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    电路板组装焊接10700字    電路板組裝之焊接──主編 白蓉生先生1.前言電子工業必須用到的銲錫焊接（Soldering）可簡稱為“焊接”，其操作溫度不超過400℃（銲點強度也稍嫌不足）者，中國國家標準（CNS）稱為之“軟焊”，以有別於溫度較高的“硬焊”（Brazing，如含銀銅的銲料）至於溫度更高(800℃以上)機械用途之Welding，則稱為熔接由於部份零件與電路板之有機底材不耐高溫，故多年來電子組裝工業一向選擇此種銲錫焊接為標準作業程序由於焊接製程所呈現的焊錫性（Solderability）與銲點強度（Joint Strength）均將影響到整體組裝品的品質與可靠度，是業者們在焊接方面所長期追求與面對的最重要事項PCB動態報導 .tw2.焊接之一般原則本文將介紹波焊（Wave Soldering）、熔焊（ReflowSoldering）及手焊（Hand Soldering）三種製程及應注意之重點，其等共同適用之原則可先行歸納如下：2.1空板烘烤除濕(Baking)為了避免電路板吸水而造成高溫焊接時的爆板、濺錫、吹孔、銲點空洞等困擾起見，已長期儲存的板子（最好為20℃，RH30%）應先行烘烤，以除去可能吸入的水份。

其作業溫度與時間之匹配如下：（若劣化程度較輕者，其時間尚可減半）烘後冷卻的板子要儘快在2~3天內焊完，以避免再度吸水續增困擾2.2預熱（Preheating）當電路板及待焊之諸多零件，在進入高溫區（220℃以上）與熔融銲錫遭遇之前，整體組裝板必須先行預熱，其功用如下：(1)可趕走助焊劑中的揮發性的成份，減少後續輸送式快速量產焊接中的濺錫，或PTH孔中填錫的空洞，或錫膏填充點中的氣洞等2)提升板體與零件的溫度，減少瞬間進入高溫所造成熱應力（ThermalStress）的各種危害，並可改善液態融錫進孔的能力3)增加助焊劑的活性與能力，使更易於清除待焊表面的氧化物與污物，增加其焊錫性，此點對於“背風區”等死角處尤其重要2.3助焊劑（Flux）清潔的金屬表面其所具有的自由能（Free Energy），必定大於氧化與髒污的表面自由能較大的待焊表面其焊錫性也自然會好助焊劑的主要功能即在對金屬表面進行清潔，是一種化學反應現將其重點整理如下：(1)化學性：可將待焊金屬表面進行化學清潔，並再以其強烈的還原性保護（即覆蓋）已完成清潔的表面，使在高溫空氣環境的短時間內不再生鏽，此種能耐稱之為助焊劑活性（FluxActivity）。

2)傳熱性：助焊劑還可協助熱量的傳遞與分佈，使不同區域的熱量能更均勻的分佈3)物理性：可將氧化物或其他反應後無用的殘渣，排開到待焊區以外的空間去，以增強其待焊區之焊錫性4)腐蝕性：能夠清除氧化物的化學活性，當然也會對金屬產生腐蝕的效果，就焊後產品的長期可靠度而言，不免會造成某種程度上的危害故一般配方都刻意使其在高溫中才展現活性，而處於一般常溫環境中則儘量維持其安定的隋性不過當濕度增加時，則還是難保不出問題故電子工業一向都採用較溫和活性之Flux為主旨，尤其在放棄溶劑清潔製程後（水洗反而更會造成死角處的腐蝕），業界早己傾向No Clean既簡化製程又節省成本之“免洗”製程了此時與組裝板永遠共處之助焊劑，當然在活性上還要更進一步減弱才不致帶來後患 PCB動態報導 .tw3.手焊(Head Soldering)當大批量自動機焊後，發現局部少數不良銲點時，或對高溫敏感的元件等，仍將動用到老式的手焊工藝加以補救廣義的手焊除了錫焊外，尚另有銀焊與熔接等早期美國海軍對此種手工作業非常講究，曾訂有許多標準作業程序（SOP）以及考試、認證、發照等嚴謹制度其對實做手藝的尊重，絲毫不亞於對理論學術的崇尚3.1焊槍（Soldering Gun）手焊此為最基本的焊接方式，其首要工具之焊槍亦俗稱為烙鐵。

其中的發熱體與烙鐵頭（tip）可針對焊錫絲（Soldering Wire）與待加工件（Workpiece）提供足夠的熱量，使其得以進行高溫的焊接動作由於加熱過程中焊槍之變壓器也會附帶產生節外生枝的電磁波，故焊槍還須具備良好的隔絕（Isolation）功能，以避免對PCB板面敏感的IC元件造成“電性壓力”（Electric Overstress; EOS）或“靜電釋放”（Electrostatic Discharge; ESD）等傷害焊槍選擇應注意的項目頗多，如烙鐵頭形狀須適合加工的類型，溫度控制（±5℃）的靈敏度、熱量傳導的快速性、待工溫度（Idle Temp.）中作業前回復溫度（Recovery Temp.）之夠快夠高夠穩，操作的方便性、維修的容易度等均為參考事項3.2銲錫絲（Solder Wire）係將各種錫鉛重量比率所組成的合金，再另外加入夾心在內的固體助焊劑銲芯，而抽拉製成的金屬條絲狀焊料，可用以焊連與填充而成為具有機械強度的銲點（Solder Joint）者稱之其中的助焊劑要注意是否具有腐蝕性，焊後殘渣的絕緣電阻（InsulationResistance，一般人隨口而出的“絕緣阻抗”是不正確的說法）是否夠高，以免造成後續組裝板電性絕緣不良的問題。

甚至將來還會要求“免洗”（No Clean）之助焊劑，其評估方法可採IPC-TM-650中2.6.3節的“濕氣與絕緣電阻”進行取捨有時發現焊絲中助焊劑的效力不足時，也可另行外加液態助焊劑以助其作用，但要小心注意此等液態助焊劑的後續離子污染性3.3焊槍手焊過程及要點(1)以清潔無鏽的鉻鐵頭與焊絲，同時接觸到待焊位置，使熔錫能迅速出現附著與填充作用，之後需將烙鐵頭多餘的錫珠錫碎等，採用水濕的海棉予以清除2)熔入適量的錫絲銲料並使均勻分散，且不宜太多其中之助焊劑可供提清潔與傳熱的雙重作用3)烙鐵頭須連續接觸焊位，以提供足夠的熱量，直到銲錫已均勻散佈為止4)完工後，移走焊槍時要小心，避免不當動作造成固化前焊點的擾動，進而對焊點之強度產生損傷5)當待加工的PCB為單面零件組裝，而其待焊點面積既大且多者，可先將其無零件之另一面板貼在某種熱盤上進行預熱；如此將可加快作業速與減少局部板面的過熱傷害，此種預熱也可採用特殊的小型熱風機進行6)烙鐵頭（tip）為傳熱及運補錫料的工具，對於待加工區域應具備最大的接觸面積，以減少傳熱的時間耗損又為強化輸送銲錫原料的效率，與表面必須維持良好的焊錫性，以及不可造成各種殘渣的堆積起見，一旦烙鐵頭出現氧化或過度污染時則須加以更換。

7)小零件或細腿處的手焊作業，為了避免過熱的傷害起見，可另外加設臨時性散熱配件，如金屬之鱷魚夾等PCB動態報導 .tw4.浸焊(Immersion Soldering)此為最早出現的簡單做法，係針對焊點較簡單的大批量焊接法（Mass Soldering），目前一些小工廠或實驗做法仍在使用係將安插完畢的板子，水平裝在框架中直接接觸熔融錫面，而達到全面同時焊妥的做法其助焊劑塗佈、預熱、浸焊與清潔等連續流程，可採手動或自動輸送化，則端視情況而定，但多半是針對PTH插孔焊接而實施浸焊SMD之貼裝零件則應先行點膠固定才可實施，錫膏定位者則有脫落的麻煩 PCB動態報導 .tw5.波焊(Wave Soldering)係利用已熔融之液錫在馬達幫浦驅動之下，向上揚起的單波或雙波，對斜向上升輸送而來的板子，從下向上壓迫使液錫進孔，或對點膠定位SMD元件的空腳處，進行填錫形成銲點，稱為波焊，大陸術語稱為“波峰焊”此種“量焊”做法已行之有年，即使目前之插裝與貼裝混合的板子仍然可用現將其重點整理如下：5.1助焊劑波焊連線中其液態助焊劑在板面塗佈之施工，約有泡沬型、波浸型與噴灑型等三種方式，即：5.1.1泡沬型Flux：係將“低壓空氣壓縮機”所吹出的空氣，經過一種多孔性的天然石塊或塑膠製品與特殊濾心等（孔徑約50~60?m），使形成眾多細碎的氣泡，再吹入助焊劑儲池中，即可向上揚湧出許多助焊劑泡沬。

當組裝板通過上方裂口時，於是板子底面即能得到均勻的薄層塗佈並在其離開前還須將多餘的液滴，再以冷空氣約50~60℃之斜向予以強力吹掉，以防對後續的預熱與焊接帶來煩惱並可迫使助焊劑向上湧出各PTH的孔頂與孔環，完成清潔動作至於助焊劑本身則應經常檢測其比重，並以自動添加方式補充溶劑中揮發成份的變化5.1.2噴灑型Spray Fluxing：常用於免洗低固形物（Low Solid；固含量約1~3%）之助焊劑，對早先松香(Rosin)型固形物較高的助焊劑則並不適宜由於較常出現堵塞情形，其協助噴出之氣體宜採氮氣，既可防火又能減低助焊劑遭到氧化的煩惱其噴射的原理也有數種不同的做法，如採不鏽鋼之網狀滾筒（Rotating Drum）自液中帶起液膜，再自筒內向上吹出氮氣而成霧狀，續以氮氣向上吹出等方式進行塗佈5.1.3波峰型Wave Flux：直接用幫浦及噴口向上揚起液體，於狹縫控制下，可得到一種長條形的波峰，當組裝板底部通過時即可進行塗佈此法可能呈現液量過多的情形，其後續氣刀（Air Knife）的吹刮動作則應更為徹底才行此種機型之價格較泡沬型稍貴，但卻比噴灑型便宜，其中溶劑的揮發量也低於泡沬型5.2預熱一般波焊前的預熱若令朝上板面昇溫到65～121℃之間即可，其昇溫速率約2℃／S～40℃／S之間。

預熱不足時助焊劑之活性發揮可能未達極致，則焊錫性很難達到最佳地步且在揮發份尚未趕光之下，其待焊表面的助焊劑黏度仍低時，將導致焊點的縮錫（Dewetting）與錫尖（Solder Icicles）等缺失但預熱溫度太高時，則又可能會對固形物太低的免洗助焊劑不利，此點須與助焊劑供應商深入瞭解5.3波焊5.3.1錫溫管理：目前錫池中銲料的合金成份仍以Sn63/Pb37與Sn 60/Pb40者居多，故其作業溫度控制以260?±5℃為宜但仍須考量到待焊板與零件之總體重量如何大型者尚可升溫到280℃，小型板或對熱量太敏感的產品，則可稍降到230℃，均為權宜的做法且還須與輸送速度及預熱進行搭配，較理想的做法是針對輸送速度加以變換，而對錫溫則以不變為宜，因錫溫會影響到融錫的流動性（Fluidity），進而會衝擊到銲點的品質且焊溫升高時，銅的溶入速率也會跟著增快，非常不利於整體焊接的品質管理5.3.2波面接觸：自組裝板之底面行進接觸到上湧的錫波起，到完全通過脫離融錫湧出面的接觸為止，其相互密貼的時程須控制在3-6秒之間此種接焊時間的長短，取決於輸送速度（Conveyor Speed）及波形與浸深等三者所組成的“接觸長度”；時程太短焊錫性將未完全發揮，時程太長則會對板材或敏感零件造成傷害。

若該波焊連線是直接安裝在一般空氣中時，則錫波表面會不斷形成薄薄的氧化物，由於流動的原因與組裝板（PWA）不斷浮刮帶走，故整體尚不致累積太多的氧化物但若將全系統尤其是波焊段採用氮氣環境所籠罩時，則可大大減少氧化反應的發生，當然也就使得焊錫性有了顯著的改進輸送組裝板的傳動面須呈現4?~12?的仰角，如此將使得零件本體的後方，被阻擋之“背風波”錫流不強處的焊接動作大獲改善一般現行波焊機均設有可單獨控制的雙幫浦與雙波（錫池則單雙波均有），前波呈多股噴泉式強力上湧者稱為“擾流波（Turbulent Wave）”，係逼迫強力錫流穿過多排各種直徑的迂迴小孔而形成，可直接衝打到行走中的底板表面，對通孔插腳或貼裝尾部接腳等焊接非常有利之後遭遇到的第二波，則為呈拋物線狀的“平滑（流）波（Laminar Wave）”對朝下板面的接觸時程較。