面对无铅化挑战的复杂PCB组件

润湿速度的降低

在不同的合金、焊剂和溶化温度下面，合金材料的润湿速度差异是非常大的。尽管润湿平衡测试结果不能够预示出波峰焊接的性能情况，它们可以提供在不同的合金配方、焊剂和温度影响下所形成的相对比照方面的证明。较低的润湿速度会转换为在SMT器件上面更多的遗漏，以及较缓慢的移动到PTH器件的引脚针和柱体上面。为了能够克服较低的润湿速度的产生，人们可以采用在波峰上面较长的接触时间或者较高的溶化温度。但因为它可能会对元器件或者PCB 产生有害的影响，采用后者是不合理的。

三、流动性的降低

无铅化合金与锡铅合金相比较，流动性显得要差。这类焊料升上引脚针和柱体上的润湿时间要长，更易于受到非标准的定位或者间隙太窄对元器件所形成的遮蔽影响。像减少润湿速度所形成的影响那样，降低流动性所产生的问题，会导致需要更长的波峰焊接接触时间。

减少流动性也会产生使更多焊料形成桥接的现象，这是由于从波峰上液体剥落缓慢而引起的。无铅波峰合金焊接工艺温度与锡铅合金相比较，它们的凝固点相当的接近，所以焊接点（以及桥接点）凝固速度会相当的快。快速的凝固会消除对防止桥接现象小刀的使用，使得允许的偏差范围缩小，尤其是对于那些设计不良的地方，情况会显得相当的复杂。

随着缓慢的排液、快速的凝固和缺乏去除桥接现象的工具，针对焊料的桥接现象，人们必须集中于对波峰焊接的液体剥落区域的关注来予以解决。剥落的动力会受到传输带速度、较高的波峰和波峰的泵的运转速度的影响。这些参数可能需要作一些微调，以实现有效的消除桥接现象，从而满足微间距连接器或者扁平封装器件的需要。

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时间和温度所决定的。这里存在有正面与反面不断交手的典型实例：当焊剂试图去除氧化物的时候，更多的氧化物会形成。较高的预热温度和花费在预热通道内的较长时间，会增加在引脚上面、端接点和PCB上面氧化物的形成，针对焊剂的最有效的工作是将它们清除掉。氧化物是实现润湿的障碍物，引发孔洞填充效果变差和更多的跳跃现象。为了能够克服这些障碍物，则需要延长与焊料的接触时间。

五、对加工参数的影响

增加预热温度、预热时间、合金温度和接触时间，都会对焊剂产生新的要求。它们必须能够在整个工艺处理过程之中承受严酷的温度洗礼。免清洗焊剂配方具有高活性，在常规的波峰焊接工艺窗口之中， 为了能够满足可靠性的目的，要全方位降低活性。当焊剂被设计成能够满足无铅化高复杂程度组件的应用需求时，会具有长时间、高热承受能力，但如果它被用在采用较低技术含量的应用场合中，因加热时间缩短、加热温度降低而显得较冷可能会变的难以清除掉。这就需要焊剂可以提供良好的焊接性能，并且保持宽泛的加热温度范围，这样就对焊剂的配方提出了新的要求，这可以通过加宽它们的操作目标窗口，与此同时限制它们的操作，以满足催化剂和其它混合物构成要素的要求。

六、单个因素的综合归并

缓润湿时间、降低流动性、更多的氧化物和更具有挑战性的热暴露时间，所有这一切都使得无铅化焊接工作变得有相当的难度。就像PCB变得愈来愈厚、愈来愈复杂那样这些问题的影响会不断扩展， 它们之间的相互作用会将情况变得更糟。

幸运的是，相关的解决方案在不断地推出和引入。在全球范围内的研究人员正在着力研究新型的焊剂和合金配方，探究能相互达到均衡的材料分配。设备供应商也在对实施工艺操作的设备进行研究和修改，通过一连串的过渡，有助于克服所产生的相关挑战。人们每天都会在工艺认识方面有所收获。

许多现行的方案能够对付复杂的PCB组件在波峰 焊接过程中所己知的问题。它们中的一部分着力于根除相关的问题，其它仅"在周边活动"。不管处于哪 一种情况，它们都能提高产量和限制返修。可以肯定的说，像装配厂商一样，设备供应商和材料供货商对这些问题都有着相当的认识，愈来愈多的解决方案将会浮现出来。

七、接触时间的增加

在电路板的底部位置，通过增加接触时间来应对润湿速度、氧化作用和流动性的差异，将有助于提高孔洞的填充和减少跳跃现象。较长的接触时间会增加涉及顶部的二次再流焊接和铜的溶解。此外，减缓传象带的传输速度，也能够获得充裕的接触时间，但在预热阶段这可能会引发焊剂的烧坏。在这两种情 形下面，PCB会因为较长的接触时间而具有较高的温度。

与无铅化焊接工艺相适应的管嘴设计一般会位于 汹涌的波峰和平缓的波峰紧密在一起的地方，具有较宽泛的接触长度，可编程的波峰泵在电路板一旦到达 波峰的时候可以提高速度（由此产生接触），可以避免泛滥的危险。如果无铅化焊接必须采用锡铅类型的管嘴结构的话，使用焊料抹子（pallets）是有益的。抹子，由于它们一般较厚，位于前面挡板处，所以可以实现较深的沉浸深度（于是也就提高了接触的长度），不会泛溢到PCB的顶部。

提高波峰的高度有助于改善孔洞的填充，但是它也可能阻碍降低桥接的努力效果。无铅化焊接与锡铅合金焊接相比较，焊料剥落对于减少桥接现象来说会 变得相当的关键。提高泵的速度或者波峰的高度，可以改变焊料剥落的形状和流体动力状态。在交换过程中需要对孔洞的填充和桥接现象的防止进行认真的考虑。如果需要采用折衷方案的话，应该参照最严格的 IPC工艺标准，孔洞的填充最低程度要达到75%。

八、对预热的考虑

如果说电路板厚度达到2.4mm或者更厚的话，则必须使用顶部预加热措施。对于简单的电路板而言，可以在不采用预热方法的情况下面使用无铅化波峰焊接工艺。但这不适用于较厚的PCB。为了能够确保焊剂具有充足的活性，可焊接的表面（包括顶部环状物）对最低要达到的温度有一定的要求。如果仅采用了底部的预热措施的话，庞大的热能量必须直接通过在电路板底部的焊剂，在PCB到达波峰以前，可能会使活化性能降低。顶部的预热处理有助于传递来自于 PCB对面的热量，可以在不直接对焊剂进行处理的情况下，提供所需要的热能量。新型的、采用对流形式的顶部预热比起传统的远红外（infra-red 简称IR）方式，就热量的传输来说显得更为有效。

在波峰焊接过程中，预热温度是一个重要的控制参数。但预热温度作为一个关键的考虑因素时间并不长，当采用无铅化焊接工艺焊接复杂的电路板的时候，它却是非常重要的。将传输带的速度降低，可以 对较厚的电路板上的孔洞提供实施填充所需要的接触时间，它可能是在预热隧道中所逗留时间的两倍。实际的加热曲线应该予以认真的考虑。这意味着要使用热电偶和数据记录来对温度情况进行测量，对于温度敏感区域或者手持式高温计不能够简化测试程序。在过去，只要顶部或者芯核的温度符合要求就可以了，并不关注加热温度曲线看上去到底如何。但是随着预 热时间（隧道时间）提升到锡铅合金工艺处理方法的两倍以上时，对免清洗焊剂的活性所带来的冲击必须予以考虑。

常规的底部加热装置采用红外线对流方式。使用红外线加热区域的最大优点是它能够让焊剂扩展摊开，在电路板到达对流区域以前，可以缓慢地进行干燥，但它可能会将处于湿状的焊剂吹离组装的特定区域。从以往的经历来看，IR操纵板在工作过程中会变得相当热，在预热循环的早期会传递大量的热量。随后的对流模块可以在稍冷一点的温度下面进行操作（尽 管说温度的设置不能达到立竿见影），将热量扩散到整个pcb组件上面。在长长通道中的运行时间内，可能要重新考虑对装配组件加热曲线的设置，将IR的温度调低，允许对流模块提供大多数的热量。

九、对顶部的再流焊接

在较高的溶化温度中采用较长的接触温度会对顶部的两次再流焊接形成很大的风险。尽管说较厚的 PCB组件需要拥有较大的热物质，但它吸受的热量也会加大，在靠近通孔位置处的焊盘上一般会发生两次再流焊接。当受热的焊料填充满通孔的时候，热量通过导线会传递到焊盘上面，对现有的焊点基座进行再流。靠近QFP和BGA封装器件的引脚所受到的风险最大。绝大多数的设计规则规定的通孔到焊盘的距离是基于锡铅合金工艺的。尽管对于电子组装来说，许多常规的设计工作是针对锡铅合金工艺处理方法的，但在无铅焊接工艺的环境下面它可能很容易受到伤害。 当人们对复杂的PCB组件进行研究的时候，将热电偶放置在靠近借孔的焊盘上面不失是一种好方法，一般来说它的受热情况较好，最好不要将它们与功率散热片或者接地面结合在一起。