焊锡工艺指南.doc

焊 锡 工 艺 指 南
随着电子工业的高速发展，产品质量的不断提高，优良的焊锡工艺在电子工业中起到越来
越重要的作用，因此，我们系统地研究焊锡理论，对解决焊接缺点改善品质有相当大的帮助。下面，我们将根据公司的实际，从锡焊的基本原理、助焊剂、焊锡、自动焊锡机、SMT波焊技术、自动焊接后不良原因及对策，焊锡工程的零缺点管理等几方面着重进行分析。

A 锡焊原理

在研究焊接工程所用的材料和设备之前，我们必须先清楚地了解锡焊的基本原理，否则，我们便无法用目视来检验锡焊所形成的焊点和工程上各不同零件的效果。

1 润湿
润湿是焊接行为中的主角，其接合即是：利用液态焊锡润湿在基材上而达到接合的效果。
焊锡润湿在基材上时，两者之间以化学键结合，而形成一种连续性的接合，在实际状况下，基材常因受空气及周围环境的侵蚀，而会有一层氧化层，阻挡焊锡而无法达到良好的润湿效果。

1、焊接与胶合
当两种材料用胶沾合在一起，其表面的相互沾着是因胶给它们之间一种机械键所致。焊接
是在焊锡和金属之间形成一分子间键，焊锡的分子穿入基层金属的分子结构，而形成一坚固、完全金属的结构。当焊锡溶解时，也不可能完全从金属表面上把它擦掉，因为它已变成为基层金属的一部分。

2、润湿和无润湿
涂有油脂的金属薄板浸到水中，无润湿现象，如将此金属薄板放入热清洁溶剂中加以清洗，并小心地干燥，再将它浸入水中，液体将完全地扩散到金属薄板的表面后形成一薄均匀的膜层，即它润湿了此金属薄板。

3、清洁 当焊锡表面和金属表面很干净时，焊锡一样会润湿金属表面。如果清洁不够时，焊锡和金属之间会形成一很薄的污染层，几乎所有的金属在暴露空气中时，都会立刻氧化，此极薄的氧化层物将防凝金属表面上焊锡的润湿作用。
同样的道理，在我们公司的无绳电话制造过程中，许多PCB焊锡PAD位长时间暴露于空气中，而又未采取任何清洁措施，其形成的氧化层，将会严重影响到后面的焊接质量(这对我们研究表面接触的充电片INT现象，也将有很大的帮助)

4、毛细管的作用
将两上干净的金属表面 合在一起后，浸入熔化的焊锡中，焊锡将润湿此两金属表面并向 上爬升，此填满相近 表面之间的间隙，此为毛细管作用。不干净的金属表面便没有润湿作 用，焊锡不会填满此点。
在自动焊锡过程中，当一电镀贯穿孔的印刷线路板经过一波焊炉时，便是毛细管作用的力量将锡填满此孔，并在印刷线路板上面形成一焊锡带，而不是波的压力将焊锡推进此孔，了解这个问题对我们解决焊锡过程中贯穿孔的印刷线路板短路现象，起到指导作用。
5、表面张力
用溶剂加以清洗金属表面会减少表面张力(在焊锡工艺中，我们引进助焊剂“FLUX”，助焊剂有去除金属和焊锡间的氧化物，让锡润湿湿金属表面的作用)。
在焊锡中的污染物会增加表面张力，焊锡温度也会影响表面张力，温度愈高表面张力也愈小，但这个效果比它所产生的氧化作用还低。
小角度
大角度
润湿角度(WETTING ANGLE)q，即焊锡表面和铜板之间的角度，它是所有焊点检验的基 础， q越小润湿越好。

a. 熔锡中无助焊剂，形成一大润湿角度的球状。
b. 熔锡中有助焊剂，焊锡润湿于 而形成一小润湿角度。
6、润湿的热动力平衡
焊接工程不可缺的材料是焊锡、助锡剂和基层金属。当焊锡润湿在基层金属中，静止下来时，即是力平衡的状态。

q>90°
退润湿
(1) q>90°
q=180°
未润湿

90°<q<180°
润湿不良
(2) 90°>q>75°

称为边际润湿
(3) q<75°

称为良好

2 焊点
1、金属间的形成
将两个铜板用焊锡焊接在一起， 那么锡和铜的表面层形成一新的化合物，它是铜/锡化的 (CU3SN，CU6SN5)， 也称为金属间化合物，当焊锡润湿铜板时才会形成一金属部化合物，同时 它也是润湿已发生的表示。

2、厚度时间和温度
化合物的厚度是决定于焊点的温度和在此温度下所停留的时间。锡/铜金属间化合物的形成在室温下便会发 生，但其反应相当慢，对焊点而言，无实际意义。

3、焊点龟裂
金属间化合物比焊锡或铜要硬，而且也比较脆，如果此金属间化合物太厚的话，当焊点受到热或机械性的应力下，便会产生焊点龟裂。

4、热
在被焊接的金属上的温度上升到比焊锡的熔点高之前， 是无法得到满意的焊点， 焊锡的 流动是随热的流动 而达到最佳状态。

5、焊点表面清洁度和腐蚀
焊锡表面同样也有未饱和键，与空气接触后，形成氧化层，通常焊锡中铅会很快的生成氧化铅，氧化铅会形成一层薄膜保护焊不再受氧化，如有助焊剂残余在表面，有以下反应 ：
PbO+2HCL PbCl2+H2O
PbCO3+2HCL PbCl2+H2O+CO2

白色粉状腐蚀物
腐蚀会减少导体导电、损坏接点强度、漏电，而空气中的水气更加速再腐蚀及漏电，其它原因造成污染 腐蚀：
(1) 基板制作中使用的熔液：如电镀及蚀刻溶液残余在基板上。
(2) 人的汗水：含氯离子，其腐蚀性较其它因素为高，在充电片的焊接过程中应特别注意。
(3) 环境污染： 空气中的硫。
(4) 输送系统的污染：润滑油。
(5) 包装材料的污染。

B 助焊剂(FLUX)

1 助焊剂的化学特性
助焊剂(FLUX)这个字是来自拉丁文，是“流动”的意思，但在此处它的作用不只是帮助流动， 还有其 他作用。
助焊剂是主要的功能为： (一) 清除金属表面氧化物。 (二) 降低焊锡表面张力增加其扩散 能力。

1、化学活性
助焊剂可以与氧化层起化学作用，当助焊机连同氧化层去除后，金属则呈现出清洁而无氧化层的表面，可与焊锡结合。
助焊剂与氧化物的化学反应有几种： (一) 是互相作用形成第三种物质，此物质易溶于助焊 剂及溶剂中。(二) 氧化物被助焊剂剥离。(三)上述二种反应并存，松香和铜氧化物即是第一种 反应，氧化物暴露在氢气中的反应，即是典型的第二种反应，这种方式常用于半导体零件的焊接上。

2、热稳定性
当助焊剂在反应除去氧化物时，助焊剂必须形成一个保护膜，防止其再度氧化，直到接触焊锡为止，因为助焊剂必须能承受高温，在焊锡作业温度下会分解如分解则会残留在基板上，难以清洗，松香在285°C以上会分解，应特别注意：为什么我们在焊充电片时，常常发现充电片的基板周围残留杂物？就是因为锡线时的松香分解的结果。
助焊剂中含有溶剂为I、P、A，其蒸发温度低，松香则较能耐高温。
活性松香助焊剂(松香与I、P、A同时当作溶剂)，活性剂当任清除氧化物工作一旦温度达到焊锡温度时，活性剂分解蒸发，主成份再组合，留下无害者。

3、助焊剂在不同温度下的活性
RA助焊剂，温度达到焊锡作业范围内，氯离子才会解析出来清理氧化物。松香，温度超过 315°C时，几乎无任何反应(温度过高，降低其活性)，因此可将预热时间延长，使其充分发挥活性，也可以利用此特性，将助焊剂活性钝化以防止腐蚀现象。

4、润湿能力
助焊剂对基层金属和焊锡有很好的润湿能力，以取代空气，降低焊锡表面张力，增加其扩散性。
5、扩散率
扩散与润湿都是帮助焊点的角度改变，通常扩散率可用作助焊剂强弱的指标。

6、电化学活性
氯化锌、氯化铵等无机类助焊剂，助焊剂可帮助焊锡的离子，沈渍的接合的表面上，以帮助结合，有两种方式可达此状况： (一) 替换方式，由焊锡离子替换基材离子。(二) 不同的金属 电动驱动焊锡离子沈渍。

7、工业及工程上的考虑
1) 时间： 焊接时间需要短，尤其对热敏感的零件。
2) 温度 ： 热量大，温度要足以活化助焊剂，但又不能太高而破坏助焊剂。
3) 腐蚀 ： a. 助焊剂本身在室温下腐蚀性低。
b. 焊接作业时，烟腐蚀性低。
c. 残余物在室 温下腐蚀性低。
d. 如腐蚀性无法避免时应非常容易清洗 。
4) 安全性： 考虑对人体、工厂及生态的安全性。
5) 经济 ： 考虑整体状况，如补焊、清洗 、焊锡设备等。

2 助焊剂的种类
助焊剂分为两大类： 无机化合物与有机化合物，后者又分为松香类与非松香类。

1、无机化合物 ： 清洗 快，清除氧化物能力强， 在焊锡温度下安全且有活性， 腐蚀性较高。
共分为三类 ：
1) 无机酸 ： 如氧化氢及正磷酸。
2) 无机盐： 如氯化锌(283°C)、 氯化铵(350°C)、三份氯化锌与一份氯化铵混合(176°C).
3) 无机气体： 氢与Ad有清除氧化物的效果。

2、有机化合物(OA，非松香类) ； 清除氧化能力中等，腐蚀性高，对热较敏感。
1) 有机酸： 乳酸、油酸、硬脂酸等，钛酸、柠檬酸及其他酸类。
2) 卤素有机化合物： 盐酸苯胺、盐酸谷氨、溴化物衍生物。
3) 胺及氨基化物： 氨基衍生物，最常用的是磷酸盐苯胺、尿素、 乙烯、二胺三乙醇胺。

3、松香类助焊剂 ：
常温下非常安定，清除氧化能力强，在焊接温度下具有活性，残余物在常温下不具腐蚀性，广泛用于电子工业中。
1) 无活性松香助焊剂( R ) ：
松香是松树蒸馏出来，最纯的松香是 透明无色的称为水白色松香，用来做最弱的助 焊剂及 焊锡丝中的助焊剂，缺点是活性太弱。
2) 弱活性松香助焊剂(RMA) ：
残余物不会腐蚀，电气绝缘性佳、活性高，对材料的可焊性要求很高，大部分用于电
脑、通讯、太空及军方，也有用于电视产品而不必清洗 ，我们公司也大量使用，如502
免洗助焊剂。
3) 活性松香助焊剂(RA) ：
其活性比弱活性松香助焊剂为强，因考虑其产品的可靠性及长时间使用，通常要求清洗,清洗时必须使用双极性熔剂，否则无法同时洗净松香及活性剂。
4) 超活性松香助焊(RSA) ：
用途特殊，其活性已超出图家标准，可用来焊接铁镍钴合金、镍不锈钢及其他类似金属,其残余活性高，焊后必须立即清洗。
5) 低活性松香助焊剂。
6) 无卤素松香助焊剂。

3 松香和活性剂

1、松香
由松树蒸馏出来，是由一异耩双贴酸组成，主要成份为松香酸、D-海松香酸及L-海松香 酸。松香对温度的变化及对焊接的影响：
1) 过热的松香转为黑色，失去除氧化的能力。
2) 过热的松香仍保留其表面活力可保护表面不再生锈，但效果不如未过热的松香。
3) 未加热的松香对严重的氧化效果不大。
4) 水白色W/W松香与氧化铜及硫化物反应形成绿色的铜松香Copper Qbietic可轻易清洗。
5) 水白色W/W松香不论时间与温度，在铜面上作用均不减轻铜板重量。
6) 除板板外，对其他金属均无反应。
特点：并非万能助焊剂，在一个略干净的表面，具有好的润湿及扩散性，可作为很好的活
性剂，并可保护清洁的金属表面不再氧化，残余物是硬而透明的薄膜，电性绝缘性高，且不吸水。
2、活性剂
用酒精分解的松香称为“R TYPE ELUX”，有时也称“WATER WHITE POSIN FLUX”。
松香或“R”助焊剂的活性很小，不能去除铜板上的氧化物，加入活性剂可去除氧化层。
a) R.M.A.FLUX : 加少量活性剂。
b) R.A.FLUX: 加多量活性剂。
c) R.S.A.FLUX： 加更多量活性剂。
4 助焊剂和清洗
唯一不需清洗的助焊剂是无活性松香助焊剂(ROSIN FLUX)，弱活性松香助焊剂(RMA FLUX) 可清洗 ，可不清洗，活性松香助焊剂(RA FLUX)，有机酸助焊剂(OA FLUX)一定要清洗
水或水熔性或有机酸助焊剂完全可用水来清洗，但外来的油、手印等便无法清除，其它污染物也一定要加以去除，如钻孔引起的碎片、胶带的残留物。
5 助焊剂的选择

1、清洗工程决定助焊剂的活性程序
清洗工程、零件和基板的设计决定了助焊剂的选择，其原则如下：装配不能清洗，选最弱的松香助焊剂，能与清洗工程相匹配时，最好使用最强活性助焊剂。
2、助焊剂的选择方法 ：
零件焊锡性好坏与助焊剂选择的参考图。
可靠度平衡
焊锡性
助焊剂活性

I.A.

O.A.

R.A.

R.M.A

R.(W/W)

极佳

很好

好

边缘

差

焊锡性和活性的平衡图

焊锡合金

6 免洗助焊剂使用的考虑因素
1、 首先需考虑使用的零件及基板的可焊性(活性较弱，可免洗)。
2、残余物的快干程度，是否有必要要求立刻干而不沾手。
3、残余物留在基板上的外观是否能接受。
4、电路的复杂性及电气的可靠性，看是否需要很高的SIR值(SIR均有10 ² 0hm-cm) .
5、清洁度测试。
6、 Pin Test(ATE或ICT) 。
7、铜镜腐蚀试验及DIN 8527腐蚀试验。
8、助焊剂发泡问题，低固体含量的助焊剂，发泡性稍差，我们应采取其它方法加以帮助。
根据我们公司选用502C免洗助焊剂(RMA)，我们可以了解其性能、特点及技术参数，502C免洗助焊剂是在502助焊剂基础改进而得，具有固含量低、焊接力喷雾式波峰焊设备(我们公司为此种设备)，广泛应用于各类通讯、音响、VCD、空调等电子行业的PCB板面焊接。 如果用 发泡设备，则若发泡槽之中使用含有0.02mm细孔的发泡石，能产生细微且均匀的泡沫，并且使其至少高于发泡石英一英寸以上，让焊接效果达到极佳。
为了得到最佳焊接效果及避免板子产生粘粘的感觉，单层板子前的预热温度一般在80°C至 100°C之间， 双层板是100°C至120°C之间，其技术参数如下：

502C#
104稀释剂
外观
清澈、透明、琥珀色溶液
无色透明熔液
比重(25°C)
0.795 + 0.005
0.783 + 0.005
闪点(°C)
16

固态含量(%)
3.5%
16
表面绝缘阻抗
10 ² W
----
氯 含量(%)
0.00%
----
PH值
5.0 + 0.2
6.0 +0.2
腐蚀性
合格
----

C 焊锡

1 焊锡合金

1、金属
金属是一个具有光泽、坚硬、有延展性、好的热与电的导体的化学元素。金属的原子是被
限制在一个特定的范围内以三度空间的运动，这是所有结晶物质的典型，其有秩序的排列，称为空间格子。

2、合金
合金分为含铁合金与非铁合金，焊锡属于非铁合金，其特性与原来金属的特性完全不同，
它的形成是在金属液态时互相溶解，形成一体。

3、金属化合物
两种以上的金属依固定的化学剂量比例结成一个无法区分的均匀相，其结构与本性，依各组成份子的原子半径及电子活性而定，可经由金相学检验看得到。

4、固溶体
一个金属原子进入另一金属原子结晶格内成为另一金属的一份，固溶体的溶入量视温度而定。

5、劳动硬化与溶液硬化
当受外力使金属结晶破化，合金变得更强更硬，我们称为劳动硬化Work Headening, 当小量 的其他金属加入结 晶格内，亦会发生类似劳动硬化的力量改变结晶，称为熔液硬化，如锑的 加入焊锡。

6、相转变
1) +共融组合 ： 当两种金属以一特定比例混合后，且有同一熔点，且其溶点较原来的金属熔点为低。
2) 相(Phase) ：当两种不同金属互熔形成一个均匀的结构，且维持稳定，我们称之为单相。
3) 热活性 ： 当温度上升时，金属原子距离开始加大，称此原子受热活性作用，一旦此能量超过原子束缚力时，则打破结晶形态形成液体。
4) 熔解热 ： 当温度上升，金属开始溶解，直到金属完全熔解，虽然一直加热，但温度并未上升，此时的热 量用来将固体溶为液体，称为熔解热 。
5) 相转变图： 将合金的成份与温度改变及相的变化由图表示出来，当两种以上金属在液态中混合时，会有(1) 固溶体的产生。 (2) 金属化合物的产生。(3) 维持原来的成份。

从下图可知，焊锡 ： 60锡/40铅熔点为190°C(370°F)，63/37熔点为183°C(360°F)，我们公司 使用的焊锡为63/37 共融比例。 一般来说，63/37的焊锡要比60/40要好，事实上如使用在单面板 孔径较大者，60/40反而要比63/37好用， 因为60/40的焊点较大，较易填满整个孔径。

2 焊锡的等级
废锡分为低等级废锡，其中不纯物为铜、锌、铁等；高等级废锡，其不纯物为金、银等。

1、纯焊锡
由锡、铅矿直接得到的锡铅，一般说来纯度较高，只要产品的纯度合符标准，电子工业中广泛使用。

2、含锑 焊锡
为了防止锡在低温下结构转变的危险，而在焊锡中加以锑以防止(Tin Pest) 的现象。

3 金属杂质对焊锡的影响

1、金属杂质对焊锡物理特性之影响
1) 加入铜的目的在研究，杂质不熔于锡、铅的情形。
a. 电阻值 ： 降低。
b. 显微结构 ： 典型的锡铅结构，锡/铜的金属化合物是线状排列。

2) 加入铋的目的在研究，杂质不溶于锡、铅的情形。
a. 电阻值 ： 升高。
b. 显微结构 ： 大量加入铋，破坏共融结构。

3) 加入镁的目的在研究，杂质只溶入铅的情形/
a. 电阻值 ： 升高。
b. 显微结构 ： 不影响共融结构。

4) 加入锌的目的在研究，杂质只溶入锡的情形。
a. 电阻值 ： 降低。
b. 显微结构 ： 不影响锡铅共融合金结构。

2、金属杂质对焊锡润湿能力的影响
加入少量其他金属杂质会改变焊锡表面张力，进而影响其润湿的特性 。
1) 铋 ： 溶于锡铅中，溶入铅18.9%原子数，溶入锡为0.5%，扩散率随加入量增加而增加。
2) 镍 ： 不熔于锡，溶入铅0.08%，亦有助于扩散率增加。
3) 铜 ： 几乎不溶于锡铅，略为增加扩散率。
4) 铝 ： 不溶入焊锡，亦没有固溶体产生于锡铅中。
5) 镉 ： 溶于锡1.1%， 溶于铅0.7%， 会降低扩散率。
6) 锌 ： 熔于锡2%，不溶于铅，大量降低扩散率。

3、金属杂质对焊锡显微结构的影响
刻意加入15%的其他金属，在室温下都超过其固熔体的量，而形成第三个相。

4、实际状况下焊锡污染的影响
在焊锡作业温度下，不同的金属都会对焊锡的各种性能造成不现的污染。

4 焊锡的物理特性

1、室温下焊锡的特性 ：
1) 抗张强度 ： 在63/37比例附近最强，锡含量高者较铅含量高为佳，事实上铜与焊锡的接合强度大于焊锡本身。
2) 抗剪强度 ： 略。
3) 弹性 ： 略。
4) 硬度 ： 锡含量高者硬度较大。
5) 冲击强度： 焊锡不适合来回的加力于其上。
6) 导电度： 呈线性关系，锡越多，导电性越佳。
7) 密度 ： 呈线性关系，铅越多，密度越大。
8) 延展性： 略。
9) 表面张力与沾度 ： 略。
10) 焊锡蠕变特性 ： 许多较软的金属受到小于其断裂拉力时不会立即断裂，但会持续一段时间后才会断裂，此种特性称为蠕变，焊点的蠕变强度，代表了焊点长期承受力量的能力。

2、室温以外的焊锡物理特性 ：
在低温下最大的危险还是Tin Pest， 因此在低温环境下使用的产品，应使用含锑的焊锡， 工作温度上接近熔 点时，其延展性、强度等都会丧失。
Tsol-Troom
1.5

最高工作温度为： Tmax = + Troom

以63/37焊锡为例，其最高工作温度不得超过130 °C.

5 焊点的特性

1、焊锡量对焊点的抗剪强度之影响 ： 焊锡量大，对焊点的抗剪强度并无助益。
2、焊锡接触时间与抗剪强度之影响 ： 接触时间与抗剪强度并无影响。
3、焊锡温度与抗剪强度之影响 ： 金属表面经过预热时抗剪强度较大。
4、焊点厚度与抗剪强度的影响 ： 适当增加焊点厚度会增加抗剪强度。
5、温度与焊点厚度的影响 ： (T-t)S =K(T ：焊接温度；t：共融温度； S：厚度；K：常数，
通常 为0.347，高温时因流动性佳，因此焊锡较薄，温度低时有沾滞性，焊锡厚度自然。

6 焊锡加其他金属的特性

1、含锑特殊功能焊锡
我们常用的焊锡是63/37、60/40、50/50、40/60、30/70，在焊锡中加入2.5%-3.0%的锑有助于提升各种强度，降 低锡量，但光泽较暗。

2、低温焊锡
1) 铋及镉合金 ： 将铋加入锡、铅、镉及其他金属形成低温焊锡。
2) 铟合金焊锡 ： 铟鬲融点在150C是焊锡元素中，融点温度最低，铟是一种贵重金属，有很好的抗氧化能力，光泽度高， 好的电及热的导体，抗张强度低(515&b/in) ，高延展性(61%延展)，由于 纯的铟强度弱，因此需要加入其 它金属以调合其强度，高铟含量之焊锡用于薄膜电路上 含金成份的材质焊接，防止金的流失，96In/4Zn共融合金，融点143.5°C.
3) 银合金焊锡 ： 银非常易溶入锡，在焊接过程中为了防止银的溶入，通常在63/37焊锡中先加入2%的银。

7 焊点设计的考虑

考虑因素 ： 1) 导电性； 2) 耐久的机械强度； 3) 散热性； 4) 容易制造； 5) 修补方便； 6) 可
目视检查。
焊接过程最重要的三项材料 ： 基层金属、助焊剂和焊锡。

1、基层金属 ：
通常设计者考虑其抗剪强度、延展性和腐蚀。
1) 电动势 ： 电动势与腐蚀的关系最大，当基层金属电动势与焊锡相差很大，且有液态离子游离时，会产生严重氧化腐蚀，如铝的焊接很少用。
2) 热膨胀系数 ： 热膨胀率高，易造成材料断裂，通常可在设计后使用热循环试验方式来测其耐力，焊锡的延展性视其纯度而定。
3) 可焊性： 不同的表面处理可增加其焊性，如预锡、电镀锡铅或其他可焊性好的材料，银、镉、锡、镍等处理。

2、助焊剂的选择 ：
1) 容易焊接者 ： 可用松香类助焊剂即可，除非严重氧化或表面污染，通常使用R或RMA。
2) 不易焊接者 ： 使用特别助焊剂或在材料上先沾锡。
3) 谨慎的选择助焊剂，必须配合整个装配时的其他条件，如果有一助焊剂只适用于某种特别金属，我们可以调整其基层金属的表面处理，加以适当的清洗，避免使用较强的助焊剂。

3、焊锡的选择：
最常用的焊锡是锡/铅、铟、铋、锑、镉及 银的合金，一般操作温度应高于融点70°C左右，以保持焊锡的良好的流动性。

1) 温度 ： 在考虑温度时要注意两项温度 。
a. 最高焊接温度 ： 在焊接装配时所充许的最高温度，有时必须使用某些温度较高的焊锡时，可利用散热片的方式 。
b. 最高工作温度 ： 焊点在产品上的使用温度，当焊锡接近其融点时，抗张强度和抗剪强度会丧失，参考公式 ：
熔点温度-室 温
1.5

最高工作温度 = +室温

以63/37焊锡为例，室温18°C则最高工作温度应为128°C，超过此温度时，焊点不宜支撑零件。
2) 机械强度 ： 考虑机构接点与电气接点时，机构接点应考虑机械强度，而电气接点是电子产品中焊点最弱的接点，其焊点强度很重要。
3) 电气特性 ： 在电路中接点的导电性和电阻值。
4) 密度： 焊点的重量大小，影响焊点度度。
5) 热性热膨胀： 对玻璃和金属，陶磁和金属等接点特别重要。
6) 其它特性： 如蒸气压固化后膨胀特性，腐蚀性及不同工作的适应性。

8 污染物与控制

以锡炉为主，污染物可从板台，治工具或掉进锡炉的东西而来，任何与焊锡波浪 接触的 东西一定要不锈铜、 或铁氟龙保护、或氧化处理。为了减少污染，我们要定期检查污染物的 含量以建立平衡水准，依污染物加入最和在焊接工程中被移去的焊锡量的比率来加入新焊锡。

加 锡

焊锡槽中污染物的增加率
污

染

水

率

化业过程

9 浮渣

浮渣是形成于焊锡表面的多氧化物，产生的速率仍温度和搅动而定，以锡炉为多，浮渣是小焊锡球被一层薄氧化物所盖住，焊锡表面的搅流愈大，形成的浮渣愈多。
焊锡表面的氧化物可防止再氧化，因此，不必经常清除浮渣，只要它不影响波浪的动作，
每天清理一次就够了。

D 自动焊锡机

自动焊锡机由助焊剂涂布器、预热器、焊锡炉、输送机构、通风系统五部分构成。

1 助焊剂涂布器(Flux Deposition)

将助焊剂涂在焊件上最简单的方法是用刷的方式，但只适用于少最的焊锡工作，或进行不
同助焊剂的试验，或在制作样品，大批量生产时不适合。

1、泡沫式助焊剂涂布器
在电子工厂中，90%以上的自动焊锡机都采用泡沫式助焊剂槽，此助焊剂槽必须使用含有发泡剂的助焊剂。当压缩空气被压入满是细孔的发泡管时，助焊剂产生稳定的泡沫，自发泡管上方的通道中上升至顶部，缓慢地自顶部的开口溢流回槽中，同时在开口处形成6至12mm落差的泡沫高度，基板经过且焊剂槽，下方沾到泡沫，造成一层薄而均匀的助焊剂分布于底部。如果基板与泡沫的相对高度调整正确，则不致泡沫自基板前缘冲到其上方。
为了避免过多的助焊剂留在基板的底部，可用空气刀或手刷置于泡沫通道的后方，刮除多余的助焊剂，空气刀比毛刷好用。附加刮除装置主要是为了减少助焊剂的使用量；其次，保持机器清洁，防止燃的助焊剂，滴落在预热器上。
由于大部分助焊剂都具腐蚀，助焊剂槽的材料一般采用不锈钢，或PE、或PVC等塑胶。泡沫式助焊剂涂布器是较为简单的一项设备，为求得可靠及一致工作效果，在操作及维护上应注意以下几点 ：
1) 进入发泡管中的压缩空气宜缓慢调整，以产生细小的泡沫为原则，控制泡沫达到需要的高度。
2) 非常细小的发泡管孔锡被干固的助焊剂堵塞，因此发泡管应经常保持在润湿的状态，使用时，助焊剂的液面须高于发泡管。
3) 助焊剂多是粘性较高的材料，干固后不易清除，不用时，尽量将助焊剂再倒回储存桶
中，且清洗槽体。
4) 夹具必须在已冷却的状况下轮流使用，避免破坏泡沫的结构。
5) 压缩空气必须够清洁，以免油或水污染助焊剂。

2、波式助焊剂槽
主要部分包含泵及助焊剂流动的通道。泵将助焊剂加压后，流径通道，在通道的顶部形成一波石，然后流回槽中，基板经过波式助焊剂槽，底部的焊锡完全浸入助焊剂中，上部零件面则不与助焊剂直接接触，但底部的助焊剂会穿过零件孔渗入基板上方，焊锡面形成薄且均匀的一层助焊剂。
波式助焊剂槽常以高波面使用，在波面涌出的开口部分装一网状的隔板，可以稳定波流成一平坦的波面，最适用于两次焊锡作业。

3、喷雾式助焊剂槽
喷雾式助焊剂槽适用基板底部的零件脚很长，制程要求零件脚不被外物触动基板底部助焊剂少，免洗 ，缺点是不锡维持周围工作环境清洁，我们公司使用的都是喷雾式助焊剂槽。
喷雾 式助焊剂槽分四类 ：
1) 压缩空气喷雾式
2) 无气喷雾式
3) 网筒空气刀式
4) 高压抽吸喷雾式
最常用的为压缩空气喷雾式，在使用时，一般都有附加装置，控制其在基板正好达到助焊剂槽上方时才喷雾，基板离开其喷雾范围时即停止，以减少污染机器，同时须注意通风，以避免火灾及爆炸的可能。

4、助焊剂比重控制器
生产线在大量制造时，焊锡机中的助焊剂测量比重及稀释剂添加非常重要。最简单的方法，就时定时使用比重计测定，但如何添加正确数量的助焊剂或稀释剂，使比重维持在原来的值，则不容易。
比重控制器是利用置于机器上方的助焊剂及稀释剂容器接至助焊剂槽的管路上，装有电磁阀，电磁阀的开放及关闭受比重及液面感应器控制，助焊剂及稀释剂藉重力流入助焊剂槽中，而完成比 重控制的工作。
目前使用较为普遍的为数字式自动比重控制方式。为了达到焊锡作业的零缺点，助焊剂的比重正确与否很重要的。自动控制比以作业员用传统比重计测定要可靠，其测定误差在0.003到0.005之间，且可以结合传统的标准的比重计及试管互相比较。

2 预热器(Preheater)

1、预热的主要目的
减少基板在与高温锡波接触时的热冲击，活化助焊剂及烘干助焊剂中的熔剂成分，因为未经适当烘干的基板在与熔锡接触时，熔剂气体扩张会造成焊点的气孔。

2、预热器的种类
(一) 最理想的预热器须能同时具备以下条件 ：
1) 它能够快速加热及冷却；
2) 能够有效率地使用能源；
3) 清洁容易，至少助焊剂及其他的污染不影响热的传递；
4) 将焊点的金属部分加热而不升高基材的温度；
5) 传送于整片基板上欲形成焊点部分的热量保护均匀；
6) 加热范围的宽度可调，以适合各种不同宽度的基板组件，同时不浪费多余的热能。
7) 所发生的热量不因使用时间长短而变化。

(二) 常用的预热器种类如下：
1) 热板式： 结构简单、成本低，平时不需清洁，定期维护时，用刮刀刮除残渣。
2) 盘管式： 加热较快，需配合反射板才能充分发挥效果，本身不需要清洁。
3) 热空气式： 热空气中的热能传至基板上的效率很低，能加强助焊剂的气化及避免可燃性气体积聚而造成危险， 一般配合其他方式预热器使用。
4) 石英板式： 加热率及冷却率高，不需特别的清理，加热面均匀。
5) 石英管式： 加热及冷却速度更快、易碎，成本较高。
6) 红外线灯管式： 加热反应是所有预热器中最快的一种，预热温度范围大，一般要配镀金的反射板，我们公司使用的预热器就是这一种。

3 焊锡炉

焊锡炉是整部焊锡机的心脏，包含了锡槽、锡泵及形成锡波的喷锡口，我们公司使用双波峰焊锡炉，采用浸锡方式，锡炉炉体由不锈钢板烧焊而成，U型发热丝装于锡炉中的底部及两侧用以熔锡及保持锡的温度，上层发热丝用以熔锡而下部发热丝用于恒温控制。
焊锡槽是一个容器，必须能够承受焊锡的温度，典型的电子业使用的焊锡全金；其操作温度在260度内，其结构必须足够承受重量而不致变形， 材料耐腐蚀，一般选用铸铁或不锈钢。

1、焊锡炉的加热分为三类 ：
1) 外部的加热方式；
2) 内部的加热方式 (称卡式加热器) ；
3) 沈浸式加热器，是直接浸入锡槽中接触焊锡。
锡槽的容量应考虑到焊锡的被污染，热的稳定度，锡波面的稳定度。焊锡的污染程度的高低比率，一定和其数量成反比，锡波的热稳定度受锡槽大小的影响。

2、焊锡自动补充装置
高有监视系统，在焊锡机加装可目视的锡面指示器，或当熔锡面到达上下限时，经信号显示。普通的测定熔锡面方法是使用以不锈钢材料制成的浮子，随熔锡面的高低而动作开关及警告灯，或是启动自动加锡的机构。

3、焊锡泵
用马达驱动一简单的离尽式泵可以产生锡波，溶融的焊锡被加压并流过喷口。锡波的高度通常以三种方式 控制： 一是变化锡泵的速度； 一是锡泵的高低位置； 或是两种方法合并使用.

4、焊锡波
锡波造成两个主要问题就是焊点的焊锡量过多及造成短路、锡尖等情形，这是因为多余的焊锡未能滴回锡波； 另外就是焊锡效果不理想，如贯穿孔在基板顶面未被焊锡被满及焊点不 洁锡的现象，是因为锡波未能传足够的热到焊点，这点可以放慢焊锡速度来解决，改善以上的问题有：
1) 在锡波中使用油，降低表面张力，允许基板上多余的焊锡较易流回到锡波中。
2) 增加锡波与基板的接触面，使焊点有较多的受热时间。
3) 利用自然的重力及表面张力的作用使多余的焊锡易于回流至锡波中，亦即使基板以5° ~ 8°的倾斜角度 接触及脱离锡波。

根据喷锡口的种类将锡波分为：
1) 对称式锡波 ； 是最早的一种锡波，配合水平式输送机构易产生短路、锡尖。
2) 宽型对称式锡波： 增大了锡波平面，可提高焊锡速度。
3) 可调对称式锡波： 适合任何特殊用途，可焊接较大散热面积的基板，对简单的基板，还可快速地进行焊接.
4) 非对称式锡波 ： 在喷锡口的一边加延伸板而形成，其出口端与基板接触面有了很大的改善。
5) 可调非对称式锡波：
通常与5° ~ 8° 倾斜式的输送机构配合，自喷锡口中流出的溶锡大部分流向与基板行走 相反的方向，小量的溶锡则朝向与基板行走相同的方向流动，在锡波的中间及后半部形成一几乎静止的波面，在线路超密集的基板的焊锡作业中有非常显著的效果，妥当配合正确的制程变数设定，能够到达最高品质及接近零缺点的焊点要求。
6) 双锡波：我们公司使用的锡炉为双锡波，他包括两个部分，首先是一道细窄而有扰流效果的锡波，易于渗透并涵盖到基板焊锡面的各个角落，第二部分是一个标准的可调对称式锡波，用以将已沾到焊锡的焊点部分整平及将多余的焊锡回锡波中，适用于晶片零件线路极端密集的基板。
可调对称式锡波
浮渣
回流波

双锡波
焊 锡

7) 气泡式锡波： 针对有晶片零件的基板组件而设计。
8) 振荡式锡波：
另一种针对晶片零件焊锡问题而发展出的锡波，其优点为不需使用双锡波，无扰流波，减少溶锡翻溢至基板零件面的机会。
如何选择正确合适的锡波：最可靠的方法就是取基板至焊锡机中作实际的试焊。

4 输送机构
目前的焊锡机有两种主要的输送机构，一为治具固定基板，一为钩爪式夹住基板的两边。

1、治具式：
可防止基板在遇溶锡的高温时变形，适合各种形状特殊的基板，缺点为治具外表极易受助焊刘及焊锡污染。

2、钩爪式：
形状有“V”形、适合夹基板，有“L”形的适合夹治具连同基板，材料有不锈钢，不锈钢镀TEFLON或钛金属。
主要优点有： (1) 较锡与自动化生产线连线；
(2) 钩爪本身在固定基板时，所占基板周围的面积有限，适合边缘有线路的基
板的作业；
(3) 使用较具弹性， 例如更换产品机种，只需用手轮调整轨道宽度即可。

5 通风系统

焊锡机的抽风管尺寸及抽风机的能量应按照说明书所定规格配置，抽风量过小，则机器的热烟及助焊机气体将充塞工作环境；过大则影响预热器及焊锡温度。
焊锡机顶罩至抽风总管之间的支管设计为拆卸式，便 于清洁杂质，使抽风顺畅。

E SMT波焊技术

传动零件与SMD混合组装之锡焊流程 ：

印刷锡膏于PCB正面

放置SMD零件 于PCB正面
插入贯穿孔式有
脚 零件(VCD)

反转PCB及点 胶(红胶)
烘烤锡膏

回焊

放置SMD零件 及将胶硬化

清洗

SMT波焊

清洗之后过到附加

我们将从制程、点胶、零件、焊锡等方面探讨SMT波焊现象，问题与解决对策。

1 波焊的制程因素
1、气体之发生及陷入
传统贯穿孔式的波焊作业中，熔锡藉著润湿及毛细现象，升至零件脚与贯穿孔之中，而在SMT波焊时，因SMT零件之焊点并无穿孔式，由助焊剂及点胶受熔锡加热产生的气体无法排出，往往会留存于焊点附近，阻碍了熔锡接触零件端面或PCB上之焊垫(PAD)，形成焊点缺锡的缺陷. 此问题可以由