PCB热风整平技术介绍

PCB热风整平技术是目前比较成熟的技术，但由于其过程处于高温高压动态环境中，其质量难以控制和稳定。 本文将介绍一些在热风整平过程控制方面的经验。

热风整平焊锡涂层HAL（俗称喷锡）是近年广泛应用于线路板厂的后处理工艺。 实际上，它是将浸焊和热风整平相结合，在印制板金属化孔和印制导线上涂敷共晶焊料的工艺。 其工艺是先用助焊剂蘸PCB，然后将焊锡浸入熔化的焊锡中，然后从两个气刀之间通过。 利用风刀中的热压缩空气吹掉PCB上多余的锡，同时清除金属孔内多余的焊锡，从而获得光亮、平整、均匀的焊锡层。

热风整平焊锡涂层最突出的优点是涂层成分保持不变，可以完全保护印刷电路的边缘，并且可以通过气刀控制涂层厚度； 镀层与基铜的结合使金属结合，具有良好的润湿性、焊接性和耐腐蚀性。 作为PCB的后道工序，它的优劣直接影响到PCB的外观、耐腐蚀性和客户的焊接质量。 如何控制过程是PCB制造商关心的问题。 下面说说控制垂直热风整平PCB工艺控制的一些经验，这是应用最广的一种。

一、助焊剂的选择与应用

用于热风整平的助焊剂是一种特殊的助焊剂。 其在热风整平中的作用是活化印制电路板上裸露的铜面，提高焊锡对铜面的润湿性； 确保层压板表面不过热，整平后冷却时为焊锡提供保护，防止焊锡氧化，防止焊锡粘附阻焊涂层，防止焊锡在焊盘之间桥接； 废助焊剂可清洗焊锡表面，焊锡氧化物随废助焊剂一起排出。

热风整平专用助焊剂必须具备以下特点：

1、必须是水溶性助焊剂，可生物降解，无毒。

水溶性助焊剂易清洗，板面残留少，不会对板面形成离子污染； 可生物降解，无需特殊处理即可排放，符合环保要求，大大降低了对人体的危害。

2、活动性好

关于活性，即去除铜表面氧化层的特性，提高了铜表面焊料的润湿性。 通常，将活化剂添加到焊料中。 选用时应兼顾活性好和对铜的腐蚀最小，以降低铜在焊料中的溶解度，减少烟雾对设备的损害。

助焊剂的活性主要体现在载锡能力上。 由于各种助焊剂所使用的活性物质不同，其活性也不同。 高活性助焊剂，致密焊盘、贴片镀锡效果好； 相反，铜在板子上很容易裸露，活性物质的活性也体现在锡面的亮度和平整度上。

3、热稳定性

防止绿油和基材受到高温冲击。

4、必须有一定的粘度

热风整平要求助焊剂具有一定的粘度。 粘度决定助焊剂的流动性。 为了充分保护焊料和层压板表面，助焊剂必须具有一定的粘度。 粘度低的助焊剂容易粘附在PCB层压面上（又称挂锡），在IC等密集处容易桥接。

5、适宜的酸度

酸度过高的助焊剂在喷涂前容易剥落阻焊层的边缘，喷涂后的残留物容易使锡面发黑和氧化。 一般助焊剂的PH值在2.5-3.5左右。

其他性能主要体现在对操作者和运行成本的影响上，如气味难闻、挥发性物质高、烟雾大、单位涂装面积等，应由生产厂家在试验的基础上选择。

试用时，可对以下性能进行一一测试比较：

1.平整度、亮度、孔洞是否堵塞

2.活动：选择细密的贴片线路板，测试其上锡能力。

3.线路板涂助焊剂30分钟。 清洁后，用胶带测试绿油的剥离情况。

4.喷板静置30分钟，测试锡面是否变黑。

5.清洗后的残留物

6.密集的IC位是否连接。

7.单板（玻纤板等）背面是否挂锡。

8.烟

9.挥发性、气味、是否需要添加稀释剂

10.清洗时是否有泡沫。

二、热风整平工艺参数的控制与选择

热风整平工艺参数包括PCB焊锡温度、浸焊时间、风刀压力、风刀温度、风刀角度、风刀间距和PCB上升速度。 下面将讨论这些工艺参数对 PCB 质量的影响。

1、浸锡时间：

浸锡时间与焊锡层的质量密切相关。 浸焊时，焊料中的基铜和锡之间形成一层金属化合物JIMC，并在导线上形成一层焊料涂层。 上述过程一般需要2-4秒，在此期间可以形成良好的金属间化合物。 时间越长，焊料越厚。 但时间过长，PCB基材会分层，绿油会起泡。 时间过短，容易出现半浸现象，造成局部锡面发白，另外还容易出现锡面粗糙。

2、浴温：

铅37/锡63合金广泛用作PCB和电子元件的焊接材料，其熔点为183℃。 当焊料温度为183℃—221℃时，与铜形成金属间化合物的能力很小。 当温度为221℃时，焊料进入润湿区，范围为221℃—293℃。 考虑到板材在高温下容易损坏，焊接温度应选择较低的。 理论上232℃为最高焊锡温度，实际可设定250℃为最佳温度。

3、气刀压力：

焊接好的PCB上焊锡太多，几乎所有的金属化孔都被焊锡堵住了。 气刀的作用是吹掉多余的焊锡，导通金属化孔，以免金属化孔孔径缩小太多。 用于此目的的能量由气刀的压力和流速提供。 压力越大，流速越快，焊料涂层越薄。 因此，风刀压力是热风整平最重要的参数之一。 通常气刀压力为0.3－0.5Mpa

风刀的前后压力一般控制在前大后小，压力差为0.05MPa。 根据板面几何图形分布情况，适当调整前后气刀压力，确保IC位置平整，贴片无凸起。 具体数值参见本厂喷锡机出厂说明书。

4、风刀温度：

风刀流出的热风对PCB和气压影响不大。 然而，提高气刀中的温度将有助于使空气膨胀。 因此，在压力一定的情况下，提高风温可以提供更大的风量和更快的流速，从而产生更大的整平力。 风刀的温度对整平后焊锡层的外观有一定的影响。 当风刀温度低于93℃时，涂层表面变黑。 随着气温的升高，深色涂层有减少的趋势。 176℃时，变暗的外观完全消失。 因此，风刀的最低温度不得低于176℃。 一般为获得良好的锡面平整度，风刀温度可控制在300℃～400℃之间。

5、风刀间距：

当气刀中的热空气离开喷嘴时，流速减慢到与气刀间距的平方成正比的程度。 因此，间距越大，风速越小，整平力越小。 风刀间距一般为0.95-1.25CM。 风刀间距不能太小，会造成印制板摩擦，防止污染园地。 上下风刀的距离一般保持在4mm左右，过大容易出现焊锡飞溅。

6、风刀角度：

风刀吹板的角度影响焊锡涂层厚度。 如果角度调整不当，印制板两面的焊锡厚度会不一样，也会造成熔化的焊锡飞溅和噪音。 大部分前后风刀的角度调整为向下4度，根据具体板型和板面几何分布角度微调。

7、PCB上升速度：

与热风整平相关的另一个变量是风刀之间通过的速度，即输送机的上升速度。 该参数会影响焊料的厚度。 速度慢，吹在PCB上的空气多，所以焊锡薄。 反之，焊料太厚，甚至会堵住孔洞。

8、PCB预热温度及时间：

预热的目的是提高助焊剂的活性，减少热冲击。 一般预热温度为343℃。 预热15秒时，印制板表面温度可达80℃左右。 有些热风整平没有预热过程。

三、PCB焊锡层厚度的均匀性

热风整平后的焊锡厚度基本均匀。 但随着印制线几何因素的变化，风刀对焊料的整平效果也发生变化，因此热风整平的焊料涂层厚度也发生变化。 一般平行于整平方向的印制线，空气阻力小，整平力大，故镀层较薄。 垂直于整平方向的印制线对空气的阻力大，整平效果更小。 因此镀层较厚，金属化孔内的焊料镀层不均匀。 PCB焊锡一进入高温锡炉，就立即处于强压高温的动态环境中，因此很难得到完全均匀平整的锡面。 但是可以通过参数调整，尽可能的平滑。

1.选择活性助焊剂和焊料

助焊剂是影响锡面平整度的主要因素。 良好的助焊剂活性可获得光滑、光亮、完整的锡面。

焊料选用纯度高的铅锡合金，并定期进行铜漂白，保证含铜量在0.03%以下。

2.设备调整

气刀是调整锡面平整度的直接因素。 风刀的角度、前后风刀压力和压差、风刀温度、风刀间距（垂直距离、水平距离）和升降速度都会对板材产生很大的影响 表面。 对于不同的板类型，它们的参数值是不同的。 一些技术先进的喷锡机装有微电脑，将各种板型的参数储存在电脑中，进行自动调整。

定期清洁风刀和导轨，每两小时清洁一次风刀间隙内的残留物。 当产量大时，清洗密度会增加。

3.预处理

微蚀处理对PCB锡面的平整度也有很大的影响。 微蚀深度过低，铜和锡难以在PCB表面形成铜锡化合物，造成局部锡面粗糙； 微蚀液中的稳定剂不良，会导致铜蚀刻过快且不均匀，锡面不平整。 一般推荐APS系统。

对于某些板型，有时需要进行烘烤预处理，这也会对镀锡平整度产生一定的影响。

4.前期PCB制程控制

因为热风整平是最后一道工序，前面的很多工序都会对其产生一定的影响，比如显影不好导致镀锡不良。 加强前道工序的控制，可以大大减少热风整平出现的问题。

虽然上述热风整平的焊锡层厚度不均匀，但可以满足MIL-STD-275D的要求。