SMT中氮气气氛下的焊接.doc

SMT 中氮气气氛下的焊接 [摘要 ]在氮气保护下进行波峰焊和再流焊，将成为表面组装中技术的主流，环氮波峰焊机与甲酸技术相结合，环氮再流焊机活性极低的焊膏、甲酸相结合，能去除清洗工艺当今迅速发展的SMT 焊接技术中，遇到的主要问题是如何破除氧化物，获得基材的纯净表面，达到可靠的连接通常，使用焊剂来去除氧化物，润湿被焊接表面，减小焊料的表面张力，防止再氧化但同时，焊剂在焊接后会留下残留物，对 PCB 组件造成不良影响因此，必须对电路板彻底清洗，而 SMD 尺寸小，不焊接处的间隙也越来越小，彻底清洗已不可能，更重要的是环保问题在 1994 年国际组织发现CFC 对大气臭氧层有破坏，作为主要清洗剂的 CFC 必须禁用解决上述问题有效的办法是在电子装联领域中采用免清洗技术 一 氮气保护加甲酸的免清洗技术基本介绍 在氮气中加入少量且定量的甲酸 HCOOH 已被证实是一种有效的免清洗技术，焊接后不用任何清洗，无任何副作用或任何对残留物的担心 氮气作为保护气体极其合适，主要是它的内聚能量高，只有在高温和高压下(> 500°C，>100bar) 或添加能量的情况下，才会发生化学反应，目前已掌握了一个生产氮气的有效方法。

空气中氮气约占 78%，是一种取之不尽、用之不竭，经济性极好的保护气体 氮气作为保护气体，在焊接中的主要作用是排除焊接过程中的氧气 ，增加可焊性，防止再氧化 焊接可靠，除了选择合适的焊料，一般还需要焊剂的配合，焊剂主要是去除焊接前 SMA 组件焊接部位的氧化物以及防止焊接部位的再氧化，并形成焊料优良的润湿条件，提高可焊性试验证明，在氮气保护下加入甲酸后即能起到如上作用另外，在氮气保护下使用甲酸 HCOOH 作为活化剂焊接时，金属氧化物的还原程序为： MeO + HCOOH + 热 Me + CO2 + H2 注：Me 即金属 此化学方程式表明，在金属氧化物的分解过程完成后，没有任何残留物留下来，亦没有留下任何对环境有害的物质，并且，由于在缺氧环境下，还原出的金属不会再氧化 此外，甲酸在 160°C 以上即分解放出二氧碳和氢气，因此，经过波峰焊与回流焊的产品上无残留甲酸 二 氮气加甲酸技术用于波峰接机 　　　有关保护气体用在焊锡方面的第一份报告，是德国西门子公司在八十年代初发表的，经过多年发展后，现已被很多厂家采用实验表明，通常的波峰焊接机不能改装成氮气保护的机器目前，有一种产品是采用隧道式焊接槽结构的环氮波峰焊接机，其机身主要是一个隧道式的焊接加工槽，上盖由几块可打开的玻璃组成，确保氧气不能进入加工槽内。

当氮气通入焊接，利用保护气体和空气的不同比重，氮气会自动把空赶出焊接区 在焊接进行过程中，PCB 板会不断带入氧气注入焊接区内，因此要不断将氮气注入焊接区内，使氧气不断排到出口 氮气加甲波峰焊锡系统如下图： 氮气波峰焊锡系统 这种系统的氮气耗量为 18-20M3/h，成本较高，甲酸用量少，几乎可不计成本 效果： 1、从根本上消除了焊料的氧化，改善了液态焊料的润湿性能2、焊后无残留物，实现了彻底的免清洗工艺，节省了清洗设备的投资及清洗设备所需的材料费、操作费，保护了环境 3、用氮气后不良率降低 75% 4、在氮气下形成的焊点寿命较长 三 氮气加甲酸技术用于再流炉 氮气加甲酸技术一般应用于红外加强力对流混合的隧道式再流焊炉中，进口和出口一般设计成开启式，而在其内部有多道门帘，密封性好，能使组件的预热、干燥、再流焊接冷却都在隧道内完成在这种混合气氛下，使用的焊膏中不需含有活化剂，焊后无残留物留在 PCB 板上 效果： 1、减少氧化，减少焊球的形成，不存在桥接，对精细间距器件的焊接极为有利 2、节省了清洗设备，保护了地球环境 3、由氮气所带来的附加成本容易从节约的成本中收回，成本节约从缺陷减少及其所需人工节约而来。

　　　缺点： 1、氮气用量 16-18M3/h，成本较高 2、使用时需为炉内的残氧浓度进行测试，因实现清洗焊接是以高纯度氮气为代价 以上简单介绍了一种技术要提高可靠性，于 96 年引进了SMT 生产线，其中的再流焊炉与波峰焊均为使用氮气保护技术的机型，使用至今取得了较为理想的效果由于航天产品数量较少，因而是我们的生产线多数情况下是在加工对外承接的民用消费电子产品，因其对可靠性并不要求万无一失而要求加工成本要低，此时只好取消氮气保护措施 1. Fundamentals of Solders and Soldering（焊料及焊接基础知识）Soldering Theory（焊接理论）Microstructure and Soldering（显微结构及焊接）Effect of Elemental Constituents on Wetting（焊料成分对润湿的影响）Effect of Impurities on Soldering（杂质对焊接的影响）2. Solder Paste Technology（焊膏工艺）Solder Powder ( 锡粉) Solder Paste Rheology（锡膏流变学）Solder Paste Composition & Manufacturing（锡膏成分和制造）3. SMT Problems Occurred Prior to Reflow（回流前 SMT 问题）Flux Separation（助焊剂分离)Paste Hardening（焊膏硬化）Poor Stencil Life（网板寿命问题 )Poor Print Thickness（印刷厚度不理想）Poor Paste Release From Squeegee（锡膏脱离刮刀问题）Smear（印锡模糊） Insufficiency（印锡不足）Needle Clogging（针孔堵塞）Slump（塌落）Low Tack（低粘性） Short Tack Time （粘性时间短）4. SMT Problems Occurred During Reflow（回流过程中的SMT 问题）Cold Joints（冷焊） Nonwetting（不润湿）Dewetting（反润湿） Leaching（浸析）Intermetallics（金属互化物） Tombstoning（立碑）Skewing（歪斜） Wicking（焊料上吸）Bridging（桥连）Voiding（空洞）Opening（开路） Solder Balling(锡球 )Solder Beading（锡珠） Spattering（飞溅）5. SMT Problems Occurred at Post Reflow Stage（回流后问题）White Residue（白色残留物） Charred Residue（炭化残留物）Poor Probing Contact（探针测接问题）Surface Insulation Resistance or Electrochemical Migration Failure（表面绝缘阻抗或电化迁移缺陷）Delamination/Voiding/Non-curing Of Conformal Coating/Encapsulants（分层 / 空洞 / 敷形涂覆或包封的固化问题）6. Challenges at BGA and CSP Assembly and Rework Stage（BGA 、CSP 组装和翻修的挑战）Starved Solder Joint（少锡焊点） Poor Self-Alignment（自对位问题）Poor Wetting（润湿不良）Voiding（空洞）Bridging（桥连） Uneven Joint Height（焊点高度不均）Open（开路） Popcorn and Delamination（爆米花和分层）Solder Webbing（锡网） Solder Balling（锡球）7. Problems Occurred at Flip Chip Reflow Attachment（倒装晶片回流期间发生的问题）Misalignment（位置不准） Poor Wetting（润湿不良）Solder Voiding（空洞） Underfill Voiding（底部填充空洞）Bridging（桥连） Open（开路）Underfill Crack（底部填充裂缝） Delamination（分层）Filler Segregation（填充分离） Insufficient Underfilling（底部填充不充分）8. Optimizing Reflow Profile via Defect Mechanisms Analysis（回流曲线优化与缺陷机理分析）Flux Reaction（助焊剂反应） Peak Temperature（峰值温度）Cooling Stage（冷却阶段） Heating Stage（加热阶段）Timing Considerations（时间研究） Optimization of Profile（曲线优化）Comparison with Conventional Profiles（与传统曲线的比较）Discussion（讨论）Implementing Linear Ramp Up Profile(斜坡式曲线)重点企业目录一、 科技部、外经贸部选定的《北京地区 23 家“五定” 企业名单》1 联想集团2 同创集团3 长城集团 4 四通集团 5 巨龙集团 6 大唐集团 7 清华同方集团 8 中软总公司 9 北大方正集团 10 泛华经济发展有限公司11 北京同仁堂集团公司 12 北京航天长峰医疗器械公司 13 北京万东医疗装备股份公司 14 北京航空材料研究所(621) 15 中科院高技术企业局 16 北京三环新材料高技术公司 17 北京 JVC 公司 18 北大维信生物科技有限公司 19 北京三环新相膜新技术有限公司 20 北京曙光信息产业公司 21 北京凯思软件集团 22 中自汉王公司 23 清华大学紫光公司 二、 《北京市 50 家“ 五定”企业名单》电子信息1 联想进出口有限公司,联想集团公司 2 北京诺基亚移动通信有限公司 3 北京爱立信移动通信有限公司 4 中国电气进出口联营公司 5 北京松下通信设备有限公司 6 北京索鸿电子有限公司 7 北京村田电子有限公司 8 三菱四通电子有限公司 9 首钢日电电子有限公司 10 北京西门子电器有限公司 11 北京松下控制装置有限公司 12 北京日立华胜信息系统有限公司 13 恩益禧- 中科院软件研究所有限公 14 北京富士通系统工程有限公司 15 北京康泰克电子技术有限公司 16 港菱电子技术发展( 北京)有限公司 17 北京科泰科技有限公司 18 北京思元软件有限公司 19 北京鼎新信息系统开发有限公司20 中国电子进出口北京公司 21 北京东方冠捷电子有限公司 22 北京磁气应用电子有限公司 23 北京及成通讯组件有限公司 24 ABB 电气传动系统有限公司 25 北京德星电子科技有限公司 26 北京中菱现代通讯设备有限公司 27 北京诺基亚航星通讯系统有限公司 生物医药 28 中国北京同仁堂集团公司进出口公 29 北京协和医药科技开发总公司 30 航卫通用电气医疗系统有限公司 31 北京鼎立医疗设备有限公司 32 北京中科电气高技术公司 消费类电子 33 北京 JVC 电子产业有限公司 34 北京松下电子部品有限公司 新材料 35 北京金鑫半导体材料有限公司 36 北京化学工业集团进出口公司 37 北京三环新材料高技术公司 38 北京环航新材料技术公司 39 北京三环相模新技术有限公司 40 北京清华银纳高科技发展公司 41 北内集团进出口公司 42 北京京钢技贸公司 光机电一体 43 北京松下彩色显像管有限公司 44 北京振涛国际钛金技术有限公司 45 北京阿奇工业电子有限公司 4。