PCB電路板熱風整平工藝技術_－PCB新聞|線路板|印刷電路板

    熱風整平技術是目前應用較為成熟的技術，但因為其工藝處于一個高溫高壓的動態(tài)環(huán)境中，品質(zhì)難以控制穩(wěn)定。本文將對熱風整平工藝控制介紹一點心得。

    熱風整平焊料涂覆ＨＡＬ(俗稱噴錫)是近幾年線路板廠使用較為廣泛的一種后工序處理工藝，它實際上是把浸焊和熱風整平二者結合起來在印制板金屬化孔內(nèi)和印制導線上涂覆共晶焊料的工藝。其過程是先把印制板上浸上助焊劑，隨后在熔融焊料里浸涂，然后從兩片風刀之間通過，用風刀中的熱壓縮空氣把印制板上的多余焊料吹掉，同時排除金屬孔內(nèi)的多余焊料，從而得到一個光亮、平整、均勻的焊料涂層。

    用熱風整平進行的焊料涂覆的最突出的優(yōu)點是涂層組成始終保持不變，印制線路邊緣可以得到完全保護，涂層厚度是可以通過風刀控制的；涂層與基體銅之間使金屬間化合鍵，潤濕性好，可焊性好，抗腐蝕能力也很好。作為印制板的后工序，其優(yōu)劣直接影響印制板的外觀，抗蝕能力及客戶的焊接品質(zhì)。如何控制好其工藝，是各線路板廠較為關心的問題。下面我們就其中應用最為廣泛的垂直式熱風整平談談控制其工藝控制的一些經(jīng)驗。

    一、助焊劑的選擇和采用

    熱風整平所采用的助焊劑是一種專用的助焊劑。它在熱風整平時的作用是活化印制板上暴露的銅表面，改善焊料在銅表面的潤濕性；保證層壓板表面不過熱，在整平后冷卻時為焊料提供保護作用防止焊料氧化，同時阻止焊料粘在阻焊涂層上，以防焊料在焊盤間橋連；廢焊劑對焊料表面有清潔作用，焊料氧化物隨廢焊劑一同排掉。

    熱風整平用的專用助焊劑必須具有下列特性：

    1、必須是水溶性的助焊劑，能生物降解，無毒。

    水溶性助焊劑易清洗，板面殘留物少，不會在板面形成離子污染；生物降解，不用經(jīng)特殊處理即可排放，滿足環(huán)保要求，對人體的危害性也大大降低。

    ２、具有良好的活性

    關于活性，即去除銅表面氧化層的特性提高焊料在銅表面的潤濕性，通常往焊料里加入活化劑。在選擇時，既要考慮到活性好，又要考慮到對銅的腐蝕最小，目的是減少銅在焊料里的溶解度，并減少煙霧對設備的損壞。

    助焊劑的活性主要體現(xiàn)在上錫能力上。因為各家助焊劑所采用的活性物質(zhì)各不相同，其活性各不相同?；钚愿叩闹竸?，密集焊盤、貼片等處上錫良好；反之，則板面上易出現(xiàn)露銅現(xiàn)象，活性物質(zhì)的活性還體現(xiàn)在錫面的光亮度和平整度上。

    ３、熱穩(wěn)定性

    防止綠油及基材受到高溫沖擊。

    ４、要有一定的粘度．

    熱風整平對助焊劑要求有一定的粘度，粘度決定助焊劑的流動性，為了使焊料和層壓板表面得到完全的保護，助焊劑必須有一定的粘度，粘度小的助焊劑焊料易粘附到層壓板表面上（又稱掛錫），并易在IC等密集處產(chǎn)生橋連。

    ５、酸度適宜

    酸度過高的助焊劑噴板前容易造成阻焊層的邊緣剝離，噴板后其殘留物久置易造成錫面發(fā)黑氧化。一般助焊劑ＰＨ值在２．５－３.５左右。

    其他還有一部分性能主要體現(xiàn)在對操作工及操作成本的影響，如氣味難聞，揮發(fā)性物質(zhì)高，煙霧大，單位涂布面積等，廠家應在實驗基礎上加以選擇。

    試用時可按以下性能逐一測試比較：

１、平整度、光亮度，是否塞孔
２、活性：挑選細微密集貼片線路板，測試其上錫能力。
３、線路板涂覆助焊劑防止３０分鐘，洗凈後用膠帶測試綠油剝離情況。
４、噴板後放置３０分鐘，測試其錫面是否變黑。
５、清洗後殘留物
６、密集ＩＣ位是否連線。
７、單面板（玻纖板等）背面是否掛錫。
８、煙霧
９、揮發(fā)度，氣味大小，是否需要添加稀釋劑
１０、清洗時有無泡沫。

    二、熱風整平工藝參數(shù)的控制及選擇

    熱風整平工藝參數(shù)有]焊料溫度、浸焊時間、風刀壓力、風刀溫度、風刀角度、風刀間距及印制板上升速度等，下面將分別討論這些工藝參數(shù)對印制板質(zhì)量的影響。

    １、浸錫時間：

    浸錫時間與焊料涂層質(zhì)量有較大關系。浸焊時基體銅和焊料里的錫生成一層金屬化合物JＩＭＣ　，同時在導線上形成一層焊料涂層。上述過程一般需要２－４秒，在這個時間內(nèi)可形成良好的金屬間化合物。時間越長、焊料越厚。但時間過長會使印制板基層材料分層和綠油起泡，時間太短，則易產(chǎn)生半浸現(xiàn)象，造成局部錫面發(fā)白，此外還易產(chǎn)生錫面粗糙。

    ２、錫槽溫度：

    印制板和電子元件的焊接溫度普遍采用的焊料是鉛３７／錫６３合金，它的熔點是１８３℃。當焊料溫度為１８３℃ －２２１℃時，與銅生成金屬間化合物的能力很小。２２１℃時，焊料進入潤濕區(qū)，該范圍為２２１℃ －２９３℃?？紤]到板材在高溫下容易損壞，所以焊料溫度應該選擇的低一點。理論上發(fā)現(xiàn)２３２℃為最加焊料溫度，實踐中可設２５０℃左右為最佳溫度。

     ３、風刀壓力：

     浸焊后的印制板上保持著過多的焊料，幾乎所有的金屬化孔都被焊料堵塞。風刀的作用就是把多余的焊料吹掉，并導通金屬化孔，并不使金屬化孔孔徑減少的太多。用于達到這種目的的能量是風刀壓力和流速提供的。壓力越大，流速越快，焊料涂層厚度就越薄。因此，風刀壓力是熱風整平的最重要參數(shù)之一。通常風刀壓力為０．３－０．５Ｍｐａ．

    風刀前后壓力一般控制為前大後小，壓力差為０．０５ＭＰａ。根據(jù)板面上幾何圖形的分布，可適當調(diào)整前后風刀壓力，以保證ＩＣ位平整、貼片無突起等。具體值參照該廠噴錫機出廠說明書。

    ４、風刀溫度：

     從風刀流出的熱空氣對印制板上的影響不大，對空氣壓力影響也不大。但是提高風刀內(nèi)溫度有助于空氣膨脹。因此在壓力一定時，提高空氣溫度可以提供較大的空氣體積和較快的流速，以便產(chǎn)生較大的整平力。風刀的溫度對整平後的焊料涂層的外觀有一定影響。當風刀溫度低于９３℃時，涂層表面發(fā)暗，隨著空氣溫度的提高，發(fā)暗的涂層趨于減輕。在１７６℃時，發(fā)暗的外觀完全消失。因此，風刀溫度最低值不低于１７６℃。通常為了取得良好的錫面平整度，風刀溫度可控制在３００℃－４００℃之間。

     ５、風刀間距：

     當風刀內(nèi)熱空氣離開噴嘴時，流速減慢，減慢的程度與風刀間距的平方成正比。因此，間距越大，空氣流速越小，整平力也越低?？諝怙L刀的間距一般為０．９５－１．２５ＣＭ．風刀的間距不能太小煼裨蚩掌對印制板要產(chǎn)生摩擦熁岫園迕娌煥。上下風刀間距一般保持在４ｍｍ左右，太大易出現(xiàn)焊料飛濺。

    ６、風刀角度：

    風刀吹板的角度影響焊料涂層厚度，如果角度調(diào)整的不合適，將造成印制板兩面的焊料厚度不一樣，也可能引起熔融焊料飛濺及噪音。多數(shù)前后風刀角度調(diào)整為向下傾斜４度，根據(jù)具體板型及板面幾何分布角度略有調(diào)整。

     ７、印制板上升速度：

     與熱風整平有關的另一個變量是從風刀之間通過的速度，即傳送器上升速度，該參數(shù)會影響焊料的厚度。速度慢，吹到印制板上的空氣多，因此焊料薄。反之，焊料過厚，甚至堵孔。

     ８、預熱溫度和時間：

     預熱的目的是提高助焊劑的活性、減少熱沖擊。一般預熱溫度為３４３℃。當預熱１５秒時，印制板表面溫度可達８０ ℃左右。有些熱風整平?jīng)]有預熱工序。

     三、焊料涂層厚度的均勻性

     熱風整平所涂覆的焊料厚度基本上是均勻的。但是隨著印制導線幾何因素的變化，風刀對焊料的整平作用也隨著變化，因此熱風整平的焊料涂層厚度也有些變化。通常，與整平方向平行的印制導線，對空氣的阻力小、整平作用力大，因而涂層薄一些，與整平方向垂直的印制導線，對空氣的阻力大，所產(chǎn)生的整平作用就小，因而涂層就厚一點，金屬化孔內(nèi)焊料涂層也存在不均勻現(xiàn)象。由于焊料從高溫錫爐中一提出立即處于 一個強壓高溫的動態(tài)環(huán)境中，想得到一個完全均勻、平整的錫面是非常困難的。但通過參數(shù)調(diào)整可盡量平整。

    １、選擇活性好助焊劑和焊料

    助焊劑是錫面平整度的主要因素，活性好的助焊劑可得到一個較為平整、光亮、完整的錫面。

    焊料應選擇純度較高的鉛錫合金，并定期進行漂銅處理，保證其銅含量在０．０３％以下熅嚀宀握展ぷ髁考盎驗結果。

     ２、設備調(diào)整

     風刀是調(diào)整錫面平整度的直接因素，風刀角度、前后風刀壓力及壓力差變化、風刀溫度，風刀間距（垂直距離、水平距離）及提升速度都會對板面造成極大的影響。對于不同板型，其參數(shù)值都不盡相同，在一些技術先進的噴錫機上配備了微電腦，將各種板型的參數(shù)存儲在電腦內(nèi)部進行自動調(diào)整。

    風刀及導軌內(nèi)定時清洗，每兩小時清理一次風刀間隙殘渣，生產(chǎn)量大的時候清理密度還要增大。

    ３、前處理

    微蝕處理對錫面平整度也有較大的影響。微蝕深度過低，銅和錫難以在表面形成銅錫化合物而造成局部錫面粗糙；微蝕液中穩(wěn)定劑不良，導致蝕銅速度過快且不均勻，也會造成錫面高低不平，一般建議使用ＡＰＳ體系。

    對于某些板型有時還需要進行烤板預處理，也會對上錫平整有一定的影響。

    ４、前工序控制

    因為熱風整平是最后一道處理，前面的很多工序都會對其有一定影響，如顯影不凈會造成上錫不良等，加強前工序的控制 ，可使熱風整平中的問題大大減少。

    上述熱風整平的焊料涂層厚度雖然存在不均勻性，但是均能滿足ＭＩＬ－ＳＴＤ－２７５Ｄ的要求。