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一般焊接原理與實(shí)用性
1.前言
電子工業(yè)必須用到的焊錫焊接（Soldering）可簡(jiǎn)稱為“焊接”，其操作溫度不超過400℃（焊點(diǎn)強(qiáng)度也稍嫌不足）者，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（CNS）稱為之“軟焊”，以有別于溫度較高的“硬焊”（Brazing，如含銀銅的焊料）。至于溫度更高(800℃以上)機(jī)械用途之Welding，則稱為熔接。由于部份零件與電路板之有機(jī)底材不耐高溫，故多年來(lái)電子組裝工業(yè)一向選擇此種焊錫焊接為標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序。由于焊接制程所呈現(xiàn)的焊錫性（Solderability）與焊點(diǎn)強(qiáng)度（Joint Strength）均將影響到整體組裝品的品質(zhì)與可靠度，是業(yè)者們?cè)诤附臃矫嫠L(zhǎng)期追求與面對(duì)的最重要事項(xiàng)。
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）三種制程及應(yīng)注意之重點(diǎn)，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(shí)的爆板、濺錫、吹孔、焊點(diǎn)空洞等困擾起見，已長(zhǎng)期儲(chǔ)存的板子（最好為20℃，RH30%）應(yīng)先行烘烤，以除去可能吸入的水份。其作業(yè)溫度與時(shí)間之匹配如下：（若劣化程度較輕者，其時(shí)間尚可減半）。
溫度（℃）時(shí)間（hrs.） 120℃ 3.5~7小時(shí) 100℃ 8~16小時(shí) 80℃ 18~48小時(shí) 烘后冷卻的板子要盡快在2~3天內(nèi)焊完，以避免再度吸水續(xù)增困擾。
2.2預(yù)熱（Preheating） 當(dāng)電路板及待焊之諸多零件，在進(jìn)入高溫區(qū)（220℃以上）與熔融焊錫遭遇之前，整體組裝板必須先行預(yù)熱，其功用如下：
(1)可趕走助焊劑中的揮發(fā)性的成份，減少后續(xù)輸送式快速量產(chǎn)焊接中的濺錫，或PTH孔中填錫的空洞，或錫膏填充點(diǎn)中的氣洞等。 > (2)提升板體與零件的溫度，減少瞬間進(jìn)入高溫所造成熱應(yīng)力（Thermal Stress）的各種危害，并可改善液態(tài)融錫進(jìn)孔的能力。 > > (3)增加助焊劑的活性與能力，使更易于清除待焊表面的氧化物與污物，增加其焊錫性，此點(diǎn)對(duì)于“背風(fēng)區(qū)”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），必定大于氧化與臟污的表面。自由能較大的待焊表面其焊錫性也自然會(huì)好。助焊劑的主要功能即在對(duì)金屬表面進(jìn)行清潔，是一種化學(xué)反應(yīng)。現(xiàn)將其重點(diǎn)整理如下： > > (1)化學(xué)性：可將待焊金屬表面進(jìn)行化學(xué)清潔，并再以其強(qiáng)烈的還原性保護(hù)(即覆蓋）已完成清潔的表面，使在高溫空氣環(huán)境的短時(shí)間內(nèi)不再生銹，此種能耐稱之為助焊劑活性（Flux Activity）。 > > (2)傳熱性：助焊劑還可協(xié)助熱量的傳遞與分布，使不同區(qū)域的熱量能更均勻的分布。 > > (3)物理性：可將氧化物或其它反應(yīng)后無(wú)用的殘?jiān)砰_到待焊區(qū)以外的空間去，以增強(qiáng)其待焊區(qū)之焊錫性。 > > (4)腐蝕性：能夠清除氧化物的化學(xué)活性，當(dāng)然也會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕的效果， 就焊后產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠度而言，不免會(huì)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(xiàn)活性，而處于一般常溫環(huán)境中則盡量維持其安定的隋性。不過當(dāng)濕度增加時(shí)，則還是難保不出問題。故電子工業(yè)一向都采用較溫和活性之Flux為主旨，尤其在放棄溶劑清潔制程后（水洗反而更會(huì)造成死角處的腐蝕），業(yè)界早己傾向No Clean既簡(jiǎn)化制程又節(jié)省成本之“免洗”制程了。此時(shí)與組裝板永遠(yuǎn)共處之助焊劑，當(dāng)然在活性上還要更進(jìn)一步減弱才不致帶來(lái)后患。 > > 3.手焊(Head Soldering) > > 當(dāng)大批量自動(dòng)機(jī)焊后，發(fā)現(xiàn)局部少數(shù)不良焊點(diǎn)時(shí)，或?qū)Ω邷孛舾械慕M件等，仍將動(dòng)用到老式的手焊工藝加以補(bǔ)救。廣義的手焊除了錫焊外，尚另有銀焊與熔接等。 > 早期美國(guó)海軍對(duì)此種手工作業(yè)非常講究，曾訂有許多標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（SOP）以及考試、認(rèn)證、發(fā)照等嚴(yán)謹(jǐn)制度。其對(duì)實(shí)做手藝的尊重，絲毫不亞于對(duì)理論學(xué)術(shù)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(fā)熱體與烙鐵頭（tip）可針對(duì)焊錫絲（Soldering Wire）與待加工件（Workpiece）提供足夠的熱量，使其得以進(jìn)行高溫的焊接動(dòng)作。由于加熱過程中焊槍之變壓器也會(huì)附帶產(chǎn)生節(jié)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(duì)PCB板面敏感的IC組件造成“電性壓力”（Electric Overstress; EOS）或“靜電釋放”Electrostatic Discharge; ESD）等傷害。 > > 焊槍選擇應(yīng)注意的項(xiàng)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(dǎo)的快速性、待工溫度（Idle Temp.）中作業(yè)前回復(fù)溫度(Recovery Temp.）之夠快夠高夠穩(wěn)，操作的方便性、維修的容易度等均為參考事項(xiàng)。 > > 3.2焊錫絲（Solder Wire） > > 系將各種錫鉛重量比率所組成的合金，再另外加入夾心在內(nèi)的固體助焊劑焊芯，而抽拉制成的金屬條絲狀焊料，可用以焊連與填充而成為具有機(jī)械強(qiáng)度的焊點(diǎn)Solder Joint）者稱之。其中的助焊劑要注意是否具有腐蝕性，焊后殘?jiān)慕^緣電阻（Insulation Resistance，一般人隨口而出的“絕緣阻抗”是不正確的說(shuō)法）是否夠高，以免造成后續(xù)組裝板電性絕緣不良的問題。甚至將來(lái)還會(huì)要求“免洗”（No Clean）之助焊劑，其評(píng)估方法可采IPC-TM-650中2.6.3節(jié)的“濕氣與絕緣電阻”進(jìn)行取舍。有時(shí)發(fā)現(xiàn)焊絲中助焊劑的效力不足時(shí)，也可另行外加液態(tài)助焊劑以助其作用，但要小心注意此等液態(tài)助焊劑的后續(xù)離子污染性。 > > 3.3焊槍手焊過程及要點(diǎn) > > (1)以清潔無(wú)銹的鉻鐵頭與焊絲，同時(shí)接觸到待焊位置，使熔錫能迅速出現(xiàn)附著與填充作用，之后需將烙鐵頭多余的錫珠錫碎等，采用水濕的海棉予以清除。 > > (2)熔入適量的錫絲焊料并使均勻分散，且不宜太多。其中之助焊劑可供提清潔與傳熱的雙重作用。 > > (3)烙鐵頭須連續(xù)接觸焊位，以提供足夠的熱量，直到焊錫已均勻散布為止。 > > (4)完工后，移走焊槍時(shí)要小心，避免不當(dāng)動(dòng)作造成固化前焊點(diǎn)的擾動(dòng)，進(jìn)而對(duì)焊點(diǎn)之強(qiáng)度產(chǎn)生損傷。 > > (5)當(dāng)待加工的PCB為單面零件組裝，而其待焊點(diǎn)面積既大且多者，可先將其無(wú)零件之另一面板貼在某種熱盤上進(jìn)行預(yù)熱；如此將可加快作業(yè)速與減少局部板面的過熱傷害，此種預(yù)熱也可采用特殊的小型熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行。 > > (6)烙鐵頭（tip）為傳熱及運(yùn)補(bǔ)錫料的工具，對(duì)于待加工區(qū)域應(yīng)具備最大的接觸面積，以減少傳熱的時(shí)間耗損。又為強(qiáng)化輸送焊錫原料的效率，與表面必須維持良好的焊錫性，以及不可造成各種殘?jiān)亩逊e起見，一旦烙鐵頭出現(xiàn)氧化或過度污染時(shí)則須加以更換。 > > (7)小零件或細(xì)腿處的手焊作業(yè)，為了避免過熱的傷害起見，可另外加設(shè)臨時(shí)性散熱配件，如金屬之鱷魚夾等。 > > 4.浸焊(Immersion Soldering) > > 此為最早出現(xiàn)的簡(jiǎn)單做法，系針對(duì)焊點(diǎn)較簡(jiǎn)單的大批量焊接法（Mass Soldering），目前一些小工廠或?qū)嶒?yàn)做法仍在使用。系將安插完畢的板子，水平裝在框架中直接接觸熔融錫面，而達(dá)到全面同時(shí)焊妥的做法。其助焊劑涂布、預(yù)熱、浸焊與清潔等連續(xù)流程，可采手動(dòng)或自動(dòng)輸送化，則端視情況而定，但多半是針對(duì)PTH插孔焊接而實(shí)施浸焊。SMD之貼裝零件則應(yīng)先行點(diǎn)膠固定才可實(shí)施，錫膏定位者則有脫落的麻煩。 > > 5.波焊(Wave Soldering) > > 系利用已熔融之液錫在馬達(dá)幫浦驅(qū)動(dòng)之下，向上揚(yáng)起的單波或雙波，對(duì)斜向上升輸送而來(lái)的板子，從下向上壓迫使液錫進(jìn)孔，或?qū)c(diǎn)膠定位SMD組件的空腳處，進(jìn)行填錫形成焊點(diǎn)，稱為波焊，大陸術(shù)語(yǔ)稱為“波峰焊”。此種“量焊”做法已行之有年，即使目前之插裝與貼裝混合的板子仍然可用。現(xiàn)將其重點(diǎn)整理如下： > > 5.1助焊劑 > > 波焊聯(lián)機(jī)中其液態(tài)助焊劑在板面涂布之施工，約有泡沬型、波浸型與噴灑型等三種方式，即： > > 5.1.1泡沬型Flux： > > 系將“低壓空氣壓縮機(jī)”所吹出的空氣，經(jīng)過一種多孔性的天然石塊或塑料制品與特殊濾心等（孔徑約50~60骻），使形成眾多細(xì)碎的氣泡，再吹入助焊劑儲(chǔ)池中，即可向上揚(yáng)涌出許多助焊劑泡沬。當(dāng)組裝板通過上方裂口時(shí)，于是板子底面即能得到均勻的薄層涂布。并在其離開前還須將多余的液滴，再以冷空氣約50~60℃之斜向予以強(qiáng)力吹掉，以防對(duì)后續(xù)的預(yù)熱與焊接帶來(lái)煩惱。并可迫使助焊劑向上涌出各PTH的孔頂與孔環(huán)，完成清潔動(dòng)作。至于助焊劑本身則應(yīng)經(jīng)常檢測(cè)其比重，并以自動(dòng)添加方式補(bǔ)充溶劑中揮發(fā)成份的變化。 > > 5.1.2噴灑型Spray Fluxing： > > 常用于免洗低固形物（Low Solid；固含量約1~3%）之助焊劑，對(duì)早先松香 (Rosin)型固形物較高的助焊劑則并不適宜。由于較常出現(xiàn)堵塞情形，其協(xié)助噴出之氣體宜采氮?dú)猓瓤煞阑鹩帜軠p低助焊劑遭到氧化的煩惱。其噴射的原理也有數(shù)種不同的做法，如采不銹鋼之網(wǎng)狀滾筒（Rotating Drum）自液中帶起液膜，再自筒內(nèi)向上吹出氮?dú)舛伸F狀，續(xù)以氮?dú)庀蛏洗党龅确绞竭M(jìn)行涂布。 > > 5.1.3波峰型Wave Flux： > > 直接用幫浦及噴口向上揚(yáng)起液體，于狹縫控制下，可得到一種長(zhǎng)條形的波峰，當(dāng)組裝板底部通過時(shí)即可進(jìn)行涂布。此法可能呈現(xiàn)液量過多的情形，其后續(xù)氣刀Air Knife）的吹刮動(dòng)作則應(yīng)更為徹底才行。此種機(jī)型之價(jià)格較泡沬型稍貴，但卻比噴灑型便宜，其中溶劑的揮發(fā)量也低于泡沬型。 > > 5.2預(yù)熱 > > 一般波焊前的預(yù)熱若令朝上板面升溫到65～121℃之間即可，其升溫速率約2℃／S～40℃／S之間。預(yù)熱不足時(shí)助焊劑之活性發(fā)揮可能未達(dá)極致，則焊錫性很難達(dá)到最佳地步。且在揮發(fā)份尚未趕光之下，其待焊表面的助焊劑粘度仍低時(shí)，將導(dǎo)致焊點(diǎn)的縮錫（Dewetting）與錫尖（Solder Icicles）等缺失。但預(yù)熱溫度太高時(shí)，則又可能會(huì)對(duì)固形物太低的免洗助焊劑不利，此點(diǎn)須與助焊劑供貨商深入了解。 > > 5.3波焊 > > 5.3.1錫溫管理： > > 目前錫池中焊料的合金成份仍以Sn 63/Pb37與Sn 60/Pb40者居多，故其作業(yè)溫度控制以260o5℃為宜。但仍須考量到待焊板與零件之總體重量如何。大型者尚可升溫到280℃，小型板或?qū)崃刻舾械漠a(chǎn)品，則可稍降到230℃，均為權(quán)宜的做法。且還須與輸送速度及預(yù)熱進(jìn)行搭配，較理想的做法是針對(duì)輸送速度加以變換，而對(duì)錫溫則以不變?yōu)橐耍蝈a溫會(huì)影響到融錫的流動(dòng)性（Fluidity），進(jìn)而會(huì)沖擊到焊點(diǎn)的品質(zhì)。且焊溫升高時(shí)，銅的溶入速率也會(huì)跟著增快，非常不利于整體焊接的品質(zhì)管理。 > > 5.3.2波面接觸： > > 自組裝板之底面行進(jìn)接觸到上涌的錫波起，到完全通過脫離融錫涌出面的接觸為止，其相互密貼的時(shí)程須控制在3-6秒之間。此種接焊時(shí)間的長(zhǎng)短，取決于輸送速度（Conveyor Speed）及波形與浸深等三者所組成的“接觸長(zhǎng)度”；時(shí)程太短焊錫性將未完全發(fā)揮，時(shí)程太長(zhǎng)則會(huì)對(duì)板材或敏感零件造成傷害。若該波焊聯(lián)機(jī)是直接安裝在一般空氣中時(shí)，則錫波表面會(huì)不斷形成薄薄的氧化物，由于流動(dòng)的原因與組裝板PWA）不斷浮刮帶走，故整體尚不致累積太多的氧化物。但若將全系統(tǒng)尤其是波焊段采用氮?dú)猸h(huán)境所籠罩時(shí)，則可大大減少氧化反應(yīng)的發(fā)生，當(dāng)然也就使得焊錫性有了顯著的改進(jìn)。 > > 輸送組裝板的傳動(dòng)面須呈現(xiàn)4o~12o的仰角，如此將使得零件本體的后方，被阻擋之“背風(fēng)波”錫流不強(qiáng)處的焊接動(dòng)作大獲改善。一般現(xiàn)行波焊機(jī)均設(shè)有可單獨(dú)控制的雙幫浦與雙波（錫池則單雙波均有），前波呈多股噴泉式強(qiáng)力上涌者稱為“擾流波(Turbulent Wave）”，系逼迫強(qiáng)力錫流穿過多排各種直徑的迂回小孔而形成，可直接沖打到行走中的底板表面，對(duì)通孔插腳或貼裝尾部接腳等焊接非常有利。之后遭遇到的第二波，則為呈拋物線狀的“平滑（流）波（Laminar Wave）”對(duì)朝下板面的接觸時(shí)程較長(zhǎng)，就板面需填錫補(bǔ)錫的引腳有利，且還可消除過多的錫尖。某些商品機(jī)種還可另行加裝熱空氣（或熱氮?dú)猓┑墓五a設(shè)施于第二波之后，也可消除錫尖與焊點(diǎn)的過多錫量。 > > 對(duì)于板面眾多的小型片狀零件（如Chip Resistor或Chip Capacitor）而言，〝擾流波〞附帶的機(jī)械打擊力量，還可迫使錫流包圍零件四周甚至進(jìn)入腹底，使其等所形成的焊點(diǎn)更為完整，任何局部的缺失還可被隨即報(bào)到的〝平流波〞所再補(bǔ)足。且此第二波中亦可加裝額外的振動(dòng)裝置，以增加波流對(duì)板面所施展的機(jī)械壓力。 > > 5.3.3接觸的細(xì)節(jié)： > > 若再仔細(xì)深入探討其瞬間接觸焊接的細(xì)節(jié)時(shí)，還可再分述于后： > > (1)板面與擾流波接觸的初期，助焊劑立即進(jìn)行揮發(fā)與分散的動(dòng)作，連帶使得待焊的金屬表面也開始沾錫（Wetting）。此波中也可再加裝低頻的振蕩裝置，以加強(qiáng)與配合其待焊面接受助焊劑的搓擦動(dòng)作。如此將可對(duì)貼裝零件腳之填錫補(bǔ)錫大有助益，并可減少背風(fēng)坡處的“漏焊”（Skipping）現(xiàn)象。當(dāng)然在雙波的先強(qiáng)勁與后溫柔的不同作用下，整體焊錫性也將會(huì)更好。 > > (2)當(dāng)板面進(jìn)入錫波中心處的“傳熱區(qū)”（Heat Transfer Region）時(shí)，在大量熱能的推動(dòng)下，Wetting瞬間的散錫（Spreading）動(dòng)作也迅速展開。 > > (3)之后是錫波出口的“脫離區(qū)”（Break Away），此時(shí)各種焊點(diǎn)（Solder Joint）已經(jīng)形成，而各種不良缺點(diǎn)也陸續(xù)出現(xiàn)。組裝板若能快速順利的脫離錫波則萬(wàn)事太平。難舍難分的拖錫，當(dāng)然就會(huì)成為不良錫橋（Solder Bridge）或錫尖(Solder icicles）甚至錫球（Solder Ball）的主要原因。其脫離的快慢雖直接取決于輸送速度，但刻意將輸送帶平面上仰4o~12o時(shí)，還可借助重力的協(xié)同而能更干脆而方便的分開。至于該等拖泥帶水造成的板面缺點(diǎn)，當(dāng)然還有機(jī)會(huì)被隨后即到的熱風(fēng)再加修整。此時(shí)卻不能用冷風(fēng)，以免造成組裝品溫度過度起伏的熱震蕩（Thermal Shock）不良效應(yīng)。 > > 5.3.4氮?dú)猸h(huán)境的協(xié)力： > > 在免洗助焊劑的弱勢(shì)活力下（只含Carboxylic Acid羰酸1%而已），還要奢求更好的焊錫性，豈非緣木求魚撖面杖吹火？然而回避溶劑清洗之環(huán)保壓力既不可違，當(dāng)然只好另謀他途尋求解決。于是當(dāng)波焊線之錫池區(qū)，若能改裝成氮?dú)猸h(huán)境以減少氧化的不良反應(yīng)者，自然大大有助于焊接。經(jīng)過眾多前人試驗(yàn)的結(jié)果，氮?dú)猸h(huán)境的錫池區(qū)其殘氧量以100ppm以下的焊錫性最為良好，然而其成本的額外增加自是不在話下。為了節(jié)省開支，一般實(shí)用規(guī)格多半都將殘氧率范圍訂定在500ppm至1000ppm左右。也曾有人將甲酸的氣體引入氮?dú)猸h(huán)境中，或加用在助焊劑中，以其強(qiáng)烈的還原性協(xié)助減少氧化反應(yīng)的發(fā)生。然而此種具毒性的刺激物質(zhì)，其在室內(nèi)的揮發(fā)濃度卻不可超過 5ppm，以免對(duì)人體造成傷害。設(shè)計(jì)良好的“氮?dú)鉅t”其待焊件的進(jìn)出口與充氣裝置等動(dòng)態(tài)部份，都已做好隔絕密封的設(shè)施，自可減少氮?dú)獾臒o(wú)謂消耗，此等氮?dú)鉅t波焊線具有下列效益： > > (1)提升焊接之良率（yield）。 > > (2)減少助焊劑的用量。 > > (3)改善焊點(diǎn)的外觀及焊點(diǎn)形狀。 > > (4)降低助焊劑殘?jiān)母街裕怪^易清除。 > > (5)減少機(jī)組維修的機(jī)率，增加產(chǎn)出效益。 > > (6)大量減少錫池表面浮渣（Dross）的發(fā)生，節(jié)省焊錫用量，降低處理成本。 > > 5.3.5波焊不良錫球的發(fā)生： > > 早先業(yè)界于焊后仍維持清洗的年代，錫球較少發(fā)生于完工板面。主要原因是焊后溶劑沖刷清洗的功勞。如今之“免洗”不但帶來(lái)板面助焊劑殘?jiān)脑黾樱彩沟貌涣煎a球（Solder Ball）附著的機(jī)率變大。免洗所造成板面錫球已帶來(lái)許多為頭痛的問題，而且?guī)缀醵际菬o(wú)解的懸案。無(wú)可奈何之下只好反過頭來(lái)仔細(xì)追究為何會(huì)出現(xiàn)錫球？其中重要原因之一就是板面綠漆本身的硬化（Curing）不足，又經(jīng)助焊劑在高溫中對(duì)其產(chǎn)生交互作用(Interaction)，形成軟泥狀的環(huán)境，致使細(xì)碎的濺錫得以附著。除了加強(qiáng)綠漆硬化與減少錫池濺錫外，板面零件的密集布局也會(huì)增加錫球的機(jī)率。 > > 5.3.6波焊的問題與原因 > > 大批量波焊中免不了會(huì)出現(xiàn)一些問題，然而要仔細(xì)追求原因與找出對(duì)策，確是需要相當(dāng)專業(yè)與長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的專家才能勝任。如何將多年所累積下來(lái)的智能，讓大多數(shù)從業(yè)者在很短時(shí)間內(nèi)靈活應(yīng)用，則可藉助對(duì)照表式列舉其綱要，可從發(fā)生的原因上逐一著手解決，即便生手上路也會(huì)出現(xiàn)“雖不中亦不遠(yuǎn)矣”的成績(jī)。運(yùn)用純熟后按圖索驥手到擒來(lái)，則遠(yuǎn)比閱讀眾多文獻(xiàn)而卻條理不清下更為有效。 下表列之問題與原因的對(duì)照表相當(dāng)務(wù)實(shí)，業(yè)者應(yīng)可加以利用。 ?font size=1 face="Times New Roman"> ※波焊常見問題與原因: >
| | | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 | 沾錫不良或不沾錫 吹孔（Blow Hole）或孔中未填錫 搭橋短路（Bridge） 冷焊點(diǎn)（Cold Soldering Joints） 縮錫（Dewetting） 焊點(diǎn)昏暗不亮（Dull Joint） 板面助焊劑過多 錫量過多（Excess Solder） 錫池表面浮渣過多 拖帶錫量過多 焊點(diǎn)表面砂粒狀（Graing） 錫尖（Icicles） 通孔中流錫填錫不足 焊點(diǎn)之錫量不足 焊墊浮離 焊點(diǎn)缺錫 焊點(diǎn)中有空洞 濺錫（Solder Splatter） 焊后板面出現(xiàn)不良錫球（Solder Ball） 焊點(diǎn)中或錫柱出現(xiàn)空間 錫網(wǎng)（Webbing） 白色殘?jiān)╓hite Residues） | 1,2,3,11,12,13,14,16,19,20,24,25,29,30 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 7,10,11,15,22,24,30 2,3,8,13,14,15,24,27 9,11,13,14,20,22,30 20,30 |
> > > ※原因編號(hào)之內(nèi)容說(shuō)明 : > > 1.焊錫性不好 > 2.板子在夾具上固定不牢或于輸送帶之移動(dòng)不正確 > 3.輸送速度太快 > 4.輸送速度太慢 > 5.輸送帶出現(xiàn)抖動(dòng)情形 > 6.錫池發(fā)現(xiàn)銅污染或金污染 > 7.助焊劑之比重太高 > 8.助焊劑之比重太低 > 9.焊錫中出現(xiàn)浮渣 > 10.錫波之規(guī)律性不良 > 11.助焊劑遭到污染 > 12.助焊劑之活性不足 > 13.助焊劑與板子的互動(dòng)不足 > 14.助焊劑涂布站之操作不均勻 > 15.通孔孔壁出現(xiàn)裂口及破洞，焊接時(shí)造成所填錫柱被板材中蒸氣吹入或吹歪而成吹孔 > 16.焊點(diǎn)熱容量不足 > 17.孔徑對(duì)腳徑之比值過大 > 18.板面對(duì)錫波之浸入深度不正確 > 19.板子夾具不正確 > 20.助焊劑不正確 > 21.板面線路布局不良 > 22基材板有問題（如樹脂硬化不足） > 23.錫波表面發(fā)生氧化 > 24.預(yù)熱不足 > 25.錫池焊料遭到污染 > 26.錫溫太高 > 27.錫溫太低 > 28.焊接時(shí)間太長(zhǎng) > 29.焊接時(shí)間太短 > 30.綠漆不良或硬化不足 > 31.錫波之波形或高度不適應(yīng) > > 6.錫膏溶焊(Reflow Soldering) > > 各種表面粘裝組件在電路板面上的互連引腳，不管是伸腳、勾腳（J-Lead）、> 球腳或是無(wú)腳而僅具焊墊者，均須先在板面承墊上印著錫膏，而對(duì)各“腳”先行暫時(shí)定位粘著，然后才能使之進(jìn)行錫膏融熔之永久焊接。原文之Reflow系指錫膏中已熔制成的焊錫小球狀粒子，又經(jīng)各種熱源而使之再次熔融焊接而成為焊點(diǎn)的過程。一般業(yè)者不負(fù)責(zé)任的直接引用日文名詞“回焊”，其實(shí)并不貼切，也根本未能充份表達(dá)Reflow Soldering的正確含義。而若直譯為“重熔”或“再流”者更是莫名其妙不知所云。 > > 6.1錫膏的選擇與儲(chǔ)存： > > 目前錫膏最新國(guó)際規(guī)范是J-STD-005，錫膏的選擇則應(yīng)著眼于下列三點(diǎn)，目的是在使所印著的膏層都要保有最佳的一致性： > > (1)錫粒（粉或球）的大小、合金成份規(guī)格等，應(yīng)取決于焊墊與引腳的大小，以及焊點(diǎn)體積與焊接溫度等條件。 > > (2)錫膏中助焊劑的活性（Activity）與可清潔性（Cleanability）如何？ > > (3)錫膏之粘度（Viscosity）與金屬重量比之含量如何？ > > 由于錫膏印著之后，還需用以承接零件的放置（Placement）與引腳的定位， 故其正面的粘著性（Tackiness）與負(fù)面的坍塌性（Slump），以及原裝開封后可供實(shí)際工作的時(shí)程壽命（Working Life）也均在考慮之內(nèi)。當(dāng)然與其它化學(xué)品也有著相同觀點(diǎn)，那就是錫膏品質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，絕對(duì)是首先應(yīng)被考慮到的。 > > 其次是錫膏的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存須放置在冰箱中，取出使用時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)到室溫才更理想，如此將可避免空氣中露珠的冷凝而造成印點(diǎn)積水，進(jìn)而可能在高溫焊接中造成濺錫，而且每小瓶開封后的錫膏要盡可能的用完。網(wǎng)版或鋼板上剩余的錫膏也不宜刮回，混儲(chǔ)于原裝容器的余料內(nèi)以待再次使用。 > > 6.2錫膏的布著及預(yù)烤： > > 板面焊墊上錫膏的分配分布及涂著，最常見的量產(chǎn)方法是采用“網(wǎng)印法”（Screen Print），或鏤空之鋼板（Stencil Plate）印刷法兩種。前者網(wǎng)版中的絲網(wǎng)本身只是載具，還需另行貼附上精確圖案的版膜（Stencil），才能將錫膏刮印轉(zhuǎn)移到各處焊墊上。此種網(wǎng)印法其網(wǎng)版之制作較方便且成本不貴，對(duì)少量多樣的產(chǎn)品或打樣品之制程非常經(jīng)濟(jì)。但因不耐久印且精準(zhǔn)度與加工速度不如鋼板印刷，故在大量生產(chǎn)型的臺(tái)灣組裝廠商較少使用前者。 > > 至于鋼板印刷法，則必須采用局部化學(xué)蝕刻法或雷射燒蝕加工法，針對(duì)0.2mm厚的不銹鋼板進(jìn)行雙面精準(zhǔn)之鏤空，而得到所需要的開口出路，使錫膏得以被壓迫漏出而在板面焊墊上進(jìn)行印著。其等側(cè)壁必須平滑，使方便于錫膏穿過并減少其積附。 > 因而除了蝕刻鏤空外，還要進(jìn)行電解拋光（Electropolishing）以去除毛頭。甚至采用電鍍鎳以增加表面之潤(rùn)滑性，以利錫膏的通過。 > > 錫膏的分布涂著除上述兩種主要方法外，常見者尚有注射布著法（Syringe Dispensing）與多點(diǎn)沾移法（Dip Transfer）兩種用于小批量的生產(chǎn)。注射法可用于板面高低不平致使網(wǎng)印法無(wú)法施工者，或當(dāng)錫膏布著點(diǎn)不多且又分布太廣時(shí)即可用之。但因布著點(diǎn)很少故加工成本很貴。錫膏涂布量的多寡與針管內(nèi)徑、氣壓、時(shí)間、粒度、粘度都有關(guān)。至于“多點(diǎn)沾移法”則可用于板面較小等封裝載板（Substrates）之固定數(shù)組者，其沾移量與粘度、點(diǎn)移頭之大小都有關(guān)。 > > 某些已布著的錫膏在放置零件粘著引腳之前，還需要預(yù)烤（70~80℃，5~15分鐘），以趕走膏體中的溶劑，如此方可減少后來(lái)高溫熔焊中濺錫而成的不良錫球(Solder Ball)，以及減少焊點(diǎn)中的空洞（Voiding）；但此種印著后再熱烘，將會(huì)使降低粘度的錫膏在踩腳時(shí)容易發(fā)生坍塌。且一旦過度預(yù)烤者，甚至還會(huì)因粒子表面氧0化而意外帶來(lái)焊錫性不良與事后的錫球。 > > 6.3高溫熔焊(Reflow) > > 6.3.1概說(shuō) > > 是利用紅外線、熱空氣或熱氮?dú)獾龋褂⊥准耙颜持饕_的錫膏，進(jìn)行高溫熔融而成為焊點(diǎn)者，謂之“熔焊”。80年代SMT興起之初，其熱源絕大多數(shù)是得自發(fā)熱效率最好的輻射式（Radiation）紅外線（IR）式機(jī)組。后來(lái)為了改善量產(chǎn)的品質(zhì)才再助以熱空氣，甚至完全放棄紅外線而只用熱空氣之機(jī)組者。近來(lái)為了“免洗”又不得不更進(jìn)一步改采“熱氮?dú)狻眮?lái)加溫。在其能夠減少待焊金屬表面的氧化情形下，“熱氮?dú)狻奔饶芫S持品質(zhì)又能兼顧環(huán)保，自然是最好的辦法，不過成本的增加卻是無(wú)比的殺傷力。 > > 除了上述三種熱源外，早期亦曾用過蒸氣焊接（Vapor Soldering），系利用高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑之蒸氣提供熱源，由于系處于此種無(wú)空氣之環(huán)境中，不會(huì)氧化之下既無(wú)需助焊劑之保護(hù)也無(wú)需事后之清洗，是一種很清潔的制程。缺點(diǎn)是高沸點(diǎn)（B.P.）溶劑（如3M的FC-5312，沸點(diǎn)215℃）之成本很貴，且因含有氟素，故長(zhǎng)期使用中免不了會(huì)裂解產(chǎn)生部份的氫氟酸（HF）之強(qiáng)酸毒物，加以經(jīng)常出板面小零件之“豎碑”Tombstoning）不良缺點(diǎn)，故此法目前已自量產(chǎn)中淘汰。 > > 還有一種特別方法是利用雷射光的熱能（CO2或YAG），在非焊槍式的接觸下，可對(duì)各單獨(dú)焊點(diǎn)進(jìn)行逐一熔焊。此法具快熱快冷的好處，而且對(duì)極微小纖細(xì)的精密焊點(diǎn)相當(dāng)有利。對(duì)于一般大量化之電子商品則顯得非常不切實(shí)際了。其它尚有類似手工焊槍式做法的“熱把”（Heat Bar）烙焊，系利用高電阻發(fā)熱的一種局部焊接法，可 用之于修理重工，卻不利于自動(dòng)化量產(chǎn)。 > > 6.3.2紅外線與熱風(fēng) > > 常見紅外線可按其波長(zhǎng)概分為： > > (1)波長(zhǎng)為0.72~1.5骻接近可見光的“近紅外線”（Near IR）。 > > (2)波長(zhǎng)1.5~5.6骻的“中紅外線”（Middle IR）。 > > (3)以及熱能較低波長(zhǎng)為5.6~100骻的“遠(yuǎn)紅外線”（Far IR）。 > > 紅外線焊接的優(yōu)點(diǎn)有：發(fā)熱效率高、設(shè)備維修成本低、“豎碑”之缺點(diǎn)較蒸氣 焊接減少、并可另搭配高溫?zé)釟怏w共同操作。缺點(diǎn)為：幾無(wú)上限溫度，會(huì)常造成燒傷，甚至導(dǎo)致待焊件過熱的變色變質(zhì)，且也只能焊SMD無(wú)法焊PTH之插裝組件腳。 > > IR的熱源有日光燈式長(zhǎng)管狀的T3鎢絲燈管，屬Near IR直曬熱量很大，但也容易出現(xiàn)遮光而熱量不足的情形。其次是鎳鉻絲（Nichrome）的燈管，屬Near或Middle之IR類。第三種是將電阻發(fā)熱體埋在硅質(zhì)可傳熱的平板體積中，屬M(fèi)iddle/Far之 IR形式。此全面性熱量，除了正面可將熱量凌空傳向待焊件外，其背面亦可發(fā)出并針對(duì)工作物反射熱能，故又稱為“二次發(fā)射”（Seconding Emitter）。使各種受熱表面的熱量更為均勻。 > > 由于紅外線在高低不同的零件中會(huì)產(chǎn)生遮光及色差之不良效應(yīng)，故還可吹入熱風(fēng)以調(diào)和色差及輔助其死角處之不足處，并可進(jìn)行PTH之插焊；因而使得早先之單純IR者幾乎為之除役。所吹之熱風(fēng)中又以熱氮?dú)庾顬槔硐耄鋬?yōu)點(diǎn)如下： > > (1)大幅減少氧化反應(yīng)，故助焊劑已可減量使用，并亦減少清洗及降低錫球。 > > (2)無(wú)氧環(huán)境中助焊劑被點(diǎn)燃機(jī)率減少，故可提高焊溫（如300℃）加快輸送速度。 > > (3)樹脂表面變色機(jī)率減少。 > > 6.3.3自動(dòng)輸送流程： > > 聯(lián)機(jī)熔焊之整體溫度變化曲線（Profile）；有預(yù)熱（吸熱），熔焊及冷卻等三大階層。每階層中又有數(shù)個(gè)區(qū)段（Zones），區(qū)段較少者（3-4段）輸送速度較慢（26cm/min），區(qū)段較多者（7段以上）則速度加快（接近50cm/min）溫控也較準(zhǔn)確。一般批量者以6段較合適。全線行經(jīng)的時(shí)間以4~7分鐘之間為宜。 > > 預(yù)熱可使板面溫度達(dá)150℃，而助焊劑在120℃中90-150秒內(nèi)即可發(fā)揮活性去除銹漬，并能防止其再次生銹。板材的Tg溫度愈高愈好，因超過Tg以上的塑料材料，不但會(huì)呈現(xiàn)軟化之塑性而大大傷害到尺度安定性，且各方向（X.Y.Z）的膨脹加劇下PTH也容易斷孔。每種不同料號(hào)板面，均有其最佳的輸送速度，但一般性熔焊區(qū)之停留時(shí)間可規(guī)定在30~60秒之間，焊溫以220℃為宜。量產(chǎn)前應(yīng)分別訂定出實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序(SOP)。
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