一、避免混料

過(guò)渡期間原本有鉛波焊與新設(shè)的無(wú)鉛波焊兩者不可混用。凡尚未消耗完畢之庫(kù)存零件，其引腳仍為舊式錫鉛電鍍皮膜者，則應(yīng)採(cǎi)有鉛焊接，否則有鉛引腳通過(guò)無(wú)鉛錫池時(shí)，難免會(huì)造成銲料的鉛污染，而且還會(huì)造成其他組裝板的鉛污染。此舉不但可能會(huì)違反ROHS的規(guī)定，而且少量的鉛污染還會(huì)引發(fā)銲點(diǎn)強(qiáng)度的不足。因而兩線并存時(shí)，如何防止混料，的確是馬虎不得的要?jiǎng)?wù)。

二、選用新機(jī)

由于無(wú)鉛焊接的熱量大增，必將造成板材與零件的嚴(yán)重?fù)p傷。加以多數(shù)板類(lèi)還須Reflow及wave兩次強(qiáng)熱焊接，災(zāi)情尤其慘重。加上多數(shù)業(yè)者對(duì)無(wú)鉛強(qiáng)熱的認(rèn)識(shí)不多，而竟然為了某些銲點(diǎn)瑕疵又多走一次波焊者，其后果更是不堪設(shè)想。因而如何避兇趨吉，還必須不斷吸收新知改用新法，方才不辱使命順利量產(chǎn)。

圖1、左上圖為著名日商千住金屬公司（SMIC)所推出無(wú)鉛波焊機(jī)SPE-300之透視圖，

右上及右下為國(guó)產(chǎn)品"嵩鎰電機(jī)"之波焊機(jī)及其操作面板，中為雙波的俯視圖及板子行進(jìn)方向。

首先是無(wú)鉛波焊產(chǎn)能的建立，建議購(gòu)買(mǎi)全新設(shè)計(jì)的無(wú)鉛波焊機(jī)，而不宜將舊機(jī)清洗(利用純錫)或改裝，以減少惱人的鉛污染。波焊機(jī)的機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單，由于沒(méi)有(ReflOw機(jī))熱空氣溫度容易變化及瞬間正確補(bǔ)償?shù)碾y度，因而完全不必考慮美、曰或歐洲各種舶來(lái)的著名品牌。其實(shí)臺(tái)灣自產(chǎn)機(jī)種已相當(dāng)好用，例如臺(tái)幣100萬(wàn)元以內(nèi)，，嵩鎰電機(jī)”所推出的無(wú)鉛波焊機(jī)組，其口碑即十分不錯(cuò)。

三、電路板焊接管理流程的操作參數(shù)

由前對(duì)SAC305的焊溫曲線可知，待電路板焊板全部底面接觸錫波者，前突波之穿越約1—2秒，后平波約2—3秒，總共約在4-5秒之間，要比有鉛波焊多出1—2秒。若已採(cǎi)專(zhuān)用載具(Special Pallet)而只在板底露出局部焊接者，則在集中錫量熱量的專(zhuān)屬接觸下，甚至只用單波即可完。成插焊與貼焊。講究填孔錫量(至少75％)或載具很厚者，單獨(dú)使用前面的突波時(shí)間稍加延長(zhǎng)下(3—4秒)即可完成焊接。一般簡(jiǎn)單板面也可單獨(dú)使用后面的平波進(jìn)行焊接。如此前后二波單獨(dú)使用，將可減少兩次熱量衝擊的傷害。

圖2、左為雙波的側(cè)視畫(huà)面，其居后平波協(xié)助其流回的導(dǎo)流翼板及阻流板，

兩者均可進(jìn)行高度與角度之微調(diào)，以改變平波后段的回流狀態(tài)。

右為待焊板通過(guò)全機(jī)時(shí)板子底面不同位置用profiler所分別測(cè)到的溫度曲線，以及預(yù)熱與雙波溫度的起落情形。

要注意的是預(yù)熱到錫波之間，電路板板面溫度不可下降太多(須少于3℃)，以免造成熱量不足的冷焊，最好在到達(dá)前波間額外加裝22O℃以上的熱風(fēng)輔助，目前新機(jī)均已考慮到此種無(wú)鉛特性的需求。且為了防止錫池側(cè)面降溫以致全板溫度不均之煩惱，無(wú)鉛波焊新機(jī)還在主池之外另加單獨(dú)的保溫池，以確保主池溫度不致瞬間下降。

一旦板面或孔外引腳之預(yù)熱不夠，則進(jìn)入錫波的瞬間會(huì)降低其局部接觸的焊溫。且因錫溫下降時(shí)黏滯度還會(huì)出現(xiàn)增大之現(xiàn)象，進(jìn)而造成相鄰引腳之間的搭橋短路。業(yè)界長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，在PCB表面處理的因子已固定下，導(dǎo)致入孔錫量不夠的各種因子中，預(yù)熱不足就占了5 8％之多，其次才是焊溫、接觸時(shí)間與助焊劑品牌等次要因子。

波焊的主要參數(shù)有四，即：助焊劑、預(yù)熱、焊溫、與接觸時(shí)間等。由于板子面積不同，以及零件數(shù)目與其體積大小各異等，都會(huì)影響到波焊的成績(jī)，故凡當(dāng)更換待焊板類(lèi)時(shí)，均需斟酌應(yīng)有情況預(yù)先試走一片，然后再就經(jīng)驗(yàn)而對(duì)各參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。下列者即為主要操作參數(shù)的說(shuō)明：

圖3、左為無(wú)鉛全新設(shè)計(jì)的錫池，近觀者為避免失溫所加設(shè)的保溫池。右為主錫池池面之浮渣與雙波揚(yáng)波馬達(dá)的配置情形。

（一）、助焊劑（Flux)

對(duì)于無(wú)鉛波焊與OSP皮膜的焊錫性而言，F(xiàn)1uX品牌的差異很大，必須小心比較評(píng)估。對(duì)現(xiàn)行的各種商品或未來(lái)水性助劑(VOC，waterbase)而言，噴灑型是最好的選擇。噴灑量以380--580mg／dm或45—50ml／min較佳，以達(dá)到小滴式霧化(atomization)但還不致回滴(bouncing)為宜。此舉還能避免板子前緣或后緣之過(guò)度集液，并可減少出機(jī)乾燥后板面色澤的差異與不潔慼。助焊劑在板面上之分佈情形，可利用厚紙板試走及觀察。

（二）、預(yù)熱(Prchcat)

此站可將板體與零件之溫度拉高，以減少對(duì)錫波瞬間降溫之冶焊效應(yīng)，并提供能量協(xié)助助焊劑進(jìn)行去銹之化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而將引腳與焊墊表面的氧化物悉數(shù)清除。同時(shí)還能夠趕走溶劑或水份以抑制進(jìn)波時(shí)的濺錫，減少不良錫球(Solder Ba11ing)的發(fā)生。檢查預(yù)熱是否合規(guī)的方法，系利用感溫線測(cè)知朝上板面的溫度，其范圍按板面大小與零件多少而控制在90一130℃之間，一般以110℃為宜。採(cǎi)行專(zhuān)用載具(Pallets)者則板面溫度平均約降至7 0一80℃。

圖4、左上圖為無(wú)鉛波焊機(jī)預(yù)熱后到達(dá)突波前，為保持底板面免于失溫而加設(shè)的輔助熱風(fēng)段。

左下圖為影響進(jìn)孔填錫量各種成因的百分比例圖，其中預(yù)熱就占了58％。

右上圖為無(wú)鉛波焊進(jìn)孔良好的切片背光畫(huà)面，右下為PTH填錫不足但仍可允收的切片 。

（三）、焊溫(Solder Temp)

雖然電路板無(wú)鉛銲料可選用熔點(diǎn)為217℃的SAC305、SAC3807，或熔點(diǎn)為227℃的SCN(Ni0.02—0.05bywt)，兩類(lèi)銲料均可調(diào)至260一270℃的峰溫，并應(yīng)每?jī)蛇L檢查一次池中之溶銅量(0.9 g／1為上限)，確知其黏度不致因mp上升而增加太多，進(jìn)而得以減少短路與搭橋的發(fā)生。

（四）、接觸時(shí)間(Contact Time)

是指板子底面眾多之待焊點(diǎn)，其某定點(diǎn)實(shí)際通過(guò)兩次錫波總共接觸的時(shí)間而言，由于無(wú)鉛銲料的沾錫時(shí)間(也就是IMC的成長(zhǎng)時(shí)間)比起有鉛者平均要慢，因而操作中的接觸時(shí)間亦須多出1—2秒。也就是總體應(yīng)控制在3—5秒之間，大板多件者還要視實(shí)際情況而稍行延長(zhǎng)。當(dāng)然此種“接觸時(shí)間”主宰了輸送鏈的行走速度，故亦可從速度的調(diào)整上反推而找出接觸時(shí)間的短。一般波焊機(jī)長(zhǎng)度3.6 m者，若其設(shè)定接觸時(shí)間在3—4秒時(shí)，其總體行進(jìn)度應(yīng)在1.0一1.2m／min之間。

四、使用載具進(jìn)行選焊(Pallets)

電路板打樣中早先有鉛波焊時(shí)，即已採(cǎi)用簡(jiǎn)單的不銹鋼框架式載具，由于此種簡(jiǎn)單框架有外圍可承載板邊，是故板子底面(Solder Side)仍然全部曝露在錫波上。凡雙面均有SMTH~裝零件者，底面不但可執(zhí)行插腳元件之孔內(nèi)填錫，同時(shí)也可對(duì)裝元件在先行點(diǎn)膠與熱固下進(jìn)行加錫之波焊，頗有節(jié)省成本減少工序(少一次焊)的好處。

圖5、此二圖均為波焊用待焊板的活動(dòng)框架，與可跨搭兩側(cè)輸送鏈帶的畫(huà)面。

當(dāng)待焊板到達(dá)波面時(shí)，頂板面的溫度應(yīng)控制在110一120℃之間，有了專(zhuān)用盤(pán)的隔熱下，頂面的溫度約只升高到70一80℃左右。此時(shí)底面立即會(huì)受到波焊熱的衝擊，一般較厚的多層板在兩次無(wú)鉛高熱強(qiáng)烈Z膨脹的摧殘中，以及密集內(nèi)又遭填錫時(shí)(如某些BGA腹底板區(qū)或連接器區(qū)的眾多通孔)，幾乎很難避免局部板厚方向的多處分層或板裂。通?？足~夠厚或孔銅的延伸率(E1ongation)夠強(qiáng)時(shí)(例如20％以上)，則于順利通過(guò)電測(cè)相安無(wú)事下，任誰(shuí)也不知道內(nèi)部板材已經(jīng)出現(xiàn)多處細(xì)微脹裂，唯有在通孔慘遭拉斷且又無(wú)法通過(guò)電性測(cè)試時(shí)，刻意追究的微切片畫(huà)面上才會(huì)一目瞭然O當(dāng)然若已發(fā)生較大面積的爆板者，一般外觀也都必然難逃法眼。

圖6、此為14層厚達(dá)2.5mm的多層板，其中一枚經(jīng)由綠漆塞孔無(wú)需填錫的深孔，

經(jīng)波焊后發(fā)生無(wú)法導(dǎo)通的斷孔切片（50X)，以及局部拉斷之細(xì)部情形（500X)。雖然板材已出現(xiàn)裂紋，

但主要原因還是電鍍銅品質(zhì)不佳〈氣泡附著以致鍍銅層無(wú)法成長(zhǎng)，以及延伸率不足20%〉所致。

目前多數(shù)板類(lèi)仍需兩次無(wú)鉛焊接，也就是前一次頂面的錫膏熱風(fēng)回焊(Ref1Ow)，與隨后底面(Under Side)的波焊(wave)，厚板類(lèi)將很難通過(guò)兩次強(qiáng)熱的考驗(yàn)。每個(gè)料號(hào)特製的專(zhuān)用托盤(pán)，只在局部區(qū)域開(kāi)出波焊所需的窗口，即可使之與波面接觸而完成局部吃錫而焊牢。其他無(wú)需波焊的板面則一律用托盤(pán)予以遮蔽保護(hù)，如此一來(lái)即使波焊兩次仍能安全無(wú)慮而不致脹裂。

不過(guò)此種個(gè)別料號(hào)專(zhuān)用托盤(pán)的成本并不便宜，一般系採(cǎi)無(wú)銅較厚的F R一4板材，在雙面進(jìn)行三度空間選擇性切削加工而成者，其事先CAM程式的製備，與后續(xù)逐一加工進(jìn)行切削銑平與鏤空的自動(dòng)化機(jī)械工程，所需成本當(dāng)然都不會(huì)便宜。以一遲見(jiàn)方玻纖環(huán)氧樹(shù)脂的專(zhuān)用托盤(pán)為例，其單價(jià)就已高達(dá)N.T.2500，且單一料號(hào)在連續(xù)量產(chǎn)中必須備有足夠週轉(zhuǎn)數(shù)量才行，一般托盤(pán)平均約為1 5—2 0片，比起單面板切形用的高碳鋼的衝模還要貴，絕尋E一般量產(chǎn)類(lèi)電子組裝板之所能負(fù)擔(dān)。

除了單價(jià)昂貴外，此等專(zhuān)用載具之用途也并非無(wú)往不利，例如頂面佈滿眾多的SMT元件，而底面波焊件(含插孔元件與點(diǎn)膠貼件)又幾乎全面密佈之板類(lèi)者，或是密度較高面積較小的板類(lèi)，在載具開(kāi)窗難度太高下也只好割?lèi)?ài)。由此可知無(wú)鉛波焊所影響的成本，絕非只是銲料單價(jià)變貴與耗電增多而已。

圖7、此四圖均為防止無(wú)鉛波焊強(qiáng)大熱量傷及無(wú)辜所用的托盤(pán)(載具)，其頂面設(shè)有固定待焊板用的活動(dòng)彈片，

以方便板子的更換。此二載具均採(cǎi)FR一4較厚板材所製作。且當(dāng)產(chǎn)量很大時(shí)，

此種載具常需多達(dá)30片以方便周轉(zhuǎn)，金額龐大下竟然使得業(yè)者不敢輕易更改板面設(shè)計(jì)，大有削足適履之勢(shì)。

圖8、左上圖說(shuō)明載具底面開(kāi)口處，必須還要在Z方向進(jìn)行斜角加工，以方便突波與平波順利涌入待焊的通孔。

開(kāi)口側(cè)壁未切斜邊者，當(dāng)其通過(guò)波面時(shí)將出現(xiàn)錫波無(wú)法到達(dá)的死角，其馀三圖均為待焊板與載具組合的關(guān)系圖。

且當(dāng)?shù)酌嫔洗噶慵甙煌?，或必須要將已焊妥的SMD護(hù)牢者，其載具材料必須也要很厚，加工還要很深才行，當(dāng)然此等載具的成本將會(huì)更貴。而且其突波之揚(yáng)波高度也要調(diào)高（12mm)才能將高懸的待焊區(qū)焊妥，如此一來(lái)浮渣量也必隨之增多。故知載具選焊法的成本確實(shí)不便宜。

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五、錫渣處理

無(wú)鉛波焊溫度升高與氧化加劇下，致使池面的錫渣也為之增多。通?？稍诔孛鎿瞥≡―ross)前灑下還原劑，如此將可讓浮渣中夾雜的有效銲錫，仍可被還原成為有用的銲錫而再溶回池中。另有一種專(zhuān)用的錫渣回收機(jī)，更可將浮渣盛入后，在高溫中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪拌約10分鐘，于是比重較大的銲料會(huì)從底部漏下而得以回收，此種專(zhuān)用回收機(jī)售價(jià)約在2萬(wàn)元左右。