Allegro产品的焊接方法(SMD和通孔)
Allegro产品的焊接方法(SMD和通孔)
由布拉德利史密斯和约翰·艾伯人
亚博棋牌游戏快板微系统公司有限责任公司
范围
本文档介绍了已被证明与Allegro™产品有效的典型焊接方法。它提供有关SMD（表面贴装设备）和通孔包装的信息。检查铅（PB）免费和基于PB的基于PB的技术。
可用的标准
Allegro建议熟悉IPC / JEDEC联合行业标准J-STD-020，非墨水固态表面安装装置的湿度/回流灵敏度分类．它提供有关MSL（湿度灵敏度级别）设备分类的信息，以及设备处理的相应协议。此外，关于确定最佳焊接工艺参数的重要信息可以在J-STD-002中找到，元件引线、端子、焊片、端子和电线的可焊性测试．
可接受焊点的特性在基于铅和无铅技术之间可能有些不同。国际教育委员会有许多出版物和课程材料提供关于联合评估的信息。主要来源是IPC J-STD-001，焊接电气和电子组件的要求，这是一种行业级别共识标准覆盖焊接材料和工艺，具有修订版D及以后，包括无铅焊接的覆盖率。IPC-A-610，电子组件的可接受性，提供了详细的工艺标准，包括修订版D和以后包括无铅工艺的覆盖范围。ipc - 2221,印制板设计通用标准，提供尺寸关节的表示法。JEDEC标准JESD22-B102，可焊性，提供验收标准。IEC（国际电工委员会）提供的标准和信息的平行机构，这是国际和欧洲标准的特别好的来源，来自Jeita（日本电子和信息技术行业协会）。
工艺温度和MSLS
一个重要的工艺问题是设备在暴露于升高的焊接温度之前吸收大气湿度。尽管在所有类型的焊接工艺中都很重要，但在无铅焊接工艺中，预处理处理和工艺温度的相互作用成为一个更为关键的考虑因素，无铅焊接工艺的最大回流温度通常比传统的基于铅的焊接工艺更高。
整个行业常用的设备套餐包括Allegro，包括非类。该病例由塑料环氧模塑化合物组成，可吸收水分和其他污染物。在短时间内暴露于大气水分可以允许足够的水分被吸收以在过程加热期间蒸发时具有严重效果。如图1所示，随着温度的增加，蒸汽压力迅速增加，导致不同工艺类型之间的过程温度的相对较小的压力增加。从大约220℃（493 k）的Pb基础工艺峰值，在240℃（513k）附近的无铅较低范围内，温度下降约4％，但45％蒸汽压力。从PB的过渡到260℃（533 k）的最大限制涉及仅8％的温度增加，但蒸气压增加约为103％。
为避免蒸发效果的分层，请注意避免超过设备的最大地板寿命。在这种情况下，地板寿命与装置吸收大气湿度的速率相关，由MSL额定值表示，MSL 1是最抗分层的。用于评级吸湿性的协议，以及吸收减少，在J-STD-020中提供修订C及更高版本。有关MSL评级的信息在设备包装标签上的标签中提供。MSL评级与峰值过程温度相关联。如果在最高温度水平附近处理，则可能需要根据MSL水平的实践处理设备。
终端完成
要被认为是完全无铅的，不仅产品必须使用无铅钎料和锡膏组装，而且设备在建造时也必须是无铅的。可焊性的一个重要的设备施工方面是终端的光洁度。
完成外观
基于PB的饰面和匹配焊料可以是光明和反光的，允许通过光学检测设备自动验证关节质量。与基于PB的饰面相比，无铅饰面和所产生的焊点往往具有本质上的较低和反射性。这不会影响焊料关节完整性，并且在IPC J-STD-001中识别，作为材料和过程的特征：
“焊锡合金成分、组件铅和终端表面……以及特殊的焊接工艺……可能会产生暗哑、哑光、灰色或颗粒状的焊料，这是正常的……这些焊点是可以接受的。”
“使用铅锡合金工艺和使用无铅合金工艺所产生的焊锡连接之间的主要区别在于焊锡的外观。所有其他焊锡圆角标准是相同的……无铅和锡铅连接可能表现出相似的外观，但无铅合金更可能具有表面粗糙度(颗粒状或钝化)或不同的润湿接触角。(Rev. D，§4.14)。
通过在制造，测试，烘烤和焊接期间使用更高的温度来加剧这种特性。Allegro设备受到更多测试
而不是在行业中常见。这确保了设备的高可靠性，但可能导致终端夹具看起来沉闷或玷污。在焊接到组件之前，在设备的长期存储期间，另一个钝化源暴露于大气条件。这种外观因素对于焊点的完整性并不重要。
自动光学检测设备可能需要调整以抵消无铅材料返回的较低照度。这可以帮助防止拒绝器件，实际上有适当的光洁度和关节已形成适当的。除非光学检测设备与设备终端和接头的光洁度较低，否则可用的设备和组件可能会被不必要地拒绝或返工。
完成覆盖范围
在引线框架的母金属芯上镀上的光洁度保护了铜芯，并通过提供一个容易被焊锡润湿的表面，对焊点的有效性起到了至关重要的作用。
三个主要的工艺因素会影响外露的引线和接点的电镀如何覆盖并为焊料提供一个湿润的表面:成型闪光、机械磨损和由于点状而产生的氧化。
造型闪光。虽然电镀可以在铸造形成设备外壳的成型化合物之前或之后应用于端子，但在大多数情况下，它是在铸造之后进行的。对于小的无铅封装(QFNs和SONs)，总是在模具铸造后进行表面处理。
在铸造过程中，引线架和模具组件由上下半模围住。模具的一半仍然由引线框分开，如图2所示。
当模塑化合物被强制注入模腔中时，过量的化合物通过端子之间的间隙挤出，并且在模具半部和端子的上表面和下表面之间渗出的较小量。当化合物冷却和器件被喷射时，端子之间的大部分多余的过量除外，以及挡板部分。作为裤腿闪光的剩余成型化合物的残余量可以沿着端子之间的侧面，在壳体之间，并且在挡缸部分位于挡板部分之间。另外，少量闪光灯可以沿着终端的顶部和底表面保持在壳体附近。
机械地修整所有的残余毛边会导致外壳、终端光洁度和终端基材的磨损。当终端在外壳成型后进行电镀时，有毛边的地方不进行电镀。未去除的残留闪光远离终端的关键焊接区域，不影响焊点强度。
处理过程中的磨损。终端光洁度可能会由于处理后的磨损而降低。经验表明，无铅器件经常经历额外的测试和评价周期，这发生在较高的工艺温度下。这种额外的处理使这些设备暴露于机械磨损去除终端光洁度。例如，设备在终端上通过轨道移动时，会侵蚀终端接触区底面的光面。这可能会影响焊接过程中端子的润湿。
磨损增加的一个副作用是增加了以前处理过的设备磨损的碎片和微粒的粘附风险。这种污染可能影响
可焊性并需要使用更强的助焊剂。为了帮助防止这种污染，程序必须有资格进行常规和用于处理设备用于处理设备的饲料碗，轨道，输出箱和载体的常规清洁。
拼音．在该过程阶段，各个设备包与在各种制造阶段期间包含它们的较大引线框架网。额外的引线成型和修剪可以在生产后，或者在将器件组装到最终产品中的位置进行。
如图2所示，端子修剪在他们的末端，并在那里的dambar部分已经被移除，核心铜是暴露的。这些暴露区域远离焊接关键区域。图3显示了QFNs和SONs的仿真结果。在这些封装中，成型化合物是一个连续的块，单个设备被锯出块。因此，终端端裸露的铜出现在同一平面与机箱壁(在一些设计，终端没有延伸到锯平面，并没有裸露的铜区域在终端)。
在铜芯暴露的地方，最终形成一层氧化铜薄膜。这可以防止焊料润湿，除非在非常活跃的焊剂条件下。裸露的铜基材的焊接不被保证，也不需要IPC J-STD-001或A610等标准对连接完整性的要求。对于qfn和SONs，实际上，光学检测方法不能用于生产中，因为器件接触点和焊盘之间的关键焊接区域完全位于封装之下，因此没有形成典型的圆角。必须使用电子或x射线测试和检查方法。
Allegro PB-免费完成
Allegro对其PB的装置使用的标准终点是100％哑光镀锡。这一完成在市场上取得了验收。当器件端子和焊接焊盘正确对齐时，它提供了一种坚固的焊点，并且遵循普通的焊料回流轮廓。它具有可行的磨损特性，不使用昂贵的贵金属作为成分。
另一个优点是与任何成分的传统锡铅(SnPb)焊料100%向后兼容。它可以在传统上用于SnPb钎料合金的任何温度下进行焊接。因此，Allegro器件可用于现有的SnPb工艺，包括锡的熔点低于232°C的工艺。这是因为哑锡很容易溶解成SnPb化合物。
焊料和通量
在将器件连接到pcb上时，必须使用适当的焊料和助焊剂组合。最佳组合要考虑器件的导框光洁度，以及PCB条件、工艺化学和放置设备特性。
助剂替代品
Allegro强烈建议进行用几种助焊剂，焊料和终端饰面的组合进行的实验。根据制造商说明，必须适当地存储和处理助焊剂和焊膏。使用不同助熔剂和条件的一系列组装工艺组合应符合资格，然后可以可用以适应设备的差异和回流温度要求。
例如，诸如Allegro产品的高可靠性装置，形成良好的焊点，其助焊剂比常用的助熔剂更高度激活
低可靠性设备。这是因为Allegro设备经历多个额外的测试循环，包括热，冷，室温，高湿度，电气测试等。这通常仅降低终端完成，但在焊接时足以在焊接低或中间激活的助熔剂期间明显。
试验替代焊剂的一个重要原因是，使用活性更高的焊料可以避免调整其他可能更昂贵或更敏感的工艺因素。提高工艺温度可以改善可焊性，但强制温度过高会使材料复杂化。此外，在无铅工艺中，提高温度的空间是有限的，因为基线温度已经升高。
可以改善可焊性可以提高可焊性的另一个过程调整在焊料室的气氛中增加了氮的比例。更新的加工设备配备用于在处理室中支持受控的atmosheres。Allegro建议使用在回流焊接操作中使用富含富含的控制气氛，特别是对于无铅操作。
关于可焊性，有三种基本的助熔剂：
- 水溶液（最活泼）
- 可供选择
- 溶剂清洁
Allegro强烈推荐不含卤化物的水性清洁由于其高激活水平，助熔剂。这些还具有使用表面活性剂清洁的优点，这些是比传统的溶剂清洁化合物更环保的良性。没有干净焊剂有更大的环境优势，但不像水清洁焊剂那样高度激活。但是，如果安装的封装和PCB表面之间的间隙太窄，清洁剂无法流动，则可能需要非清洁助焊剂。此外，如果没有100%无卤化物的水助焊剂合格，则必须使用无清洁助焊剂(确保无清洁助焊剂本身含有0%的卤化物)。这两种助熔剂类型留下较少的残留物或比rosen-core或必须用溶剂去除的助熔剂更良性的残留物。
Allegro封装与所有工艺化学物质兼容，包括除1,1,1-三氯乙烷和三氯乙烯外，所有卤化物的水 - 或溶剂基助焊剂清洁方法已被证明可以生产可以腐蚀装置的氯化物。还证明了那些特定的溶剂，可以有助于大气臭氧耗尽，并应避免。
选择焊类型
在从基于铅的流程过渡到无铅流程期间，一个实际的考虑是无铅结束与现有基于铅的流程的向后兼容性。正如在本应用说明的前面所描述的，突出的无铅表面处理，100%哑锡，是向后兼容现有的SnPb工艺。它也与最有前途的无铅钎料合金兼容。表1提供了一种选择的无铅钎料合金的基本比较。
随着无铅加工的要求越来越高，材料的特性和过程化学完整性变得越来越重要。一般来说，与铅基合金相比，无铅合金具有更高的表面张力和更缓慢的湿性，并且需要更广泛的预热。这反过来又要求焊剂在较长时间内保持活性，并在高温下保持其特性。在无铅工艺中，通常需要具有更强激活水平的焊剂。
腐蚀性污染物
在装配过程中，较高的加工温度可以加速浸出，但更重要的是长期影响。随着时间的推移，各种污染物可能会被水浸出，甚至在复模应用中也是如此。亚博尊贵会员这可能导致最终产品被送到现场后形成腐蚀性化合物。
腐蚀的主要贡献者是卤化物化合物。在组装过程中，应严格避免含有卤化物的材料。这不仅适用于助焊剂，
而且也是焊料和焊膏，以及包覆成型化合物。特别令人担忧的是尼龙包覆成型化合物，其可以高易受吸湿性的影响。
对这种腐蚀的最佳防御是消除制造过程中使用的所有材料的卤化物。例如，较高级尼龙通常具有最小的卤化物含量。这些努力应通过定期审查所有流程阶段来确保没有引入污染源。来源不仅包括制造业所消耗的材料，还可以包括可以在生产工人人员上传达的物质。面部面具，手套和合适的贵妇人都应该随时使用。
| 表1.典型焊膏和波焊的比较 |
||
|---|---|---|
| 常见名称 |
典型的作文 |
评论 |
|
|
||
| BISN. |
Bi 58% / Sn 42% |
熔点138°C;不推荐-受温度循环影响时，接缝强度相对较弱;与100%哑光锡表面相容;与现有SnPb镀层不兼容 |
| SnPb(共晶) |
SN 60％/ PB 40％ |
熔点183°C;电子应用的通用用途;亚博尊贵会员与100%哑光锡表面相容;闪亮的外表 |
| SAC305. |
Sn 96.5% / Ag 3.0% / Cu 0.5% |
熔点219°C;兼容现有的SnPb表面处理和100%哑锡表面处理;沉闷的外观 |
| 障碍 |
SN 96.5％/股票3.5％ |
熔点221°C;与100%哑光锡表面相容;与现有SnPb镀层不兼容 |
| SnCu |
SN 99.3％/ Cu 0.5％ |
熔点227°C;兼容现有的SnPb表面处理和100%哑锡表面处理;沉闷的外观 |
| SN100 |
SN> 98％/ Cu <1.0％/ Ni <1.0％ |
熔点232°C;兼容现有的SnPb表面处理和100%哑锡表面处理;闪亮的外表 |
| SnPb(高温) |
SN 5％/ PB 95％ |
熔点≈300°C，常用于倒装芯片及类似用途;亚博尊贵会员兼容100%哑锡表面处理和现有SnPb表面处理 |
装配考虑因素
PCB，终端和焊点的机械特性的相互作用也必须重新关注。Allegro应用笔记中提供了对焊接和其他装配方法的详细讨论AN27703.1，使用霍尔效应器件设计组件的指南．应使用最低峰值回流温度（通常在240°C至260℃的范围内），从而应使用最佳焊接。
焊料润湿
根据IPC-JSTD-001，良好的接头具有所有焊接表面的附着力和润湿性，从焊料表面到焊接端子或地面的混合应是光滑的，通常角度小于90度(尽管有例外情况)。(启D,§4.14)。IPC-JSTD-001不要求所有表面光洁的终端区域用焊料覆盖(Rev. D，§4.14.2)。
在未涂饰的终端区域，可能不会发生润湿，也不能保证焊点的附着力。一个主要的例子是终端的末端，或dambar突起或侵入物的末端，在那里，在发光或设备安装期间的修整会使终端的核心材料暴露在外。另一个需要关注的位置是终端的阀座表面，在处理过程中，表面光洁度可能会因移动而磨损。
圆角形状
为了促进良好的焊料圆角，高可靠性（IPC类3）组装需要终端和陆地区域的横向重叠不小于75％的端子宽度，如图4所示。无论悬垂量如何，未在终端的覆盖侧形成焊料侧圆角是PCB对准问题，而不是完成化学的结果。Allegro强烈建议将端子宽度和脚重叠100％，使用PCB焊盘垫重叠。完全结合的焊点的形成不保证终端和土地并不完全重叠。
一个可接受的焊点通常是在端子的两边、后跟和端子脚下有一个焊点层的焊点，如图5所示。在标准的JESD22中关键领域对于鸥翼焊点，包括该端子的侧面和该端子的底部，该端子在此与落地垫(§5.3.3.2，接受/拒绝标准）。
有关SMD焊点评估的详细信息，请参见IPC- a -610§8(也是IPC桌面焊料联合评估台参考手册提供目标条件和圆角形状验收标准的示例。对于扁平带，L和鸥翼端子，例如先前页面上的图示所示的那些，当焊接的圆角在焊料和终端和PCB焊盘之间明显明显时，焊料厚度被认为是足够的。当足部长度至少是终端的宽度至少3倍时，侧圆角的最小长度为终端宽度或终端脚长度的宽度的3倍或75％的距离长度（第8.2节）.5）。
关于脚趾圆角，IPC提供了终端修整区域的基础材料（IPC J-STD-001，Rev.D，§4.14.1）的曝光。因此，预期脚趾下侧的圆角，但覆盖整个脚趾的圆角可能更难以实现覆铜的地方。
考虑到焊点关键区域(JEDEC图2)，JESD22不包括海鸥翼端子的顶面。顶面也不包括在IPC- 2221a焊点描述符号(IPC图8-16)或IPC J-STD-001可接受标准中。建议小心避免过多的焊锡角高度，以避免与设备外壳接触。当使用暴露端子设计时，如鸥翼型，可能需要优化工艺条件，以使焊料能在端子顶表面的90度边缘上焊芯，并粘附在它上。一般来说，需要更多的活性焊剂来确保海鸥翼引线的顶部表面的焊料覆盖。因此，不保证端子的顶面可以焊接。应评估焊料的流动特性，以确保后跟、趾和侧面终端接头的适当填角。
|
|
手动焊接
手动焊接通孔装置是可接受的，只要小心都可以防止包装体暴露于过度温度。通常，由于控制焊接过程的预热和冷却阶段，应避免使用SMD的手动焊接。
不应使用热风枪。它们的效果可能难以控制，因为它们产生大量的加热空气，可以快速损坏塑料部件和过涂层PCB，松动相邻部件的关节。
如果需要手工组装(例如样品组装或电路板返工)，最好使用烙铁，特别是可以自我调节的烙铁，可以将其设置为最高温度低于350°C。Metcal SmartHeat™就是一个例子。在不延长焊接时间的情况下，应将烙铁温度设置得尽可能低。只有经过培训、有经验的技术人员才能进行焊接。
焊接
应使用导致与良好焊点一致的最低温度（电力设置）的方法进行覆盖具有长端子长度的储物装置的铜芯终端。以最小化端子饰面的溅射。Allegro减少了与焊接工艺更兼容的平均端子厚度。
Allegro完成的平均厚度约为450μIN。，范围为300至800μIN。，在座椅平面上的端子的有效区域处测量。该厚度被认为是最佳的加工，因为较厚的饰面约为600μIN。或者更多，具有更大的刺激性倾向，特别是在焊接中发现的高温下。
应通过实验确定最佳过程温度，以确保饰面可以熔化以进行适当的粘合，而不会沸腾和溅射。在高度的温度下焊接导致从端子煮沸的终端，同时将端子的芯材直接粘合到接触垫的铜中。必须努力屏蔽周围区域，形成熔化的熔渣。当焊料或饰面过热时，可能发生溅射，在相邻表面上形成焊球，并且可能桥接接触或痕迹。
回流
精心设计的焊料回流轮廓是处理SMD封装类型的最佳方法，无论是传统SnPb焊料还是无pb焊料。无铅焊接工艺的最高温度往往高于传统的SnPb工艺温度。
图8显示了使用传统SNPB焊料的SMD封装的典型较高温度焊料回流型材。图9提供了一种用于SMD封装的典型最大焊料回流型材，使用无铅焊料。两个图的比较揭示了无铅处理可能需要更高的最大过程温度的程度。
随着装置的塑料体没有暴露于过高的温度，回流焊接通孔装置是可接受的。上述例外是SA和SB封装类型，其具有热塑性壳体，其可在暴露于这种高温下变形。如果有必要对这些封装进行回流过程，则必须构建特殊的防护托盘以防护SA和SB封装，以使壳体的温度不超过170°C。
波峰焊
Allegro建议不要推荐SMD套餐的波峰焊接。唯一的例外是LH（SOT23W）包，可以使用图10中的配置文件来焊接。
Allegro通孔装置设计用于波动过程。典型的波焊接轮廓如图10所示。
在进行波峰焊时，应保持设备本体和电路板之间的适当间距，并且只应使用无卤化物的焊剂。对于ACS75x电流传感器，封装CA或CB，可以使用2到5°C/s的预热斜坡速率。
返工
通常情况下，当设备安装在PCB上后被移除时，设备会发生机械损伤。在移除设备之前，应该完成完全合格的回流曲线，观察预焙和其他MSL注意事项，在焊料完全回流之前或之后，不应该尝试移除设备，并且可以用最小的机械力移除设备。
对无铅工艺的返工可能需要对工艺进行调整。例如，使用标准的铜编织带来wick残余回流焊料可能需要
在胶带上滴几滴无卤化物的助焊剂使其流动。带预埋焊剂也可用。
即使在遵循删除设备的适当步骤之后，设备的重新安装通常不实用，并且Allegro不建议重新使用设备。安装和移除过程中的终端的加热和曝光氧化终端饰面，降低了湿润的能力。当尝试重新安装并且失败时，发生额外的氧化，需要重新安装在显着高于原始回流轮廓的温度下，该水平可能损坏设备或周围的PCB组件。
在重新加工设备安装时，建议使用以下步骤：
- 小心地移除前一个设备，使用上述MSL注意事项。
- 从返工部位彻底清洁所有焊料和助焊剂残留物。
- 将新的焊锡膏模板粘贴到现场。
- 使用合格的配置文件预焙和回流现场。
- 安装新设备。
- 完成合格的回流冷却循环。
联合保存
除去助焊剂残留后，应通过在组装的PCB上涂保形涂层来保护焊点不受水分和潜在的腐蚀性污染物的影响。Allegro强烈推荐这个步骤，它已经被证明是非常有效的，无论是在高加速应力测试(高加速应力测试)和在恶劣环境的现场应用。亚博尊贵会员
优选的涂料是氨基甲酸酯。或者，可以使用硅树脂。涂层应以最小焊接接头，端子和装置壳体施加。为了在覆盖范围内更具可靠性，每当可行的时，应将涂层应用于整个PCB组件。
电路设计
应用的导热率可以影响单个终端的焊接结果。这与连接到大接地平面的信号接地端子尤其明显，并且具有连接到有效铜迹线的显着区域的端子，或者通过短迹线连接到其他附近部件。这些物体可以作为散热器充当散热器，并且应考虑该终端的附加热浸泡时间或更高的回流温度。
倾斜试验
一种常用的测试方法是Dip-andlook方法。然而，为了使该方法产生准确的结果，必须预热被测装置的端子，这是一种足以实现其热特性的时间。具有非常长的引线的装置，例如通过诸如Allingero K封装的孔装置，通常需要5秒的最佳热量浸泡，如J-STD-002标准中所述。
结论
通过仔细遵守标准装配程序和基于MSL的处理协议，Allegro设备提供可靠的性能。有关设备处理和装配的其他信息，请联系Allegro销售或服务办公室。
