PCB熱風(fēng)整平工藝技術(shù)是怎么一回事

熱風(fēng)整平技術(shù)是目前應(yīng)用較為成熟的技術(shù)，但因?yàn)槠涔に囂幱谝粋€高溫高壓的動態(tài)環(huán)境中，品質(zhì)難以控制穩(wěn)定。本文將對熱風(fēng)整平工藝控制介紹一點(diǎn)心得。

熱風(fēng)整平焊料涂覆ＨＡＬ（俗稱噴錫）是近幾年線路板廠使用較為廣泛的一種后工序處理工藝，它實(shí)際上是把浸焊和熱風(fēng)整平二者結(jié)合起來在印制板金屬化孔內(nèi)和印制導(dǎo)線上涂覆共晶焊料的工藝。其過程是先把印制板上浸上助焊劑，隨后在熔融焊料里浸涂，然后從兩片風(fēng)刀之間通過，用風(fēng)刀中的熱壓縮空氣把印制板上的多余焊料吹掉，同時排除金屬孔內(nèi)的多余焊料，從而得到一個光亮、平整、均勻的焊料涂層。

用熱風(fēng)整平進(jìn)行的焊料涂覆的最突出的優(yōu)點(diǎn)是涂層組成始終保持不變，印制線路邊緣可以得到完全保護(hù)，涂層厚度是可以通過風(fēng)刀控制的；涂層與基體銅之間使金屬間化合鍵，潤濕性好，可焊性好，抗腐蝕能力也很好。作為印制板的后工序，其優(yōu)劣直接影響印制板的外觀，抗蝕能力及客戶的焊接品質(zhì)。如何控制好其工藝，是各線路板廠較為關(guān)心的問題。下面我們就其中應(yīng)用最為廣泛的垂直式熱風(fēng)整平談?wù)効刂破涔に嚳刂频囊恍┙?jīng)驗(yàn)。

一、助焊劑的選擇和采用

熱風(fēng)整平所采用的助焊劑是一種專用的助焊劑。它在熱風(fēng)整平時的作用是活化印制板上暴露的銅表面，改善焊料在銅表面的潤濕性；保證層壓板表面不過熱，在整平后冷卻時為焊料提供保護(hù)作用防止焊料氧化，同時阻止焊料粘在阻焊涂層上，以防焊料在焊盤間橋連；廢焊劑對焊料表面有清潔作用，焊料氧化物隨廢焊劑一同排掉。

熱風(fēng)整平用的專用助焊劑必須具有下列特性：

1、必須是水溶性的助焊劑，能生物降解，無毒。

水溶性助焊劑易清洗，板面殘留物少，不會在板面形成離子污染；生物降解，不用經(jīng)特殊處理即可排放，滿足環(huán)保要求，對人體的危害性也大大降低。

２、具有良好的活性

關(guān)于活性，即去除銅表面氧化層的特性提高焊料在銅表面的潤濕性，通常往焊料里加入活化劑。在選擇時，既要考慮到活性好，又要考慮到對銅的腐蝕最小，目的是減少銅在焊料里的溶解度，并減少煙霧對設(shè)備的損壞。

助焊劑的活性主要體現(xiàn)在上錫能力上。因?yàn)楦骷抑竸┧捎玫幕钚晕镔|(zhì)各不相同，其活性各不相同?；钚愿叩闹竸?，密集焊盤、貼片等處上錫良好；反之，則板面上易出現(xiàn)露銅現(xiàn)象，活性物質(zhì)的活性還體現(xiàn)在錫面的光亮度和平整度上。

３、熱穩(wěn)定性

防止綠油及基材受到高溫沖擊。

４、要有一定的粘度．

熱風(fēng)整平對助焊劑要求有一定的粘度，粘度決定助焊劑的流動性，為了使焊料和層壓板表面得到完全的保護(hù)，助焊劑必須有一定的粘度，粘度小的助焊劑焊料易粘附到層壓板表面上（又稱掛錫），并易在IC等密集處產(chǎn)生橋連。

５、酸度適宜

酸度過高的助焊劑噴板前容易造成阻焊層的邊緣剝離，噴板后其殘留物久置易造成錫面發(fā)黑氧化。一般助焊劑ＰＨ值在２．５－３。５左右。

其他還有一部分性能主要體現(xiàn)在對操作工及操作成本的影響，如氣味難聞，揮發(fā)性物質(zhì)高，煙霧大，單位涂布面積等，廠家應(yīng)在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上加以選擇。

試用時可按以下性能逐一測試比較：

１、平整度、光亮度，是否塞孔

２、活性：挑選細(xì)微密集貼片線路板，測試其上錫能力。

３、線路板涂覆助焊劑防止３０分鐘，洗凈後用膠帶測試綠油剝離情況。

４、噴板後放置３０分鐘，測試其錫面是否變黑。

５、清洗後殘留物

６、密集ＩＣ位是否連線。

７、單面板（玻纖板等）背面是否掛錫。

８、煙霧

９、揮發(fā)度，氣味大小，是否需要添加稀釋劑

１０、清洗時有無泡沫。

二、熱風(fēng)整平工藝參數(shù)的控制及選擇

熱風(fēng)整平工藝參數(shù)有焊料溫度、浸焊時間、風(fēng)刀壓力、風(fēng)刀溫度、風(fēng)刀角度、風(fēng)刀間距及印制板上升速度等，下面將分別討論這些工藝參數(shù)對印制板質(zhì)量的影響。

１、浸錫時間：

浸錫時間與焊料涂層質(zhì)量有較大關(guān)系。浸焊時基體銅和焊料里的錫生成一層金屬化合物ＩＭＣ　，同時在導(dǎo)線上形成一層焊料涂層。上述過程一般需要２－４秒，在這個時間內(nèi)可形成良好的金屬間化合物。時間越長、焊料越厚。但時間過長會使印制板基層材料分層和綠油起泡，時間太短，則易產(chǎn)生半浸現(xiàn)象，造成局部錫面發(fā)白，此外還易產(chǎn)生錫面粗糙。

２、錫槽溫度：

印制板和電子元件的焊接溫度普遍采用的焊料是鉛３７／錫６３合金，它的熔點(diǎn)是１８３℃。當(dāng)焊料溫度為１８３℃ －２２１℃時，與銅生成金屬間化合物的能力很小。２２１℃時，焊料進(jìn)入潤濕區(qū)，該范圍為２２１℃ －２９３℃?？紤]到板材在高溫下容易損壞，所以焊料溫度應(yīng)該選擇的低一點(diǎn)。理論上發(fā)現(xiàn)２３２℃為最加焊料溫度，實(shí)踐中可設(shè)２５０℃左右為最佳溫度。

３、風(fēng)刀壓力：

浸焊后的印制板上保持著過多的焊料，幾乎所有的金屬化孔都被焊料堵塞。風(fēng)刀的作用就是把多余的焊料吹掉，并導(dǎo)通金屬化孔，并不使金屬化孔孔徑減少的太多。用于達(dá)到這種目的的能量是風(fēng)刀壓力和流速提供的。壓力越大，流速越快，焊料涂層厚度就越薄。因此，風(fēng)刀壓力是熱風(fēng)整平的最重要參數(shù)之一。通常風(fēng)刀壓力為０．３－０．５Ｍｐａ．

風(fēng)刀前后壓力一般控制為前大後小，壓力差為０．０５ＭＰａ。根據(jù)板面上幾何圖形的分布，可適當(dāng)調(diào)整前后風(fēng)刀壓力，以保證ＩＣ位平整、貼片無突起等。具體值參照該廠噴錫機(jī)出廠說明書。

４、風(fēng)刀溫度：

從風(fēng)刀流出的熱空氣對印制板上的影響不大，對空氣壓力影響也不大。但是提高風(fēng)刀內(nèi)溫度有助于空氣膨脹。因此在壓力一定時，提高空氣溫度可以提供較大的空氣體積和較快的流速，以便產(chǎn)生較大的整平力。風(fēng)刀的溫度對整平後的焊料涂層的外觀有一定影響。當(dāng)風(fēng)刀溫度低于９３℃時，涂層表面發(fā)暗，隨著空氣溫度的提高，發(fā)暗的涂層趨于減輕。在１７６℃時，發(fā)暗的外觀完全消失。因此，風(fēng)刀溫度最低值不低于１７６℃。通常為了取得良好的錫面平整度，風(fēng)刀溫度可控制在３００℃－４００℃之間。

５、風(fēng)刀間距：

當(dāng)風(fēng)刀內(nèi)熱空氣離開噴嘴時，流速減慢，減慢的程度與風(fēng)刀間距的平方成正比。因此，間距越大，空氣流速越小，整平力也越低?？諝怙L(fēng)刀的間距一般為０．９５－１．２５ＣＭ．風(fēng)刀的間距不能太?、煼駝t空氣對印制板要產(chǎn)生摩擦會對板面不利。上下風(fēng)刀間距一般保持在４ｍｍ左右，太大易出現(xiàn)焊料飛濺。

６、風(fēng)刀角度：

風(fēng)刀吹板的角度影響焊料涂層厚度，如果角度調(diào)整的不合適，將造成印制板兩面的焊料厚度不一樣，也可能引起熔融焊料飛濺及噪音。多數(shù)前后風(fēng)刀角度調(diào)整為向下傾斜４度，根據(jù)具體板型及板面幾何分布角度略有調(diào)整。

７、印制板上升速度：

與熱風(fēng)整平有關(guān)的另一個變量是從風(fēng)刀之間通過的速度，即傳送器上升速度，該參數(shù)會影響焊料的厚度。速度慢，吹到印制板上的空氣多，因此焊料薄。反之，焊料過厚，甚至堵孔。

８、預(yù)熱溫度和時間：

預(yù)熱的目的是提高助焊劑的活性、減少熱沖擊。一般預(yù)熱溫度為３４３℃。當(dāng)預(yù)熱１５秒時，印制板表面溫度可達(dá)８０ ℃左右。有些熱風(fēng)整平?jīng)]有預(yù)熱工序。

三、焊料涂層厚度的均勻性

熱風(fēng)整平所涂覆的焊料厚度基本上是均勻的。但是隨著印制導(dǎo)線幾何因素的變化，風(fēng)刀對焊料的整平作用也隨著變化，因此熱風(fēng)整平的焊料涂層厚度也有些變化。通常，與整平方向平行的印制導(dǎo)線，對空氣的阻力小、整平作用力大，因而涂層薄一些，與整平方向垂直的印制導(dǎo)線，對空氣的阻力大，所產(chǎn)生的整平作用就小，因而涂層就厚一點(diǎn)，金屬化孔內(nèi)焊料涂層也存在不均勻現(xiàn)象。由于焊料從高溫錫爐中一提出立即處于 一個強(qiáng)壓高溫的動態(tài)環(huán)境中，想得到一個完全均勻、平整的錫面是非常困難的。但通過參數(shù)調(diào)整可盡量平整。

１、選擇活性好助焊劑和焊料

助焊劑是錫面平整度的主要因素，活性好的助焊劑可得到一個較為平整、光亮、完整的錫面。

焊料應(yīng)選擇純度較高的鉛錫合金，并定期進(jìn)行漂銅處理，保證其銅含量在０．０３％以下具體參照工作量及化驗(yàn)結(jié)果。

２、設(shè)備調(diào)整

風(fēng)刀是調(diào)整錫面平整度的直接因素，風(fēng)刀角度、前后風(fēng)刀壓力及壓力差變化、風(fēng)刀溫度，風(fēng)刀間距（垂直距離、水平距離）及提升速度都會對板面造成極大的影響。對于不同板型，其參數(shù)值都不盡相同，在一些技術(shù)先進(jìn)的噴錫機(jī)上配備了微電腦，將各種板型的參數(shù)存儲在電腦內(nèi)部進(jìn)行自動調(diào)整。

風(fēng)刀及導(dǎo)軌內(nèi)定時清洗，每兩小時清理一次風(fēng)刀間隙殘渣，生產(chǎn)量大的時候清理密度還要增大。

３、前處理

微蝕處理對錫面平整度也有較大的影響。微蝕深度過低，銅和錫難以在表面形成銅錫化合物而造成局部錫面粗糙；微蝕液中穩(wěn)定劑不良，導(dǎo)致蝕銅速度過快且不均勻，也會造成錫面高低不平，一般建議使用ＡＰＳ體系。

對于某些板型有時還需要進(jìn)行烤板預(yù)處理，也會對上錫平整有一定的影響。

４、前工序控制

因?yàn)闊犸L(fēng)整平是最后一道處理，前面的很多工序都會對其有一定影響，如顯影不凈會造成上錫不良等，加強(qiáng)前工序的控制 ，可使熱風(fēng)整平中的問題大大減少。

上述熱風(fēng)整平的焊料涂層厚度雖然存在不均勻性，但是均能滿足ＭＩＬ－ＳＴＤ－２７５Ｄ的要求。