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PCB波峰焊工艺参数调整
PCB波峰焊工艺参数调整
1、波峰高度:波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃锡高度。其数值通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3,过大会导致 熔融的焊料流到PCB的表面，形成“桥连”
2、传送倾角 波峰焊机在安装时除了使机器水平外，还应调节传送装置的倾角，通过倾角的调节，可以调控PCB与波峰面的焊接时间，适当的倾角，会有助于焊料液与PCB更快的剥离，使之返回锡锅内。
3、热风刀：所谓热风刀，是SMA刚离开焊接波峰后，在SMA的下方放置一个窄长的带开口的“腔体”，窄长的腔体能吹出热气流，尤如刀状，故称“热风刀”。
4、焊料纯度的影响波峰焊接过程中，焊料的杂质主要是来源于PCB上焊盘的铜浸析，过量的铜会导致焊接缺陷增多。
5、助焊剂
6、工艺参数的协调波峰焊机的工艺参数带速,预热时间,焊接时间和倾角之间需要互相协调,反复调整。
PCB无铅热风整平的实践体会
摘要：本文通过对无铅与有铅热风整平工艺特性的对比，总结出无铅热风整平工艺的生产保养特点及工艺控制方法。
关键词：PCB 无铅热风整平 无铅焊料 浸锡时间 除铜
1. 前言
随着欧盟颁布的二项环保新指令(WEEE和ROHS)在2006年7月1日正式实施，对PCB行业而言，这将面临一次严峻的考验，其影响将涉及到原材料、制造工艺、生产设备等方方面面。本公司为适应全球无铅化的潮流，也投资引进了一台垂直无铅喷锡机。该机在试生产及生产过程中，我们深感无铅与有铅热风整平具有很大区别。本文主要通过无铅与有铅热风整平的对比，介绍无铅热风整平在实际生产中的控制要点及异常问题的处理方法。
2. 无铅的定义和无铅焊料的选择
目前全球对无铅的定义尚未统一。欧盟称物质中的铅含量<0.1％为无铅，日本<0.1％，美国<0.2％称之为无铅。但是，实际控制中国际上普通认同铅含量<0.1％这个标准，而且只允许以不纯物形式存在，不允许有意添加。目前无铅焊料使用较为广泛的有Sn3.0Ag0.5Cu；Sn0.3Ag0.7Cu；SnCuNi；SnCu等几中合金。Sn3.0Ag0.5Cu被广泛使用在贴装焊接领域。由于其对铜具有强腐蚀性(是Sn／Pb焊料的三倍)，而限制了Sn-Ag-Cu在热风整平领域的使用。Sn-Cu-Ni，Sn-Cu焊料以其与Sn-Ag-Cu良好的焊接兼容性、低熔点、低成本等特性在业界得到广泛使用。我司选用焊料就是WKK代理的日本斯培利亚公司的Nihon Supertor SNl00无铅焊料，合金组份为Sn-Cu-Ni。
3. 无铅与有铅热风整平温度及参数的对比
3.1 无铅焊料与有铅焊料最大的区别就是合金共熔点不同。由此，决定了无铅热风整平的操作温度、助焊剂的选用，锡厚等参数均发生很大变化：
3.2 操作温度的选择
由于Sn-Cu-Ni焊料的共熔点高出63Sn／37Pb焊料44℃。在有铅热风整平操作温度基础上同比例升高操作温度显然不可能(会高达290℃)。因此通过试板，我们确定焊料温度控制在265~275℃，风刀温度控制在270℃。在此参数下做板，生产板锡面均较平整无粗糙。如果出现粗糙，则证明锡炉中铜含量太高，需做除铜处理。虽然提高温度也可以解决无铅热风整平的粗糙等问题，但会产生对板材热冲击大的不足，故我们不建议用提高温度的方法解决粗糙问题。但是Sn-Cu-Ni焊料熔点毕竟很高，在265~275℃工作温度下，其流动性也要差很多，热风整平效果也要大打折扣。
3.3 锡厚的差异：
下表为无铅与有铅热风整平在各自正常参数下生产所得的锡厚(试板相同，同一编号的焊盘大小相同)单位：um
以上试板外观均合格，但从数据上分析无铅较有铅热风整平锡厚会偏厚1.5-2.5um。
3.4 助焊剂的选择
由于无铅热风整平具有较高的操作温度，比有铅热风整平温度高出20℃左右。使用有铅热风整平助焊剂会出现碳化物多，助焊剂的选择一般遵循以下原则：
①要求有更高闪点；通常要求其闪点≥290℃。
②更好的热稳定性：工作中碳化物少，烟雾小。
③能使焊料形成更小的表面张力，亦即具有更好的助焊性。
④合适的活性度，既要有较高的活性，又不能产生风刀粘锡。
我司通过对5种助焊剂测试，完全符合以上原则的只有1种。试验过程中发现不同的助焊剂对做板质量影响很大。因此选择合适的助焊剂对无铅热风整平的质量有很大保证。
3.5 蚀铜量的测定
从理论上讲，热风整平温度升高，其焊料的溶铜能力亦会相应上升。那终究无铅热风整平的速度是多少呢?我们设计了以下试验进行了测试：
3.5.1 试验方法：
3.5.1.1 选取测试板6PNL，具体要求如下：
①每SET图形一致，具有成品孔径￠1.0mm，数量10个的蚀刻后的板；
②孔铜已电镀至≥25um；
③线路部分已覆盖绿油。
3.5.1.2 用PTX测试仪测试孔铜，并随机打3个孔做切片等用金相显微镜检测确认孔铜，两种方法检测的孔铜厚度偏差极差<1.0urn，方可以此为准进行测试，否则重新选择测试板。
3.5.1.3 测试板共,6PNL，其中3PNL做无铅热风整平，3PNL做有铅热风整平。
3.5.1.4最后用打切片的方法测试3个完整孔的孔铜厚度。计算蚀铜量(包括前处理微蚀量)。
3.5.1.5 试验结果：
测试前对热风整平前处理进行检测：速度3.0m/min，温度29℃，微蚀速率：0.92um／pass，所有测试均按此参数生产。
3.4.1.6结论：
①该试验虽然存在PTX与金相显微镜之间的偏差，但可以大致反映出热风整平工序对孔铜的损失量。
②试验结果表明蚀铜量，无铅热风整平较有铅热风整平高出2um左右。
③为了保证孔铜厚度达到客户要求，电镀控制孔铜厚度应高出客户要求4um左右。
4. 无铅与有铅热风整平润湿性对比
焊料润湿性一般与焊料表面张力有关。表面张力越小，润湿性越好。无铅焊料的表面张力要大于有铅焊料约80达因／厘米，故其润湿性会相对较差。由此带来其热风整平浸锡时间需延长，一般还需喷两次。
4.1 浸锡时间的确定
按照无铅热风整平的参数，浸锡时间1-3秒，做出的板子锡面均匀、光亮，但我们按此参数进行无铅热风整平生产时，却出现严重的上锡不良。因此重新试板确定参数，试板条件：前风刀角度90°，后风刀角度88，风刀压力：前风刀5.0bar，后风刀4.0bar，锡槽温度270℃，风刀温度270℃。
4.2 容易出现小孔小BGA焊盘不上锡问题
由于无铅焊料润湿性差，因此实际生产中较有铅热风整平更易产生小孔小BGA焊盘不上锡的问题：
小孔小BGA焊盘不上锡问题可以从以下几个方面入手解决：
①阻焊工序必须采用挡点网丝印，阻止油墨进入孔内，提高孔壁的洁净度。
②热风整平前处理传输速率降低1m／min，提高蚀刻速率，增加铜面微观粗糙度，进而改善了铜面的润湿性。
③延长热风整平浸锡时间，在两次浸锡的基础上，延长第二次浸锡时间也可以提高孔壁及小焊盘的上锡性。
通过实践验证，采取以上措施，对解决小孔小BGA焊盘不上锡问题有很大帮助。
5. 无铅与有铅热风整平保养方法的对比
5.1 除铜是热风整平操作最主要也是最常用的保养方法。通过以下参数可以看到无铅与有铅热风整平之区别。
有铅焊料铜含量越低越好，超过0.3％，焊料流动性变差，做板将会出现粗糙。无铅焊料铜含量要求在一定范围内，过高或过低都会使焊料流动性变差。因此，无铅焊料在开缸时，会在焊料中添加0.6％的铜。但在后续生产过程中，只添加纯锡，而不添加铜，既使如此，但由于无铅焊料较强的溶铜性，焊料中的铜含量还是会很快上升，大约生产3-4kft2 即可上升至0.9％以上。此时也要做除铜保养，降低焊料中铜含量，提高焊料流动性和做板质量。
5.2 除铜方法的区别
有铅焊料的比重大于铜结晶，除铜流程为：
升温300℃→降温至200℃→开始从焊料表面除铜→保温190-200℃除铜，由于其熔点差异大，一般除铜较多、较彻底。
无铅焊料的比重小于铜结晶，一般采取以下两种方法除铜：
方法一：可从焊料底部排出一定量的锡铜合金(每次大约20kg)，再添加纯锡补充液位。这种方法简单，生产效率高，但浪费焊料较多。
方法二：也可采取与有铅焊料相似的方法除铜，即：
升温300℃→降温至237℃→开始从焊料底部捞铜→保温233-237℃除铜
由于其熔点差异小，再加上要从底部除铜，一般除铜量较少，不够彻底，只好采取少量多次的方法进行。这种方法操作不方便，而且除铜效果不甚理想，对生产效率也有很大影响。但其对焊料较节约、成本较低，在订单较少的情况下，不失为一种最佳选择。
6. 结束语
随着人类环保意识的增强，各项环保法律法规越来越多地得到落实和执行。有铅热风整平终将成为不归的历史。虽然，无铅热风整平在其刚刚得到应用时会遇到许许多多挑战性的难题。但只要我们认真对待，将有铅热风整平多年有益的经验带入无铅热风整平的生产和研究中，无铅热风整平技术必将更好地服务于人类和社会。
1、波峰高度:波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃锡高度。其数值通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3,过大会导致 熔融的焊料流到PCB的表面，形成“桥连”
2、传送倾角 波峰焊机在安装时除了使机器水平外，还应调节传送装置的倾角，通过倾角的调节，可以调控PCB与波峰面的焊接时间，适当的倾角，会有助于焊料液与PCB更快的剥离，使之返回锡锅内。
3、热风刀：所谓热风刀，是SMA刚离开焊接波峰后，在SMA的下方放置一个窄长的带开口的“腔体”，窄长的腔体能吹出热气流，尤如刀状，故称“热风刀”。
4、焊料纯度的影响波峰焊接过程中，焊料的杂质主要是来源于PCB上焊盘的铜浸析，过量的铜会导致焊接缺陷增多。
5、助焊剂
6、工艺参数的协调波峰焊机的工艺参数带速,预热时间,焊接时间和倾角之间需要互相协调,反复调整。
PCB无铅热风整平的实践体会
摘要：本文通过对无铅与有铅热风整平工艺特性的对比，总结出无铅热风整平工艺的生产保养特点及工艺控制方法。
关键词：PCB 无铅热风整平 无铅焊料 浸锡时间 除铜
1. 前言
随着欧盟颁布的二项环保新指令(WEEE和ROHS)在2006年7月1日正式实施，对PCB行业而言，这将面临一次严峻的考验，其影响将涉及到原材料、制造工艺、生产设备等方方面面。本公司为适应全球无铅化的潮流，也投资引进了一台垂直无铅喷锡机。该机在试生产及生产过程中，我们深感无铅与有铅热风整平具有很大区别。本文主要通过无铅与有铅热风整平的对比，介绍无铅热风整平在实际生产中的控制要点及异常问题的处理方法。
2. 无铅的定义和无铅焊料的选择
目前全球对无铅的定义尚未统一。欧盟称物质中的铅含量<0.1％为无铅，日本<0.1％，美国<0.2％称之为无铅。但是，实际控制中国际上普通认同铅含量<0.1％这个标准，而且只允许以不纯物形式存在，不允许有意添加。目前无铅焊料使用较为广泛的有Sn3.0Ag0.5Cu；Sn0.3Ag0.7Cu；SnCuNi；SnCu等几中合金。Sn3.0Ag0.5Cu被广泛使用在贴装焊接领域。由于其对铜具有强腐蚀性(是Sn／Pb焊料的三倍)，而限制了Sn-Ag-Cu在热风整平领域的使用。Sn-Cu-Ni，Sn-Cu焊料以其与Sn-Ag-Cu良好的焊接兼容性、低熔点、低成本等特性在业界得到广泛使用。我司选用焊料就是WKK代理的日本斯培利亚公司的Nihon Supertor SNl00无铅焊料，合金组份为Sn-Cu-Ni。
3. 无铅与有铅热风整平温度及参数的对比
3.1 无铅焊料与有铅焊料最大的区别就是合金共熔点不同。由此，决定了无铅热风整平的操作温度、助焊剂的选用，锡厚等参数均发生很大变化：
3.2 操作温度的选择
由于Sn-Cu-Ni焊料的共熔点高出63Sn／37Pb焊料44℃。在有铅热风整平操作温度基础上同比例升高操作温度显然不可能(会高达290℃)。因此通过试板，我们确定焊料温度控制在265~275℃，风刀温度控制在270℃。在此参数下做板，生产板锡面均较平整无粗糙。如果出现粗糙，则证明锡炉中铜含量太高，需做除铜处理。虽然提高温度也可以解决无铅热风整平的粗糙等问题，但会产生对板材热冲击大的不足，故我们不建议用提高温度的方法解决粗糙问题。但是Sn-Cu-Ni焊料熔点毕竟很高，在265~275℃工作温度下，其流动性也要差很多，热风整平效果也要大打折扣。
3.3 锡厚的差异：
下表为无铅与有铅热风整平在各自正常参数下生产所得的锡厚(试板相同，同一编号的焊盘大小相同)单位：um
以上试板外观均合格，但从数据上分析无铅较有铅热风整平锡厚会偏厚1.5-2.5um。
3.4 助焊剂的选择
由于无铅热风整平具有较高的操作温度，比有铅热风整平温度高出20℃左右。使用有铅热风整平助焊剂会出现碳化物多，助焊剂的选择一般遵循以下原则：
①要求有更高闪点；通常要求其闪点≥290℃。
②更好的热稳定性：工作中碳化物少，烟雾小。
③能使焊料形成更小的表面张力，亦即具有更好的助焊性。
④合适的活性度，既要有较高的活性，又不能产生风刀粘锡。
我司通过对5种助焊剂测试，完全符合以上原则的只有1种。试验过程中发现不同的助焊剂对做板质量影响很大。因此选择合适的助焊剂对无铅热风整平的质量有很大保证。
3.5 蚀铜量的测定
从理论上讲，热风整平温度升高，其焊料的溶铜能力亦会相应上升。那终究无铅热风整平的速度是多少呢?我们设计了以下试验进行了测试：
3.5.1 试验方法：
3.5.1.1 选取测试板6PNL，具体要求如下：
①每SET图形一致，具有成品孔径￠1.0mm，数量10个的蚀刻后的板；
②孔铜已电镀至≥25um；
③线路部分已覆盖绿油。
3.5.1.2 用PTX测试仪测试孔铜，并随机打3个孔做切片等用金相显微镜检测确认孔铜，两种方法检测的孔铜厚度偏差极差<1.0urn，方可以此为准进行测试，否则重新选择测试板。
3.5.1.3 测试板共,6PNL，其中3PNL做无铅热风整平，3PNL做有铅热风整平。
3.5.1.4最后用打切片的方法测试3个完整孔的孔铜厚度。计算蚀铜量(包括前处理微蚀量)。
3.5.1.5 试验结果：
测试前对热风整平前处理进行检测：速度3.0m/min，温度29℃，微蚀速率：0.92um／pass，所有测试均按此参数生产。
3.4.1.6结论：
①该试验虽然存在PTX与金相显微镜之间的偏差，但可以大致反映出热风整平工序对孔铜的损失量。
②试验结果表明蚀铜量，无铅热风整平较有铅热风整平高出2um左右。
③为了保证孔铜厚度达到客户要求，电镀控制孔铜厚度应高出客户要求4um左右。
4. 无铅与有铅热风整平润湿性对比
焊料润湿性一般与焊料表面张力有关。表面张力越小，润湿性越好。无铅焊料的表面张力要大于有铅焊料约80达因／厘米，故其润湿性会相对较差。由此带来其热风整平浸锡时间需延长，一般还需喷两次。
4.1 浸锡时间的确定
按照无铅热风整平的参数，浸锡时间1-3秒，做出的板子锡面均匀、光亮，但我们按此参数进行无铅热风整平生产时，却出现严重的上锡不良。因此重新试板确定参数，试板条件：前风刀角度90°，后风刀角度88，风刀压力：前风刀5.0bar，后风刀4.0bar，锡槽温度270℃，风刀温度270℃。
4.2 容易出现小孔小BGA焊盘不上锡问题
由于无铅焊料润湿性差，因此实际生产中较有铅热风整平更易产生小孔小BGA焊盘不上锡的问题：
小孔小BGA焊盘不上锡问题可以从以下几个方面入手解决：
①阻焊工序必须采用挡点网丝印，阻止油墨进入孔内，提高孔壁的洁净度。
②热风整平前处理传输速率降低1m／min，提高蚀刻速率，增加铜面微观粗糙度，进而改善了铜面的润湿性。
③延长热风整平浸锡时间，在两次浸锡的基础上，延长第二次浸锡时间也可以提高孔壁及小焊盘的上锡性。
通过实践验证，采取以上措施，对解决小孔小BGA焊盘不上锡问题有很大帮助。
5. 无铅与有铅热风整平保养方法的对比
5.1 除铜是热风整平操作最主要也是最常用的保养方法。通过以下参数可以看到无铅与有铅热风整平之区别。
有铅焊料铜含量越低越好，超过0.3％，焊料流动性变差，做板将会出现粗糙。无铅焊料铜含量要求在一定范围内，过高或过低都会使焊料流动性变差。因此，无铅焊料在开缸时，会在焊料中添加0.6％的铜。但在后续生产过程中，只添加纯锡，而不添加铜，既使如此，但由于无铅焊料较强的溶铜性，焊料中的铜含量还是会很快上升，大约生产3-4kft2 即可上升至0.9％以上。此时也要做除铜保养，降低焊料中铜含量，提高焊料流动性和做板质量。
5.2 除铜方法的区别
有铅焊料的比重大于铜结晶，除铜流程为：
升温300℃→降温至200℃→开始从焊料表面除铜→保温190-200℃除铜，由于其熔点差异大，一般除铜较多、较彻底。
无铅焊料的比重小于铜结晶，一般采取以下两种方法除铜：
方法一：可从焊料底部排出一定量的锡铜合金(每次大约20kg)，再添加纯锡补充液位。这种方法简单，生产效率高，但浪费焊料较多。
方法二：也可采取与有铅焊料相似的方法除铜，即：
升温300℃→降温至237℃→开始从焊料底部捞铜→保温233-237℃除铜
由于其熔点差异小，再加上要从底部除铜，一般除铜量较少，不够彻底，只好采取少量多次的方法进行。这种方法操作不方便，而且除铜效果不甚理想，对生产效率也有很大影响。但其对焊料较节约、成本较低，在订单较少的情况下，不失为一种最佳选择。
6. 结束语
随着人类环保意识的增强，各项环保法律法规越来越多地得到落实和执行。有铅热风整平终将成为不归的历史。虽然，无铅热风整平在其刚刚得到应用时会遇到许许多多挑战性的难题。但只要我们认真对待，将有铅热风整平多年有益的经验带入无铅热风整平的生产和研究中，无铅热风整平技术必将更好地服务于人类和社会。
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