現行PCB絕大部分元件已採用熱空氣或熱氮氣之SMT錫膏熔焊(R e f l o w S o l d e i n g)，只有少數零件(如連接器或插座等講究接合強度者)仍?huà)裼门f式的波焊(W a v e S o l d e r i n g)。然而家電或工業(yè)控制之某些組裝板類(lèi)，當仍需用到體型碩大重量又不輕的變壓器或電解電容器時(shí)，則只得續用強度更好的通孔插焊，因而無(wú)鉛焊接當然要兼顧到熔焊與波焊兩方面的操作，缺一不可。
重錫膏熔焊Paste Reflow Soldering
升溫曲線(xiàn)Profile的比較
現行共熔(E u t e t i c)錫鉛之錫膏,其熔點(diǎn)(M.P.)為183℃，無(wú)鉛焊接最有希望之錫膏(錫銀銅共熔合金95.5S n／3.8 A g／0.7 C u)其熔點(diǎn)為217℃，下二圖即說(shuō)明其等熔點(diǎn)的差異，與熔焊溫度對不同時(shí)間的變化曲線(xiàn)(P r o f i l e)，兩者已出現明顯之不同：
、

圖1、長(cháng)時(shí)間（45-60秒）高焊溫（217℃以上）的無(wú)鉛式錫膏的過(guò)程中，板面原件可忍耐的極限 （230℃以上）與新舊兩種焊料其MP的對比

圖2、此為三種無(wú)鉛式錫膏對現行Sn63錫膏，在熔焊升溫曲線(xiàn)上的對比情況
表1、有鉛與無(wú)鉛二者熔焊比較

無(wú)鉛焊料為顧及不同的組裝類(lèi)型，及減少對原件與板子的沖突，除了繼續使用一波三折的馬鞍曲線(xiàn)外，也曾試採無(wú)預熱式的三角形變溫曲線(xiàn)。但其中恒溫與焊溫的時(shí)段都已加長(cháng)，如此一來(lái)所使用的各種助焊劑，其熱裂解的危機也增加甚多。如上圖2。四種銲料之熔焊其各種數據之比較，可進(jìn)一步於表1中見(jiàn)到詳細資料

圖3、此為無(wú)鉛銲料一波兩折的三角形升溫曲線(xiàn)。與有鉛與無(wú)鉛兩種銲料一波三折馬鞍式之升溫曲線(xiàn)之二例。
升溫曲線(xiàn)Profile的取決
由于業(yè)者對無(wú)鉛熔焊所使用的機組不同，待焊的板面大小與零件佈置也各自互異，且所用到的原物料又彼此有別；因而必須要在量產(chǎn)之前先行小批試做，以D O正方式就其等相關(guān)因素進(jìn)行分析，而找出最佳的升溫曲線(xiàn)(Profile)。換句話(huà)說(shuō)“升溫曲線(xiàn)”并非為一種固定的管
理手法，必須就產(chǎn)品特質(zhì)而隨機加以調變。其中一個(gè)重要的原則就是：待焊板面上各位置的溫差，最好能拉近到5℃以?xún)?，最糟時(shí)也不要超過(guò)15℃?，F場(chǎng)做法是以精確測溫的慼溫器(Profiler)與“熱偶線(xiàn)” (ThermalCouple)安置在板面各處，然后就所用的Profile進(jìn)行試焊，經(jīng)由多次調整的參數中，即可從所得銲點(diǎn)品質(zhì)回溯找出最佳的P r O f i 1 e o下圖即為數家日本電子業(yè)者對SnAgCu錫膏所慣的Profile，特列於此以供后進(jìn)者之參考。

圖4、此為無(wú)鉛式錫膏最常見(jiàn)的熔焊升溫曲線(xiàn)(Pronle)圖，也就是所謂“一波三折式”溫度的變化范圍，其中之Dryout亦即前文所說(shuō)的Soak恒溫段。

圖5、此為月本業(yè)者對無(wú)鉛熔洋較廣用的Profile，注意其中之恒溫吸熱段已延長(cháng)，且熔焊區的峰溫時(shí)間竟達10秒左右，對板材的衝擊將會(huì )不小。

圖6、由於無(wú)鉛熔焊的高熱量與長(cháng)時(shí)間，而助焊劑的活性也加強很多，故板面上的殘渣將很難清洗。且錫膏所逸出的助焊劑氣體對機器與環(huán)境都會(huì )造成污染，故新式機組板子進(jìn)入冷卻段之前必須要將有害的氣體截面下來(lái)。
二、無(wú)鉛之波焊
無(wú)鉛銲料之波焊比起熔焊來(lái)還要麻煩，若仍以S n A g C u之銲料而言。其機組中的錫池平均溫度，須增高5 O℃而約在250℃至260℃C左右；至於焊接瞬間的波峰溫度則更將高達280℃以上(約3-6秒)，且預熱時(shí)間亦需加長(cháng)，以減少高溫的熱衝擊。如此之熱量大增下。所帶來(lái)的負面效果自必極多，現就其等缺失與改善分別說(shuō)明如下：
◆板材的Tg至少要170℃以上，而且還要具有CAF的功能。
◆助焊劑容易裂解，且在固形物松香(Rosin)增多下，所遺留的殘跡不但變多而且又很難清洗，可加裝氮氣環(huán)境減少氧化而改善之。
◆高溫氧化增強之下，也造成錫池本身浮渣的增多（相同氮氣情況下，SnPb之浮渣量每小時(shí)約為12gm／hr），但Pb—Free者卻高達27 gm／hr)，而且P b—F r e e之銲料與助焊劑之成本又比SnPb貴了許多，致使總體成本大幅上揚。而且為了品質(zhì)與可靠度著(zhù)想，還須加裝氮氣環(huán)境以做為改善。
◆Pb—Free的銲料比重變輕，使得工MC不易浮出且溶銅量亦加快，以致造成提早換池，增加成本。加以耗熱量增大，致使現行之波焊機組已經(jīng)不能再適應，必須設法改裝(R e t r O fi t)或另購新機。
◆為了要使無(wú)鉛銲點(diǎn)結晶變得細膩而更為可靠起見(jiàn)，焊后的冷卻速率必須要加快才行，且還須加裝特殊配件，以防助焊劑闖入冶卻段中，而得以減少污染與后患的發(fā)生。
◆所用不銹鋼之錫池與螺旋槳，長(cháng)期強熱中均將遭到高比例純錫的攻擊，免不了會(huì )有鐵份溶進(jìn)錫池中形成S n F e式的工M C，造成不銹鋼本體的蝕點(diǎn)(P i t S)與破損，并帶來(lái)焊接困難與銲點(diǎn)不良。必須定期更換錫池中的銲料(或鐵量到達0.3％時(shí))，每半年亦應更換不銹鋼錫池與受損的推進(jìn)器(見(jiàn)下圖l 3)。當然亦可換裝已具有保護膜的新機，或對舊機增加保護性之特殊表面處理。當然也可直接採用能夠抵抗熔融純錫攻擊的特殊合金，不過(guò)其成本將會(huì )相當昂貴。
◆為了防止熔融純錫對推進(jìn)器的攻擊，現已開(kāi)發(fā)出一種“電磁泵”；系利用電流與磁場(chǎng)的力量做出抽送的動(dòng)作，可使波幅的寬度增至5 O O m m，而實(shí)用性相當不錯。此機系以鑄鐵建造錫池本體，另外貼附上尋F導體且能抗錫攻擊的表面處理。但要注意浮渣的去除，以免對槽體造成傷害。最好還應加裝氮氣環(huán)境，以降低浮渣與減少維修，并還具有節省助焊劑，以及提升沾錫性與抑制缺點(diǎn)的好處。

圖7、即為無(wú)鉛波焊造成不銹鋼推進(jìn)器已受損情形，右圖為推進(jìn)器加做特殊表面處理后之完好外貌。

圖8、為無(wú)鉛波焊全新設計電磁式(E1ectrOmagnetiC)波焊機之部份說(shuō)明圖，當其銲料採用S n 9 9．3 C u O．7(m．p．22 7℃)時(shí)，則全機至少應可耐得2 80℃的長(cháng)期高溫操作，才能成為量產(chǎn)的實(shí)用機組。
三、氮氣的影響
現行共熔錫鉛之錫膏，其中所摻入活性較弱的免洗助焊劑，經(jīng)過(guò)供應商多年努力后，即使活性不算很強者，但在焊錫性方面卻也有了極大的改進(jìn)。故即有了氮氣環(huán)境(殘氧率為1000ppm以下)的協(xié)助，其品質(zhì)可改善的空間已經(jīng)不多。於是現行代工組裝者(E M S)為了節省成本起見(jiàn)，氮氣環(huán)境的流行已漸退燒以減少開(kāi)支。

圖9、此為三種無(wú)鉛銲料與現行S nPb銲料，分別在熱空氣與熱氮氣中熔焊后的外觀(guān)對比。對三種無(wú)鉛銲料而言，其氮氣中的散錫面積都要比熱空氣中更好。外觀(guān)的光滑度也差異頗大。

圖10、此為四種無(wú)鉛式錫膏與SnPb錫膏，分別在熱空氣與熱氮氣之熔焊后，就其所量測散錫面積的比較，由圖可知現行有鉛銲料之熔焊，的確比無(wú)未來(lái)無(wú)鉛者優(yōu)異頗多。
然而無(wú)鉛式錫膏由於沾錫性(W e t t i n g)欠佳與散錫性(S p r e a d i n g)較慢，在先天上已經(jīng)大大的不足。若以接觸角的大小來(lái)度量焊錫性之品質(zhì)者(為沾錫性與散錫性的總和)，則Sn63位11.1℃，二SnAgCu者則已經(jīng)增大到33.9-34.2℃無(wú)可奈何之下，於是只好不得不將不具有腐蝕性而活性較弱之免洗助焊劑，改為活性強的水洗式助焊劑，并還需延長(cháng)操作時(shí)間以促反應。若能再加入氮氣環(huán)境以減輕高溫之氧化效應時(shí)，其散錫性與外觀(guān)品質(zhì)當然就會(huì )出現相當大的改善，而且焊溫至少還有降低l O℃的利益，以及消除墓碑(Tomb-Stoni n g)減少助焊劑劣化等好處。上列之圖9與10二者即為其實(shí)物外觀(guān)與統計數字之比較情形。
由於無(wú)鉛錫膏中助焊劑的先天不足，一經(jīng)改用強活性水溶助焊劑后，在更熱與更久的煎熬下,其過(guò)度氧化所產(chǎn)生的殘渣，不但很難清洗外觀(guān)十分難看，而且后患也不小。甚至與現行的自動(dòng)化機組也很難配合。此時(shí)若能獲得氮氣環(huán)境的協(xié)助，外觀(guān)與可靠度方面當然就會(huì )出現較好成績(jì)。     從原理上進(jìn)行探討時(shí)，額外的氮氣環(huán)境對無(wú)鉛熔焊與波焊而言，事實(shí)上完全不能助焊，而只能減低高溫中待焊件表面的氧化情形而已,然而間接方面對焊錫性與銲點(diǎn)強度，卻也提供了極大的助益。從目前的各種結果看來(lái)，無(wú)鉛焊接要想不用氮氣，其機會(huì )恐怕實(shí)在不多了。

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