面對無鉛化挑戰的復雜PCB組件

潤濕速度的降低

在不同的合金、焊劑和溶化溫度下面，合金材料的潤濕速度差異是非常大的。盡管潤濕平衡測試結果不能夠預示出波峰焊接的性能情況，它們可以提供在不同的合金配方、焊劑和溫度影響下所形成的相對比照方面的證明。較低的潤濕速度會轉換為在SMT器件上面更多的遺漏，以及較緩慢的移動到PTH器件的引腳針和柱體上面。為了能夠克服較低的潤濕速度的產生，人們可以采用在波峰上面較長的接觸時間或者較高的溶化溫度。但因為它可能會對元器件或者PCB 產生有害的影響，采用后者是不合理的。

三、流動性的降低

無鉛化合金與錫鉛合金相比較，流動性顯得要差。這類焊料升上引腳針和柱體上的潤濕時間要長，更易于受到非標準的定位或者間隙太窄對元器件所形成的遮蔽影響。像減少潤濕速度所形成的影響那樣，降低流動性所產生的問題，會導致需要更長的波峰焊接接觸時間。

減少流動性也會產生使更多焊料形成橋接的現象，這是由于從波峰上液體剝落緩慢而引起的。無鉛波峰合金焊接工藝溫度與錫鉛合金相比較，它們的凝固點相當的接近，所以焊接點（以及橋接點）凝固速度會相當的快?？焖俚哪虝龑Ψ乐箻蚪蝇F象小刀的使用，使得允許的偏差范圍縮小，尤其是對于那些設計不良的地方，情況會顯得相當的復雜。

隨著緩慢的排液、快速的凝固和缺乏去除橋接現象的工具，針對焊料的橋接現象，人們必須集中于對波峰焊接的液體剝落區域的關注來予以解決。剝落的動力會受到傳輸帶速度、較高的波峰和波峰的泵的運轉速度的影響。這些參數可能需要作一些微調，以實現有效的消除橋接現象，從而滿足微間距連接器或者扁平封裝器件的需要。

四、焊料可焊性的下降

氧化物的形成是由于可焊表面暴露的時間和溫度所決定的。這里存在有正面與反面不斷交手的典型實例：當焊劑試圖去除氧化物的時候，更多的氧化物會形成。較高的預熱溫度和花費在預熱通道內的較長時間，會增加在引腳上面、端接點和PCB上面氧化物的形成，針對焊劑的最有效的工作是將它們清除掉。氧化物是實現潤濕的障礙物，引發孔洞填充效果變差和更多的跳躍現象。為了能夠克服這些障礙物，則需要延長與焊料的接觸時間。

五、對加工參數的影響

增加預熱溫度、預熱時間、合金溫度和接觸時間，都會對焊劑產生新的要求。它們必須能夠在整個工藝處理過程之中承受嚴酷的溫度洗禮。免清洗焊劑配方具有高活性，在常規的波峰焊接工藝窗口之中， 為了能夠滿足可靠性的目的，要全方位降低活性。當焊劑被設計成能夠滿足無鉛化高復雜程度組件的應用需求時，會具有長時間、高熱承受能力，但如果它被用在采用較低技術含量的應用場合中，因加熱時間縮短、加熱溫度降低而顯得較冷可能會變的難以清除掉。這就需要焊劑可以提供良好的焊接性能，并且保持寬泛的加熱溫度范圍，這樣就對焊劑的配方提出了新的要求，這可以通過加寬它們的操作目標窗口，與此同時限制它們的操作，以滿足催化劑和其它混合物構成要素的要求。

六、單個因素的綜合歸并

緩潤濕時間、降低流動性、更多的氧化物和更具有挑戰性的熱暴露時間，所有這一切都使得無鉛化焊接工作變得有相當的難度。就像PCB變得愈來愈厚、愈來愈復雜那樣這些問題的影響會不斷擴展， 它們之間的相互作用會將情況變得更糟。

幸運的是，相關的解決方案在不斷地推出和引入。在全球范圍內的研究人員正在著力研究新型的焊劑和合金配方，探究能相互達到均衡的材料分配。設備供應商也在對實施工藝操作的設備進行研究和修改，通過一連串的過渡，有助于克服所產生的相關挑戰。人們每天都會在工藝認識方面有所收獲。

許多現行的方案能夠對付復雜的PCB組件在波峰 焊接過程中所己知的問題。它們中的一部分著力于根除相關的問題，其它僅"在周邊活動"。不管處于哪 一種情況，它們都能提高產量和限制返修?？梢钥隙ǖ恼f，像裝配廠商一樣，設備供應商和材料供貨商對這些問題都有著相當的認識，愈來愈多的解決方案將會浮現出來。

七、接觸時間的增加

在電路板的底部位置，通過增加接觸時間來應對潤濕速度、氧化作用和流動性的差異，將有助于提高孔洞的填充和減少跳躍現象。較長的接觸時間會增加涉及頂部的二次再流焊接和銅的溶解。此外，減緩傳象帶的傳輸速度，也能夠獲得充裕的接觸時間，但在預熱階段這可能會引發焊劑的燒壞。在這兩種情 形下面，PCB會因為較長的接觸時間而具有較高的溫度。

與無鉛化焊接工藝相適應的管嘴設計一般會位于 洶涌的波峰和平緩的波峰緊密在一起的地方，具有較寬泛的接觸長度，可編程的波峰泵在電路板一旦到達 波峰的時候可以提高速度（由此產生接觸），可以避免泛濫的危險。如果無鉛化焊接必須采用錫鉛類型的管嘴結構的話，使用焊料抹子（pallets）是有益的。抹子，由于它們一般較厚，位于前面擋板處，所以可以實現較深的沉浸深度（于是也就提高了接觸的長度），不會泛溢到PCB的頂部。

提高波峰的高度有助于改善孔洞的填充，但是它也可能阻礙降低橋接的努力效果。無鉛化焊接與錫鉛合金焊接相比較，焊料剝落對于減少橋接現象來說會 變得相當的關鍵。提高泵的速度或者波峰的高度，可以改變焊料剝落的形狀和流體動力狀態。在交換過程中需要對孔洞的填充和橋接現象的防止進行認真的考慮。如果需要采用折衷方案的話，應該參照最嚴格的 IPC工藝標準，孔洞的填充最低程度要達到75%。

八、對預熱的考慮

如果說電路板厚度達到2.4mm或者更厚的話，則必須使用頂部預加熱措施。對于簡單的電路板而言，可以在不采用預熱方法的情況下面使用無鉛化波峰焊接工藝。但這不適用于較厚的PCB。為了能夠確保焊劑具有充足的活性，可焊接的表面（包括頂部環狀物）對最低要達到的溫度有一定的要求。如果僅采用了底部的預熱措施的話，龐大的熱能量必須直接通過在電路板底部的焊劑，在PCB到達波峰以前，可能會使活化性能降低。頂部的預熱處理有助于傳遞來自于 PCB對面的熱量，可以在不直接對焊劑進行處理的情況下，提供所需要的熱能量。新型的、采用對流形式的頂部預熱比起傳統的遠紅外（infra-red 簡稱IR）方式，就熱量的傳輸來說顯得更為有效。

在波峰焊接過程中，預熱溫度是一個重要的控制參數。但預熱溫度作為一個關鍵的考慮因素時間并不長，當采用無鉛化焊接工藝焊接復雜的電路板的時候，它卻是非常重要的。將傳輸帶的速度降低，可以 對較厚的電路板上的孔洞提供實施填充所需要的接觸時間，它可能是在預熱隧道中所逗留時間的兩倍。實際的加熱曲線應該予以認真的考慮。這意味著要使用熱電偶和數據記錄來對溫度情況進行測量，對于溫度敏感區域或者手持式高溫計不能夠簡化測試程序。在過去，只要頂部或者芯核的溫度符合要求就可以了，并不關注加熱溫度曲線看上去到底如何。但是隨著預 熱時間（隧道時間）提升到錫鉛合金工藝處理方法的兩倍以上時，對免清洗焊劑的活性所帶來的沖擊必須予以考慮。

常規的底部加熱裝置采用紅外線對流方式。使用紅外線加熱區域的最大優點是它能夠讓焊劑擴展攤開，在電路板到達對流區域以前，可以緩慢地進行干燥，但它可能會將處于濕狀的焊劑吹離組裝的特定區域。從以往的經歷來看，IR操縱板在工作過程中會變得相當熱，在預熱循環的早期會傳遞大量的熱量。隨后的對流模塊可以在稍冷一點的溫度下面進行操作（盡 管說溫度的設置不能達到立竿見影），將熱量擴散到整個pcb組件上面。在長長通道中的運行時間內，可能要重新考慮對裝配組件加熱曲線的設置，將IR的溫度調低，允許對流模塊提供大多數的熱量。

九、對頂部的再流焊接

在較高的溶化溫度中采用較長的接觸溫度會對頂部的兩次再流焊接形成很大的風險。盡管說較厚的 PCB組件需要擁有較大的熱物質，但它吸受的熱量也會加大，在靠近通孔位置處的焊盤上一般會發生兩次再流焊接。當受熱的焊料填充滿通孔的時候，熱量通過導線會傳遞到焊盤上面，對現有的焊點基座進行再流?？拷?/span>QFP和BGA封裝器件的引腳所受到的風險最大。絕大多數的設計規則規定的通孔到焊盤的距離是基于錫鉛合金工藝的。盡管對于電子組裝來說，許多常規的設計工作是針對錫鉛合金工藝處理方法的，但在無鉛焊接工藝的環境下面它可能很容易受到傷害。 當人們對復雜的PCB組件進行研究的時候，將熱電偶放置在靠近借孔的焊盤上面不失是一種好方法，一般來說它的受熱情況較好，最好不要將它們與功率散熱片或者接地面結合在一起。