未改善的话，贯穿空孔内的异物，洗净不足所造成的内壁污染亦是可能的原因。这时就必需检查未使用之基板。烙铁的前端因较小，在加热时必须加到更高温度，因此造成助焊剂的炭化，助焊剂无法进入贯穿孔。另外锡丝的线径如果太粗，烙铁热将从锡丝上散失并造成孔环的温度无法上升，这个时候将锡丝换成较细的线径是可改善此问题的。烙铁先端的温度可以用助焊剂的飞散情形来判断。
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5、波焊焊接的热传导现象

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焊接后的助焊剂的状态是和焊接不良与否，是息息相关的，主要的不良有短路（桥接）、不沾锡、空洞、沾锡不足等。波焊焊接时，一般使用的IPA沸点为83度，而必须在245度的焊接温度点蒸发完了，才不易发生不良。更重要的是如果十分了解锡槽的变化情况的话将对上述的问题解决有所帮助。观察焊接后的主机板时，以荧光强光在基板上以不同的角度来观察是必用之技巧。经验好的人，可以从基板上的助焊剂残渣的模样色调来判断温度及热传导效果。

助焊剂在基板上也会形成如沙滩上所留下的波形，如下图的箭头所示。可能是熔融焊锡流动的方向或者是助焊剂或基板所发生的气体所导致。

爬锡表面的助焊剂，放大100倍来观察时，可见如下图所示的可见粒子状的物质。与大粒子不同，失去效用的助焊剂微小粒子呈现表紫色。在放大500倍时所看到的微小粒子其流动性更不良，于是基板从焊锡槽或拿组装上拿出时由于超微粒子无法将爬锡区域完全覆盖，使得焊锡吸收空气中的氧气形成氧化膜而造成短路。在组装现场上，观察组装基板全体时，吸热过多的部分将形成短路，应将设计改变成板面图形较宽，其局部的散热效果变好，可避免过热。

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二、助焊剂蒸发及其相关现象

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1、气化热

物质从液体变在气体称为蒸发或气化，此时发生气化的物质将会吸收热量而将周围的空气冷却。涂酒精于热传导良好的铜片表面时，酒精蒸发时会使得空气的水分在铜片上结露。IPA的沸点83度时的蒸发热为160cal/g，如果在身体的感觉来说，相当具有将热带走的效果，在医院打针后，以含有IPA的脱脂绵擦揉时，谁都会感到凉的感觉。

2、与焊锡焊接的关系

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一般而言助焊剂最常使用IPA为溶剂，但溶剂蒸发时一定会将热夺走，是造成了供热不足的原因之一。焊锡焊接后也是，如果助焊剂的残渣中残留了IPA就会变成吸湿的原因。水气进入残渣与残留之活性剂结合，会造成许多物质产生离子化、电子迁移、绝缘不良及腐蚀等事故。

问题发生时的气体确认：在组装前调查确认焊锡焊接时所从零件上产生的气体是必要的。一般将零件置入在高温液体中观察即可查出。将欲调查的零件、基板投入加温至180度以上的高沸点的液体中，即可观察到含用挥发性的物质会连续产生气泡，藉此可以判断零件的好坏。高沸点的液体可使用炸鸡的油来代替但要考虑火候的大小。

在波焊时，对于非得使用易产生很多气泡的零件的情况时，若在与基板焊接处的附近，设计有利气体排出的孔洞即可利用此设计步聚解决不沾锡的问题。

3、与焊锡焊接的关系

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1）波焊焊接的例子

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如上图所示的方法若将零件投入高沸点液体中，即可确认有发生气泡的零件。在设计回路前若能预先确认以实验某些零件的气化问题的话，就能在基板设计时事先设计排气孔来防止Open的问题发生。如下图所示

产生这样的零件是在零件制造过程中，残留的电镀液在切断接脚时的油脂侵入与接脚间的间隙所产生的污染。而这些污染物就是气体产生的原因。

3、与焊锡焊接的关系

1）波焊焊接的例子

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如上图所示的方法若将零件投入高沸点液体中，即可确认有发生气泡的零件。在设计回路前若能预先确认以实验某些零件的气化问题的话，就能在基板设计时事先设计排气孔来防止Open的问题发生。如下图所示

产生这样的零件是在零件制造过程中，残留的电镀液在切断接脚时的油脂侵入与接脚间的间隙所产生的污染。而这些污染物就是气体产生的原因。

3）锡膏的例子

在锡膏中如果加入了含有挥发性高的助焊剂的话，就会产生如下图1、2所示的气体发生、锡珠、位置偏移、零件浮起种种不良问题。并且在基板表面有污染时会加速发生这些状况。

三、饱和水蒸汽及结露

先将水预先装在密闭的容器中，以该状态的温度使水蒸发，不久水蒸汽就会饱和，称为在该温度下的饱和蒸汽压。温度越高饱和蒸汽压也就越高。饱和蒸汽压在密闭的空间里，一旦密闭空间温度下降时，实际的水蒸汽会减少，水蒸汽的部分变回水，以保持温度时饱和蒸汽在变回水的过程便叫结露。就算是没有达到饱和蒸汽压的状态，一但外界的温度下降时，也会发生结露，例如在玻璃杯内侧凝结（结露）的状况。温度与饱和蒸汽量的关系不表示如下

与焊锡焊接的关系：

假设组装现场的室内空间为50mX40mX6m的大小，且通常控制温度在23度，相对湿度55%，在体积为12000立方米的室内空间其温度为23度的条件下，因为饱和蒸汽的量为20.563g,所以空气中会有135715g的水在此室内会以气态存在。如果将此室内完全密闭并使室温达到0度的话即约有77.6kg的水会凝结，这是告诉我们一但结露发生时，其所产生的水会在任何地方附着。一般冰箱内保藏锡膏，一但自冰箱取出后需要过一段时间才能开封，是为了避免结露的问题发生。

例如同样的道理，在信赖性测试时，在温度85度，湿度85%的环境约有295g/立方米的水存在，一般组装后的产品不会放在相对湿度85度下的环境。在市场上发生的绝缘不良问题的再现时以实验选择在温度85度，湿度85%的条件下进行时是无法完全反映实际情形的，其理由如下图所示，其发生绝缘不良的位置会与市场上发生的不同。

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nevadaooo

练习了这么久焊接，我感觉我还是只能拆，不会焊，0201的器件，都不知道别人怎么焊上去的，好奇问了下，说凭感觉，哈哈