MOS电路波峰焊接工艺

航天工艺 第 4期 MOS电路波峰焊接工艺 上海航天局八。九所 刘尚志 文 摘 波峰焊接技术在国内外已被广泛使用，但在国内航天系统用于型号产 品印制电路板的焊接为数不多，尤其是焊接MOS六中规模的集成电路尚无先例，要 做到这一点，首先要有一台工作稳定可靠性好的波峰焊机，其次是印制电路板重新 设计，克服手工焊接印制电路板中存在晌不适台波峰焊接的问题，如元器件排列方 向，印制线条走向以及防静电措施和有关的辅助材料的模索。 主题词 集成电路 印制线路板 波峰焊接 我昕在1989年 2月承接了05—2气象卫星的姿控系统备份计算机的 研 制 任 务。该 机 由 大、中、小规模56种规格的CMOS集成电路组成，在l0块印制电路板上共计 有277块，其 中 有 8×8 ROM~M 8×8 RAM若干组廊，性质 定了该机应是一种高可靠、长寿命的微型计 算机 决定研制井使用防静电波峰焊接工艺技术。具体要求 1)不损坏cMOS器件。 2 )焊接质量可靠，一致性好。 3)提高生产率，改善劳动强度。 一 、 静电危害和防静电措施 I 静电危害。物体(导体或半导体 )间的摩擦或挤压，都会产生静电效应。没有经过 特殊处理的场所，存在静电场，它的高低与场内湿度有兼a见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。 相对湿度与静电电压的关系 表 1 l0畴～20惦 65畴～00舞 地毯上行走 35 000 l 500 塑料地板上行走 1曹000 250 工作台上作业^员 6 000 l00 工作台上塑辩包装奢 7 0O0 600 自工作台拿塑 料袋 20 000 ● 1 200 装上泡抹塑料 的座掎 1日000 l 5O0 由表 1可知t工作室内严禁采用塑料制品。 各种半导体器件典型的耐静电压值。参见表2。 · 13 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 半导体器件类型的耐静电电压范围 表 2 半 导 ．I木 器 件 类 型 M0S场效应臀 陌{静电电压范围 (V) 结场型场效应昏 互 幸卜 MOS 在我们周围存在的静电电压是很高的，但至今尚末引起人们充分 的重视 。 表 3展示了人体带电和放电的关系 (设人体c=lOOpf)从表 8我们可观察到。 当人体有 电感觉时，静电压已高达IO0OV~2oooV。从表 1，2、8可知i各种MO．q器件在人体有电 感觉时，早巳被损坏或留有后患。 静电压对人体的摩觉 表 5 带 电 电 压 (V) 放电 (电击 )感嚣 500 毫无感觉 1 000 指 甲赦弱痞觉 2 O00 手指背有感觉 昕蓟放电青 4 O0O 手指徽痛 黑夜可见发光 5 0OO 前腕痛 黑夜可见火花 7 00O 手掌强痛 1 0 0O0 整个手痛有皂流通过 ， _ ， ， 2 预防 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 综上所述，静电电压对Md 电路危 极大，必须设法防范或将其消除。 消除静电一般有静电泄漏法及中和法。 <1)静电泄漏法。将带有静电的一绝缘导休接地，静电会泄漏，这就是静电泄漏法。 这一简单的方法对于电子元器件，尤其是MOS器件 静电电压很高，则所产生的静电电流会很大，定以 串接一只MQ以上的电阻，可起到安全保护作用。 <2 )中和法。中和法就是采用离子发生器， 中的正、负静电荷。 是不萼 的，因为它的阻抗非常小，如果 使Mds器件遭受破坏，若在接地的线路上 在空气中产生正、负离子，从而中和空气 (3)我所采用泄漏的方法，按QI／Z]53—85‘‘MOS集成电路安装工艺细则 *中的有关 规定 实施。具体是：将原有的市电重复接地，引出端严格分开作电子地 用 ，然 后 用2C29型 地电阻测试仪，测量作电子地用的引出端与大地的地电阻是0．25Q。另 ，为减小焊接点的 接触电阻，焊 点的接触面积应大于干线截面积的 6倍。 (4)经实施完成后，各工作场所对地的电阻分别如表 4所示，其结果完全 符 台QI／Z 153--85规定的技术要求 一 8 其它措施 (1)导电地垫。导电地垫能尽快消除工作台面周围及人体的静电电荷， · 】4 · 维普资讯 http://www.cqvip.com (2)导电 而。导f乜桌而可以立刻泄祸圆桌而上物体移动所产生的静电电荷； (8)腕带。为防止操作者在移动时产 L不安全的静电电压，则对人体必，丽提供固定构 对地放也趱道，这就是腕带f ( I)丧 5昕示为桌垫、地氆、腕带安全操作允许的最大电阻和放电时间} 使用场所对大地的总电阻 表4 最大电阻与放电时间 表 5 楼 层 I 与大地的总电阻 口．3 口 0．370 4 0．300 5 口．1口口 — — f—_I ——■ 一 臃带至地 J (5)修补时用电烙铁头接 电子地，要良好 (6)存放，运输MOS时的防范措施。元器件采用金属屏蔽盒存放和搬运。印制 电 路 板用防静电周转箱存放搬运； (7)元器件筛选。按 Q Zl53—85的技术婴求，布置元器件成形前的老化筛选工作场 地。布设电子地的装置，二楼干线端对大地电阻参见表 4。 总而言之MOS元器件只有每只引脚处于同电{赴，才能避免静 电荷对它的损伤·以上所述 捉及是存放和搬运阶段的防范措施，至于在设计和讽试MO$器件构过程中也有必不可少的防 范措施，只有每个阶段共同工作才能保证整机正常运行。 4 XFB—IB波峰焊接机防静电设施。 我所l娃峰焊接机安装于五楼，它的电子地干线(从表4得其总电阻为0．4Q)被引接至它 的外壳，盒上电源，则波峰焊接机处于正常工作状态。用 Q5一V型静电电压袁和QF2290型静 咆探I捌器捌试渡峰焊接视的外壳，对电子地干线闻的静电压必颓小于3V(电子地干线断开， 场地周围静电电压为180V以上 )。 焊接时焊料喷 口的静电电压。用 Q5-V型静电电压表观察焊料喷 口与龟子地干线的静电 l 压，必缅小于3v，若高于这个指标，则在电子地完好的情 况下，通过加大对地干线的散面 积或 减小接点的电阻来改善。 波峰蜱机的外壳与三榴零线之间应绝缘，电随值必须大予 i MO以上。 为保证型号产品印制电路板波峰焊接的质量，同时还 须研试与其相关的材料。 =、焊料液面防氧化剂的选用 随着时间和温度的变化，裸露在空气申的金属表面极易产生～层氧化 膜。一般在 常 温 下，金属表面的这种氧化现象不十分显著，但在高盈的条件下，极其明显。 在商达24o~26o℃的温度下，焊料与大气层中的氧的接触面积太，由此大量的氧化物迅 速产生，加之波峰焊接的焊料喷射时上下运动，更迅速增生氧化物·与拙同时已氧化的金属 体由于运动而跌落A锡缸内，含有氧化物的铅锡台金又披怍为焊料重新喷出，周而复始，一 段时间后，用内眼可观察到比焊料液面暗淡一些的氧化物颗粒，这将严重影响印制电路板的 · l5 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 焊接质量，如产生焊点内部气泡，氧化颗粒等。 为解决以上问题，必须在焊料液面上复盖一层有机物质(称防氧化剂 )，但是使用后又 会产生副效应，例如烟、异昧和渣中台有焊料等。 我们在国内，收集到五种防氧化剂并作比较试验，结果如表6。 襄 6 编 号 1 2 4 6 7 加荆厚赛 闽 点 在250。C下 渣 中 旋 平 性 保持时间 烟 异 昧 ( C ) f h】 含锡 量 ZY-101 2～ 8 抒 2 8O B ★ 太 多 TDB 2～ 8 好 250 未柞 束作 束作 束 作 W-7 2～ 8 好 300 太 大 基 率无 II$一8 2～ 8 好 300 6 大 大 基车无 防氧化剂 2～ 8 好 300 B 太 大 基车无 注，zY—10]蒲中含锡量多，TDB／*％]点低，w一7价格高均被淘汰。 从表 6中可知 HS～ 3和防氧化剂的副效应大。而实践经验告诉我们 采用科学 的 间 隔法可取消焊料液面防氧化剂的使用。 。 · 科学的间隔法，即当被焊料到悼料喷口时，起峰捍接，_此时仅在波蜂喷口液 面 有些 氧 化，当被焊件通过焊料喷口时，不超峰，使焊料液面处于静止袄惑，从而整个铅锡台金表面 漂浮一层氧化物，以隔绝空气，达到控制焊料继续氧化的目的，若能坚持每天清除焊料液面 防氧化剂残渣和定期取样化验，将收到良好的控制氧化的效果。 三，助焊剂的选用和预热温度 助焊剂的使用是波峰焊接全过程中一项重要工序，助焊剂质量的好坏，将直接影响到印 制电路板的焊接质量。 1 助焊剂的选用。WS-7(松香型 助焊剂 )江苏海门三阳化工厂 ， AS-2(松香型助焊剂 )北京华北光学仪器厂 ， 2 试板的选用及其示意图 (图 1) (1 ， 2 ， 3 、 4 、窖 三块，其中 3 4 1是产品板， 4 同时又是双面金属孔 化 板 )， _ 8 试验设备。68一A型半导体温度计 (0～i5O℃)， XFB-IB电磁泵波峰焊接机， 4 试验方法。分别将助焊剂按规定比重加入助焊槽内，当波峰焊机各工位正常 (助焊 剂密度、走链速度、波峰高度不变的条件下 )后，再分别将编好号的试验板加入传送机构， 其工序为，．送入一馀助焊剂一预热一波峰焊一 冷却一检查 ； 5 颓热温度系指印制电路扳元器件面实剥温度，它与扩展率的关系参见表 7。 用肉眼借助于4倍放大镜观察扩展率 (％ )。当7D℃、80℃时 1、 2、 8块 板 焊 点 堆 · 16 ’ 维普资讯 http://www.cqvip.com 曼 圈 1t 1号试验提 。lUlIIlUlI!i =i『『『眦 n珊 m ：量 量 - 一 。。’—。‘一 i§i；EE羞 -；■■■■■■曼 ■ 一 挥接方向 ： ：n 图 1 b 2号试验板 预热温度与扩展率 表 7 言 70。C 80。C 85 C 90 C 95‘C 1 00。C 105 C 1‘軎 三块 60％ 70％ >80嘶 同左 同左 同左 焊点暗淡 2’軎 三块 S0畅 70璐 >a0髂 同左 同左 厨左 焊点 暗淡 8 軎三泱 60％ 0嘶 >80嘶 同左 屙左 同左 焊点暗嵌 4 軎三块 60％ 60晡 )76髓 )8O％ 同左 同左 局 左 起，有些冷焊、桥连 拉尖。当85～1OOI℃时很好 ，105~C焊 点暗淡。 4 板因是双面板生焊更重些，且有桥连、拉尖 在9O～1日5℃时焊点 很 好，110℃时焊 点显暗淡 。 由表 7可知，最佳预热温度单面板为85~100℃。双面板为9O～l05℃。 根据国内外有关资料，助焊剂的扩展率>80％为合格。 (GB一9491-88) 四、印制电路板的设计 若应用波峰焊接工艺予型号产品的印制电路板，则电路板必须重新设计，以防止手工焊 接电路板在采用波峰焊后带来的不必要的麻烦。 1 焊盘与孔径。元器件的引线有方形、长方形和圆形，目前采用的绝大多数是圆形。 在印制电路板设计时，印制图形应与元器件引线形状一致 (双列直插电路除外 )，否则 在波峰焊接时极易产生虚假焊或孔内缺陷等弊病。 双 列直插电路的Sf脚为长方形，属密集形的焊盘，而要制造长方形孔是极其困难 的，故 提倡选用圆形孔径4o．8ram，焊盘61．5ram。 其它}中断孔 (对穿孔 )孔径为 0．6ram，焊盘为 1．27mm~R，C引 线 为4o．6mm时， 孔径 0．8ram，焊盘 2m ’引线6o．8mm时，孔径 1mm，焊盘62．5m ，R、C引线61．3ram 时，孔径61．5ram，焊盘 3131131。 · l7 · =薹_塞 一= 托 n竹号 嫩m琳卅0 维普资讯 http://www.cqvip.com 2 焊盘间帕距离。 以双列直插电路 为例，引线与引线中心的间距为2．54mm，去掉焊盘的 1．5ram， 距应 大子 1 mm(还可布一根宽为0．3mm的印翩导线 )，其它以此为准。 为保证整板的焊盘与孔径的A B面重叠一致性好，应 采用同一张贴 稿 (即焊盘稿 )。 3 印制导线宽与印制导线间的有效间隔。 导线宽与导线间的有效间隔基本为 l：l a 有三种基本线： 1)线宽 lmm时，有效间隔≥ 1m 2)线 宽O．5ram时，有 效 间 隔 ≥O．5ram，3 )线宽0．3mm时，有效间隔≥O．3mm。 电源线和地线宽可根据实际板子的功耗增减，一般宽为 2～ 8 mm，但要注意 的 是它们 间的有效间隔必；蕊大于 l mm 印制电路板的三种布线。 1)垂直线——用于印制电路板的A面J 2 )平行线——用于 印制电路板的B面J 3 )斜向线——A B面皆可 (但要求斜向角为45。或圆角 )。 4 元器件排列及孔径 元器件 (包括R、c等器件 )的排列按垂直或平行二个方向，若有超重或超高 的，则 应 在印制电路上均匀分布。孔径 (包括R c等分立元器件 )按2．5ram， 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 格网排列。 5 特殊区域的印制线 。 印制线的宽度超过了 3 mm以上 ，其电源线和地线采用网格式 ，以起到散热作用，克 服 在波峰焊接时受热而产生的印制线起翘分层。 8 阻焊剂的使用 印制电路板 A、B板面涂上阻焊剂，可以消除在波峰焊接时产生的许多不利因素。无阻 焊剂对，不应焊接的印制线条上也涂上焊料，造成焊料浪费，它不仅增加了印制电路板的重 量，而且还可能在波峰焊接时造成桥接等许多不利 因素。 在涂上阻焊剂后，经波峰焊接，阻掉剂会起皱或局部脱落，影响印制电路板 的 外 观 质 量。为此可采用热风整平或线条黑化的方法达到比较理想的效果。 五、元器件成型 元器件成型的方法有机械成型和手工成型二种。一般机械成型适用于大批量生产，而手 工成型适用于小批量加工。目前我所的型号产品上所用元器件的成型采用手工成型 (即 手 工成型钳 )。 (1)元器件成型后二j【线间的距离：根据2．5mm,~格的规范与正整 数相乘 ，可得选用范围有以下五种： 5，7．5，10，15，20mm。 (2 )元器件成型弯曲半径R≥2d(d是引线直径 )。 (3)元器件成型后引线根部不得弯曲，引线长度应>2 mm。 (4 )元器件成型后，轴向二引线扭曲度不应>l mm，如图 2所示。 (5 )元器件成型后，弯曲成型处不得有明显刻瘦或损伤。 (6 )元器件成型后，引线剪切端面不得有超过0．2ram的毛刺。 (7)文字标记必须向上外露，并且方向一致(色环元器件除外 )。 围2轴向=§}脚扭曲度 如图 8所示。 · 1 8 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 车抒井聃 嗣 圉 8 字符 方向 (8)元器件在印制电路板上的插八方式：元器件引线 直径d< 0．8ram，提倡采用卡八式。所谓卡八式，是指引线 成型后，在插入印制电路板的部位有一个小R，卡住印制电路 板，使之不易松动或脱落，如图 4所示。 若gi线直径d> O．8ram，采用直插人为宜。 (9)元器件安装 ： 元器件安装重心越低越好，故提倡采用平卧式和悬卧式 安装二种方法。 臣 4 电阻成 型 图 4 b 电容成型 平卧式安装——板厚1．6ram-I-焊点高度1．5～ 2 m } 悬卧式安装——板厚1．6ram-I-焊点高度1．5～2mm+有效空间 l～2mm 注：型号产品尽量不采用直立式 (地面产品例外 )。 六、波峰焊接的主要工艺参数 获取了助焊剂，预热温度，印制电路板设计 防静电等第一手资料后，波峰捍接工艺才 能可箨地应用于型号产品盼印制电路板的焊接。 波蜂焊接的主要工艺参数 表 8 编号 l 项 目 l 工 艺 参 数 2 走 链 (m／mio) 0．6～0．8 ‘单面板 )85～10O 8 预 热 (。c) ‘双面板 )0O～105 4 焊料盈崖 ( c) 2‘5土5 5 走链侦角 ‘。) 6．5～ 8 结柬语：05—2备用计算机经8605厂生产的XFB·IB电磁泵波峰焊接机焊接实际 情 况- 采用了波峰焊接工艺，在首批所焊的三套中，不管是经历单板捡测，单机调试，还是整 机联调及试验，均未发现CM0S电路因静电干扰而损伤和冷焊 ，虚焊等现象，顺利通过。 该机参加了IO5-2飞行试验，至今工作完全正常。 参考文献 (略 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com