【热风整平工艺技术参考】

热风整平技术是目前应用较为成熟的技术,但因为其工艺处于一个高温高压的动态环境中,品质难以控制稳定。本文将对热风整平工艺控制介绍一点心得。 

热风整平焊料涂覆HAL(俗称喷锡)是近几年线路板厂使用较为广泛的一种后工序处理工艺,它实际上是把浸焊和热风整平二者结合起来在印制板金属化孔内和印制导线上涂覆共晶焊料的工艺。其过程是先把印制板上浸上助焊剂,随后在熔融焊料里浸涂,然后从两片风刀之间通过,用风刀中的热压缩空气把印制板上的多余焊料吹掉,同时排除金属孔内的多余焊料,从而得到一个光亮、平整、均匀的焊料涂层。

用热风整平进行的焊料涂覆的最突出的优点是涂层组成始终保持不变,印制线路边缘可以得到完全保护,涂层厚度是可以通过风刀控制的;涂层与基体铜之间使金属间化合键,润湿性好,可焊性好,抗腐蚀能力也很好。作为印制板的后工序,其优劣直接影响印制板的外观,抗蚀能力及客户的焊接品质。如何控制好其工艺,是各线路板厂较为关心的问题。下面我们就其中应用最为广泛的垂直式热风整平谈谈控制其工艺控制的一些经验。 

一.助焊剂的选择和采用 

热风整平所采用的助焊剂是一种专用的助焊剂。它在热风整平时的作用是活化印制板上暴露的铜表面,改善焊料在铜表面的润湿性;保证层压板表面不过热,在整平后冷却时为焊料提供保护作用防止焊料氧化,同时阻止焊料粘在阻焊涂层上,以防焊料在焊盘间桥连;废焊剂对焊料表面有清洁作用,焊料氧化物随废焊剂一同排掉。 

热风整平用的专用助焊剂必须具有下列特性:

1.必须是水溶性的助焊剂,能生物降解,无毒。

水溶性助焊剂易清洗,板面残留物少,不会在板面形成离子污染;生物降解,不用经特殊处理即可排放,满足环保要求,对人体的危害性也大大降低。 

2.具有良好的活性

关于活性,即去除铜表面氧化层的特性提高焊料在铜表面的润湿性,通常往焊料里加入活化剂。在选择时,既要考虑到活性好,又要考虑到对铜的腐蚀最小,目的是减少铜在焊料里的溶解度,并减少烟雾对设备的损坏。

助焊剂的活性主要体现在上锡能力上。因为各家助焊剂所采用的活性物质各不相同,其活性各不相同。活性高的助焊剂,密集焊盘、贴片等处上锡良好;反之,则板面上易出现露铜现象,活性物质的活性还体现在锡面的光亮度和平整度上。

3.热稳定性

防止绿油及基材受到高温冲击。

4.要有一定的粘度.

热风整平对助焊剂要求有一定的粘度,粘度决定助焊剂的流动性,为了使焊料和层压板表面得到完全的保护,助焊剂必须有一定的粘度,粘度小的助焊剂焊料易粘附到层压板表面上(又称挂锡),并易在IC 等密集处产生桥连。

5.酸度适宜

酸度过高的助焊剂喷板前容易造成阻焊层的边缘剥离,喷板后其残留物久置易造成锡面发黑氧化。一般助焊剂PH值在2.5-3.5左右。

其他还有一部分性能主要体现在对操作工及操作成本的影响,如气味难闻,挥发性物质高,烟雾大,单位涂布面积等,厂家应在实验基础上加以选择。

试用时可按以下性能逐一测试比较:

1.平整度、光亮度,是否塞孔

2.活性:挑选细微密集贴片线路板,测试其上锡能力。

3.线路板涂覆助焊剂防止30分钟,洗净後用胶带测试绿油剥离情况。

4.喷板後放置30分钟,测试其锡面是否变黑。

5.清洗後残留物

6.密集IC位是否连线。

7.单面板(玻纤板等)背面是否挂锡。

8.烟雾

9.挥发度,气味大小,是否需要添加稀释剂

10.清洗时有无泡沫。

二.热风整平工艺参数的控制及选择

热风整平工艺参数有焊料温度、浸焊时间、风刀压力、风刀温度、风刀角度、风刀间距及印制板上升速度等,下面将分别讨论这些工艺参数对印制板质量的影响。

1.浸锡时间:

浸锡时间与焊料涂层质量有较大关系。浸焊时基体铜和焊料里的锡生成一层金属化合物IMC,同时在导线上形成一层焊料涂层。上述过程一般需要2-4秒,在这个时间内可形成良好的金属间化合物。时间越长、焊料越厚。但时间过长会使印制板基层材料分层和绿油起泡,时间太短,则易产生半浸现象,造成局部锡面发白,此外还易产生锡面粗糙。

2.锡槽温度:

印制板和电子元件的焊接温度普遍采用的焊料是铅37/锡63合金,它的熔点是183℃。当焊料温度为183℃ -221℃时,与铜生成金属间化合物的能力很小。221℃时,焊料进入润湿区,该范围为221℃ -293℃。考虑到板材在高温下容易损坏,所以焊料温度应该选择的低一点。理论上发现232℃为最加焊料温度,实践中可设250℃左右为最佳温度。

 3.风刀压力:

浸焊后的印制板上保持着过多的焊料,几乎所有的金属化孔都被焊料堵塞。风刀的作用就是把多余的焊料吹掉,并导通金属化孔,并不使金属化孔孔径减少的太多。用于达到这种目的的能量是风刀压力和流速提供的。压力越大,流速越快,焊料涂层厚度就越薄。因此,风刀压力是热风整平的最重要参数之一。通常风刀压力为0.3-0.5Mpa.

风刀前后压力一般控制为前大後小,压力差为0.05MPa。根据板面上几何图形的分布,可适当调整前后风刀压力,以保证IC位平整、贴片无突起等。具体值参照该厂喷锡机出厂说明书。

4.风刀温度: 

从风刀流出的热空气对印制板上的影响不大,对空气压力影响也不大。但是提高风刀内温度有助于空气膨胀。因此在压力一定时,提高空气温度可以提供较大的空气体积和较快的流速,以便产生较大的整平力。风刀的温度对整平後的焊料涂层的外观有一定影响。当风刀温度低于93℃时,涂层表面发暗,随着空气温度的提高,发暗的涂层趋于减轻。在176℃时,发暗的外观完全消失。因此,风刀温度最低值不低于176℃。通常为了取得良好的锡面平整度,风刀温度可控制在300℃-400℃之间。

5.风刀间距:

当风刀内热空气离开喷嘴时,流速减慢,减慢的程度与风刀间距的平方成正比。因此,间距越大,空气流速越小,整平力也越低。空气风刀的间距一般为0.95-1.25CM.风刀的间距不能太小否则空气对印制板要产生摩擦会对板面不利。上下风刀间距一般保持在4mm左右,太大易出现焊料飞溅。

6.风刀角度:

风刀吹板的角度影响焊料涂层厚度,如果角度调整的不合适,将造成印制板两面的焊料厚度不一样,也可能引起熔融焊料飞溅及噪音。多数前后风刀角度调整为向下倾斜4度,根据具体板型及板面几何分布角度略有调整。

7.印制板上升速度:

与热风整平有关的另一个变量是从风刀之间通过的速度,即传送器上升速度,该参数会影响焊料的厚度。速度慢,吹到印制板上的空气多,因此焊料薄。反之,焊料过厚,甚至堵孔。

8.预热温度和时间:

预热的目的是提高助焊剂的活性、减少热冲击。一般预热温度为343℃。当预热15秒时,印制板表面温度可达80 ℃左右。有些热风整平没有预热工序。

三、焊料涂层厚度的均匀性

热风整平所涂覆的焊料厚度基本上是均匀的。但是随着印制导线几何因素的变化,风刀对焊料的整平作用也随着变化,因此热风整平的焊料涂层厚度也有些变化。通常,与整平方向平行的印制导线,对空气的阻力小、整平作用力大,因而涂层薄一些,与整平方向垂直的印制导线,对空气的阻力大,所产生的整平作用就小,因而涂层就厚一点,金属化孔内焊料涂层也存在不均匀现象。由于焊料从高温锡炉中一提出立即处于 一个强压高温的动态环境中,想得到一个完全均匀、平整的锡面是非常困难的。但通过参数调整可尽量平整。 

1.选择活性好助焊剂和焊料

助焊剂是锡面平整度的主要因素,活性好的助焊剂可得到一个较为平整、光亮、完整的锡面。

焊料应选择纯度较高的铅锡合金,并定期进行漂铜处理,保证其铜含量在0.03%以下具体参照工作量及化验结果。

2.设备调整

风刀是调整锡面平整度的直接因素,风刀角度、前后风刀压力及压力差变化、风刀温度,风刀间距(垂直距离、水平距离)及提升速度都会对板面造成极大的影响。对于不同板型,其参数值都不尽相同,在一些技术先进的喷锡机上配备了微电脑,将各种板型的参数存储在电脑内部进行自动调整。

风刀及导轨内定时清洗,每两小时清理一次风刀间隙残渣,生产量大的时候清理密度还要增大。

3.前处理

微蚀处理对锡面平整度也有较大的影响。微蚀深度过低,铜和锡难以在表面形成铜锡化合物而造成局部锡面粗糙;微蚀液中稳定剂不良,导致蚀铜速度过快且不均匀,也会造成锡面高低不平,一般建议使用APS体系。

对于某些板型有时还需要进行烤板预处理,也会对上锡平整有一定的影响。

4.前工序控制

因为热风整平是最后一道处理,前面的很多工序都会对其有一定影响,如显影不净会造成上锡不良等,加强前工序的控制 ,可使热风整平中的问题大大减少。

上述热风整平的焊料涂层厚度虽然存在不均匀性,但是均能满足MIL-STD-275D的要求。

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