电路板焊接的品质要求

2020-05-19 12:01:49 665

美国电子与电器业界两大协会〈IPC与EIA),于1992年4月首度联合出版与组装焊接有关的各种规范,其编号NO.1者即为J-STD-001之本规范。十馀年来不但已成为美国电子电器组装业界最流行的品质允收规格,并还成为全球同业所共同遵守的典范。


如今面临全球无铅化之重大变化,而与焊接有直接关系的J-STD-001当然就必须改版,方得以因应众多供需双方的迫切需求。经过参与者长期的修改与投票通过,001D终于在2005.2正式上市。由于无铅焊接的缺点太多,致使一般业者都不愿太早进入量产,一直要等到2006.7继续有铅就要违法之际,才会全面採取无铅焊接,因而全新001D版中所累计的量产经还不够多,想必不久将来的E版还会儘快推出。



一、锡膏孔焊与波焊

(一)、无铅锡骨进孔熔焊

"插入式"锡膏入孔的做法;是先将锡膏印在第一板面或第二板面的孔环或部份进孔,然后再插入零件脚,并利用SMT熔焊的过程,同时将插孔的引脚也一併予以焊牢。以代替原本先做插孔波焊,然后再做板面锡膏贴焊的两次加工法。其目的并非为了省工,主要原因是无铅波焊所用銲料SAC或SC ,其等焊温太高与热量太大,对板材与零组件等都将造成很大的危害,且又容易自板面上熔解下来颇多的铜份,锡池在铜污染不断增加之下,更造成熔点不断上升、流动性逐渐不足,以致焊锡性不良与銲点强度劣化等多种后患。

不过此种以锡膏进孔熔焊代替无铅波焊的做法很新,经验尚在起步,如何做到最好仍有极大的改善空间。下表中所列之允收规格即为PIH法所应遵循之尺度。

表1、锡膏进入通孔经熔焊后之允收度

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1、所沾著之锡量系来自所印刷之锡膏。

大发快盈500 2、通孔中尚未塡满锡之25%空泛区,系兼指组装面与銲锡面。

3、锡膏可印著在组装面或焊接面的孔环与通孔中。


(二)、通孔之无铅波焊

J-STD-001在6.3节中亦将无铅波焊加以规范,而在6.3.2中更明确指出锡料应将通孔1007。塡满,并须在上下两侧的孔环上沾满锡量。

大发快盈500 表2、插脚通孔波焊后之起码允收情形

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大发快盈500 1、此处所沾之锡,可以任何方法所加工者,含印刷入孔之锡膏在内。

2、施加在任何板面之波锡或锡膏锡。

3、通孔中25%尚未塡满锡料之部份,系兼指第一面或第二面之不足处。

4、Class2板类直立孔中塡锡可低于75%。


(三)、第二级板类通孔填锡不足之允收说明

上表4中曾指出,当Class2板类通孔无铅波焊后,其孔内增锡不足75%时,例外情形为:
大发快盈500 凡当通孔所欲连接者为散热之大平面时,则波悍后该通孔中只要填锡到50%即可允收。不过附带条件是第二面(焊接面)填锡处,其插脚与孔壁之焊接须完成360°之完全互连(100%,且孔环表面亦应沾锡75%。且某些情沉下仍须遵守用户之规定

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大发快盈500 图1、通孔波焊后直立填锡允许25%未满之示意图。

但图中通孔与第一板面间,其填锡未满处的接触角须小于90°呈现新月形之表面



二、单面板之弯脚波焊

大发快盈500 IPC规范很少提到过单面板非镀通孔的焊接,非通孔环面的弯脚至少要45°,以待完成波焊后的銲点强度会更好。且第三段文字对弯脚銲点的外形也有所要求,要求其弯脚区形成的銲点中,其脚型仍应清晰可见才行,此即说明良好的焊接不宜加挂太多的锡量。否则徒然是流动性不足的拖泥带水,甚至是通过锡波速度太快在冷焊中所超出掠取的锡量而已。


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大发快盈500 图2、此说明PCB焊锡面某引脚通过波焊时,可能由于速度太快拖带的鍚量太多,以致接触角太大而无法允收。

大发快盈500 其次是谈到加工单面孔环焊的弯脚规格,大原则是引脚突出孔外者不可违反电性绝缘的起码空距。其他有关NPTH中引脚突出长度的规格则列于表2中。至于各銲点沾锡量多寡的允收度则另列表4中。

大发快盈500 表3、非通孔单面插焊之引脚突出

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大发快盈500 当有可能出现违反起码绝缘空距的情形,或引脚变形以致焊后过份突出而可能刺破防静电包装者,则引脚之突出不可超过2.5mm。

表4、非通孔电路板元件引脚插焊之起码允收情形

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1、所沾著的锡量系来自焊接製程所得到的锡量。

2、系指銲锡所接触到的任何板面上。



三、表面贴装

(一)、銲点外观

表面贴装(SMT)之无铅焊接其品质要求之文字叙述为:

"所有銲接点其銲料与被焊表面之间,均应呈现良好的粘锡性与附著性。完工的焊接点须呈现光滑的外观,銲点所出现的刮痕与伤印不可让焊接完整性发生劣化"

大发快盈500 由于銲料合金不同,引脚与銲垫的表面处理各异,以及大板子慢速冷却等参数,造成銲点外观灰暗、不亮与砂砾状表相等,对于材料与製程而言均属正常,此等銲点均在允收之列。

沾锡的好坏很难从外观上去判断,不过也可利用接触角去分辨焊接点的好坏,凡出现在PCB垫面或引脚表面的接触角,均不可超过90°。但亦有两种超过90°的例外情况,虽呈现銲料向外突出者却仍然可以允收。其中C图为銲料在銲垫边缘的突出。D图则为绿漆边缘的突出。

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大发快盈500 图3、左二图为正常允收之接触角,右二图为大于900而仍可允收的例外


无铅焊点与现行有铅焊点最大的差异就是外观的不同,无铅与有铅两者銲点之外观颇为相,以及接触角度较大的缺点。笔者个人认为此段文字太过于一厢情愿,事实上无铅焊接的问题太多,将来大量上线时,供需之间必将出现无穷的争议与烦恼,所可能衍生的种种苦难,势必将远远超过此段无关痛痒的文字,无可奈何之下也只好走一步算一步了 。



四、电路板銲点之各种缺失

凡銲接点出现下列品质不良者,均将视为不能允收:

a、銲点发生裂口

b、銲点出现扰焊现象,系指銲料尚处于浆态而未固化前,遭受到外力的抖动震动,以致外表出现皱纹等现象。

c、銲点出现冷焊现象,系指焊接热量不足,未能产生良好的IMC,而并焊牢的现象。

d、銲料之分佈已违反了起码电性绝缘之安全空距,或銲料已沿著引脚上爬而接触到元器件之封装本体,或渗入元器件之底部者,均视为缺点而不能允收。前者系指所各銲点所加挂的銲料太多,造成彼此间之起码安全空间遭到压缩;后者是指各式伸脚封装件其脚面过度爬锡而言。

大发快盈500 e、无法符合对沾锡所要求的品质规格者,简言之即接触角不可超过90°。

f、焊点之间发生搭桥等短路情形,除非该等导体原本在设计上就是彼此相通的。

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