- 探究PCB焊接工藝使用氮?dú)獾睦碛?/strong>
- 可焊接表面的進(jìn)一步氧化也改善熔化焊錫合金的表面張力
- 對(duì)密間距使用氮?dú)?/strong>
焊接的一個(gè)行進(jìn)中的問(wèn)題是在回流焊接爐中使用氮?dú)獾暮锰帯Ｔ谶@個(gè)主題上我遇到的問(wèn)題至少每周一次。這個(gè)問(wèn)題不是什么新問(wèn)題。十年前，所訂購(gòu)的回流焊接爐至少一半規(guī)定有氮?dú)馊萜鳌Ｗ罱c回流焊接爐制造商的交談告訴我，這個(gè)比例保持還是一樣的，盡管使用氮?dú)獾年P(guān)鍵理由現(xiàn)在再不是什么站得住腳的理由。那些理由是什么呢？
首先，理解惰性化回流環(huán)境怎樣影響焊接過(guò)程是重要的。焊接中助焊劑的作用是將氧化物從要焊接的表面去掉(元件引腳和PCB焊盤)。當(dāng)然，熱是氧化的催化劑。因?yàn)槲覀儾豢赡軓幕亓骱附颖匾募訜徇^(guò)程中去掉熱，所以我們要減少氧化的其它因素 - 氧氣 - 通過(guò)用惰性的氮?dú)鈦?lái)取代它。除了減少，如果不能消除，可焊接表面的進(jìn)一步氧化之外，它也改善熔化焊錫合金的表面張力。
在八十年代中期，根據(jù)即將出臺(tái)的蒙特利爾和約(Montreal Protocol)，基于氟里昂的(freon-based)溶劑是很難行得通的，免洗錫膏成為一個(gè)可行的替代者。在錫膏制造商中間的許多研究與開(kāi)發(fā)得出免洗配方。理解的錫膏是外觀上可接受的(清潔、淡薄、沒(méi)有粘性)，腐蝕與電移良性的，足夠薄而不干涉ICT所用的針床測(cè)試探針。很低的殘留錫膏助焊劑，大約2.1~2.8%的固體含量，滿足前兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但通常干涉ICT。只有超低殘留材料，低于2%的固體含量，才可算得上與測(cè)試探針不干涉。
可是，低殘留的優(yōu)點(diǎn)是以低活性助焊劑作用為代價(jià)的，這需要所有可能得到的幫助，包括防止回流期間進(jìn)一步的氧化物形成。這個(gè)防止是通過(guò)惰性化來(lái)完成的，如果你想要使用超低殘留物錫膏，可能需要氮?dú)馊萜鞯臓t子。可是，在最近，已經(jīng)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了超低殘留物的錫膏，在室內(nèi)空氣環(huán)境(非氮?dú)?中表現(xiàn)非常好。
原來(lái)的有機(jī)焊錫保護(hù)劑(OSP, organic solder protectant)在加熱中消失，因此對(duì)雙面裝配，要求氮?dú)饣亓鳉夥諄?lái)維持第二面的可焊接性。現(xiàn)在的OSP，正如以前所討論的一樣1，在助焊劑和熱出現(xiàn)時(shí)消失。因此，第二面的保護(hù)劑直到印刷錫膏、或通過(guò)波峰焊接系統(tǒng)的上助焊劑、和焊接期間的加熱時(shí)仍保護(hù)完整。因此，惰性氣體是不要求的。
氮?dú)猸h(huán)境回流焊接的最早動(dòng)機(jī)是前面所提到的改善表面張力現(xiàn)象，通過(guò)減少缺陷來(lái)改進(jìn)焊接合格率已經(jīng)證明這一點(diǎn)。回到七十年代末期和八十年代早期，許多的文章都是關(guān)于回流焊接中惰性氣氛的使用。更少錫球的形成、更好的熔濕(wetting)和因而更少的開(kāi)路與錫橋，這些都是支持的優(yōu)點(diǎn)。
我作為一個(gè)見(jiàn)證人，記得一個(gè)西南中部的非常好心的實(shí)驗(yàn)家寫了一篇這個(gè)主題的專業(yè)論文。他使用了一個(gè)空氣對(duì)流/紅外爐，并用氮?dú)馊萜鲗⑺男?。我訪問(wèn)他時(shí)，他向我顯示他的有關(guān)生產(chǎn)運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)過(guò)程數(shù)據(jù)(SPC)，他交替地使用和不使用氮?dú)猸h(huán)境來(lái)運(yùn)行。當(dāng)我們翻閱其數(shù)據(jù)時(shí)，他會(huì)說(shuō)，“看看這個(gè)，看看那個(gè)”，這些數(shù)據(jù)描述了在氮?dú)猸h(huán)境中缺陷比空氣中輕微的減少。
當(dāng)然，我們有時(shí)遇到一些文章“喔，不用看這些了”，兩種氣體環(huán)境之間沒(méi)有發(fā)生什么差別。我要補(bǔ)充的是，我們從來(lái)不知道氣體中有多少殘留氧氣，因?yàn)闆](méi)有人使用過(guò)一個(gè)氧氣分析器 - 就象一個(gè)支持預(yù)知結(jié)論的試驗(yàn)。無(wú)論如何，雖然意圖良好，但該方法是不科學(xué)的。不管怎樣，這篇文章是有關(guān)在回流焊接中使用氮?dú)膺@個(gè)主題上引用最多的“權(quán)威” - 特別是在氣體供應(yīng)商所作的文章中。
這個(gè)時(shí)期的另一本書，提倡對(duì)密間距使用氮?dú)?，把它的公布基于合理的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。可是，這個(gè)試驗(yàn)只是在實(shí)驗(yàn)室完成 - “燒杯試驗(yàn)”與現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)相反 - 為了很少的改進(jìn)沒(méi)有計(jì)入生產(chǎn)中使用氮?dú)獾某杀?。我自己使用氮?dú)饣亓骱附拥慕?jīng)驗(yàn)是，對(duì)大多數(shù)表面貼裝焊接，相對(duì)于運(yùn)行氮?dú)獾某杀?，收效甚微?br />
記住，在過(guò)去13年中，爐子制造商已經(jīng)花了大筆的研究開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)來(lái)完善緊密的氮?dú)馊萜?。他們非常想補(bǔ)償其投資，這是回流焊接中的最大的唯一問(wèn)題。減少氣體消耗不是一個(gè)簡(jiǎn)單的技巧，當(dāng)你使用諸如在對(duì)流為主(強(qiáng)制對(duì)流)的爐膛中的所謂紊流氣體的時(shí)候。的確，有幾個(gè)制造商使用高爐內(nèi)氣體流動(dòng)和低氮?dú)饪傁?，已?jīng)達(dá)到驚人的低氧水平。這樣做，他們已經(jīng)相當(dāng)程度地降低了使用氮?dú)獾某杀?。在某些方面，使用正確的設(shè)備，這個(gè)增加的工藝成本是極小的。據(jù)此，我與我的朋友Dave Heller一致認(rèn)為，“在回流焊接中使用氮?dú)饩秃孟箅u湯 - 可能有幫助，但無(wú)厲害關(guān)系。”
當(dāng)然，隨著連接的密度增加，工藝窗口受到?jīng)_擊。在焊接芯片規(guī)模元件和倒裝片的應(yīng)用中使用氮?dú)馐呛芎玫谋ｋU(xiǎn)。在這種節(jié)骨眼上，我會(huì)毫不猶豫地為這種應(yīng)用使用一種惰性氣體。
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在表面貼裝回流焊接工藝中使用氮?dú)獾氖畟€(gè)主要理由
現(xiàn)在我們已經(jīng)回顧了使用氮?dú)獾募夹g(shù)上的原因，讓我們?cè)倏纯淳哂械獨(dú)饽芰Φ臓t子的強(qiáng)大市場(chǎng)存在的真正理由。特別感謝我們?cè)赥exas的同事Jerry Cupples ，他把這些情況總結(jié)得非常好：10)、氮?dú)馐俏覀冃乔蛏献钬S富的氣體，可以無(wú)限供應(yīng)。9)、由于到處都有的管道與精小別致的流量計(jì)所產(chǎn)生的化學(xué)時(shí)尚的神秘性。8)、比氬氣便宜得多，你可顯示成本節(jié)約的補(bǔ)償。7)、不會(huì)燃燒，不用擔(dān)心爐子著火。6)、你怎樣認(rèn)為Mick Jagger保持他那年青的膚色？5)、你有Air Liquide和/或Prex-Air的股票。4)、BGA的采用是任何購(gòu)買、變化、升級(jí)等的完美借口。3)、它可能不會(huì)使你的焊接點(diǎn)更好，但它會(huì)感化ISO審查員。2)、氣體銷售員的每月一次的免費(fèi)午餐。1)、我們都喜歡從管口沖出的壓縮氣體的聲音。
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