Allegro产品的焊接方法（SMD和通孔）

Allegro产品的焊接方法（SMD和通孔）

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由布拉德利史密斯和约翰·艾伯人
亚博棋牌游戏Allegro微系统有限责任公司

范围

This document describes typical soldering methods that have been proven effective with Allegro™ products. It provides information on SMD (surface mount devices) and through-hole packages. Both lead (Pb) free and traditional Pb-based technologies are examined.

可用标准

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.It provides information on MSL (moisture sensitivity level) classifications for devices, and the corresponding protocols for device handling. In addition, important information on determining optimum soldering process parameters can be found in J-STD-002,元件引线、终端、接线片、端子和导线的可焊性试验.

可接受焊点的特征在基于铅和无铅技术之间可能有些不同。IPC有许多出版物和课程材料，提供联合评估的信息。一次电源为IPC J-STD-001，焊接电气和电子组件的要求, which is an industry level consensus standard covering soldering materials and processes, with revision D and later including coverage of Pb-free soldering. IPC-A-610,电子组件的接受条件，提供了详细的工艺标准，修订版D和更高版本包括无铅工艺的覆盖范围。IPC-2221，印制板设计通用标准，提供标注接头尺寸的符号。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MSL

一个重要的工艺问题是，在暴露于升高的焊接温度之前，设备会吸收大气中的水分。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变得更为重要，与传统的铅基焊接工艺相比，无铅焊接工艺的最大回流温度通常更高。

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％。

为避免蒸发效应造成分层，应注意避免超过设备的最大地板寿命。在这种情况下，地板寿命与设备吸收大气水分的速率有关，以MSL等级表示，MSL 1是最耐分层的。J-STD-020，C版和更高版本中提供了吸湿性评级和吸湿性降低的协议。MSL等级信息见设备包装标签上的标签。MSL等级与峰值工艺温度有关。如果处理接近最高温度水平，可能有必要根据低MSL水平的实践处理设备。

终端饰面

为了被认为是完全无铅的，不仅产品必须用无铅焊料和锡膏组装，而且器件在结构上必须是无铅的。可焊性的一个重要器件结构方面是端子的表面处理。

Finish Appearance

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：

有焊料合金成分、元件铅和端子表面处理……以及特殊的焊接工艺……这些焊接工艺可能会产生无光泽、无光泽、灰色或颗粒状的焊料，这些焊点是可以接受的

“锡铅合金工艺与无铅合金工艺之间的主要区别在于焊料的外观。所有其他焊料填角标准是相同的…无铅和锡铅连接可能表现出类似的外观，但无铅合金更可能具有表面粗糙度（粒状或钝）或不同的润湿接触角。”（修订版。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
这在业内是很常见的。这确保了设备的高可靠性，但可能会导致终端板显得暗淡或失去光泽。消光的另一个来源是在焊接到组件中之前，设备长期存放期间暴露在大气条件下。这些外观因素对焊点的完整性并不重要。

可能需要调整自动光学检测设备，以抵消无铅材料返回的较低照度。这有助于防止拒绝事实上具有适当表面处理的装置和正确形成的接头。除非光学检查设备调整到具有较暗表面的设备终端和接头，否则可用的设备和组件可能会被不必要地拒收或返工。

Finish Coverage
镀在引线框架的基底金属芯上的涂层保护铜芯，并通过提供易于被焊料浸湿的表面，在焊点的有效性中发挥重要作用。

三个主要的工艺因素会影响外露引线和触点上的镀层如何覆盖并为焊料提供润湿表面：成型飞边、机械磨损和由于分离而产生的氧化。

成型闪光。尽管可以在铸造形成器件外壳的模塑料之前或之后对端子进行电镀，但在大多数情况下，电镀是在铸造之后进行的。对于小型无铅封装（QFN和SONs），表面处理总是在铸模后进行。

在铸造过程中，引线框架和模具总成由上下两部分模具包围。模具的两半部分由引线框架分开，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。

机械修整所有残余飞边可能导致外壳、端子表面和端子基材磨损。当端子在外壳成型后进行电镀时，在有闪光的地方不会发生电镀。未去除的残余飞边远离端子的关键焊接区域，并且不影响焊点强度。

处理过程中的磨损。电镀后处理过程中的磨损可能会降低端子光洁度。经验表明，无铅设备经常经历额外的测试和评估周期，这些周期发生在工艺温度升高的情况下。这样的附加处理使这些装置暴露于机械磨损导致的终端光洁度的去除。例如，当设备在端子上停留时通过轨道移动会侵蚀端子接触区域底面的光洁度。这可能会影响焊接过程中端子的湿润。

磨损增加的一个副作用是先前处理过的设备上磨损的碎片和微粒粘附的风险增加。这种污染可能会影响
solderability and require a stronger flux to be used. To help prevent this contamination, procedures must be qualified for routine and thorough cleaning of feed bowls, tracks, output bins, and carriers used for handling devices.

拼音. 在这个过程阶段，各个设备包在各个制造阶段从包含它们的较大引线框架网中分离出来。额外的铅成型和修整可在生产后进行，或在设备组装到最终产品的现场进行。

如图2所示，在端子端部进行修整，并且拆除了防撞杆部分的地方，露出了芯铜。这些暴露区域远离焊接关键区域。图3显示了QFNs和SONs上的分离结果。在这些包装中，模塑料是一个连续的块体，单个设备从块体中锯出。因此，端子端部的外露铜与箱壁出现在同一平面上（在某些设计中，端子没有延伸到锯平面，端子上没有外露铜区域）。

核心铜暴露,铜的电影吗oxides forms eventually. This prevents wetting by the solder, except under conditions of very active flux. Soldering over exposed copper base material is not guaranteed, and is not required for joint integrity by standards such as IPC J-STD-001 or A610. For QFNs and SONs, in fact, optical inspection methods cannot be used in production, because there is characteristically no fillet formed, as the critical area of soldering between the device contacts and the solder pad lies completely underneath the package. Electrical or x-ray testing and inspection methods must be used instead.

Allegro无铅饰面

Allegro在其无铅设备上使用的标准表面处理是100%哑光镀锡。这种整理已在市场上得到认可。它提供了一个强大的焊点时，设备终端和焊区正确对齐，并遵循共同的焊料回流配置文件。它具有可加工的磨损特性，不使用昂贵的贵金属作为成分。

哑光锡饰面的另一个优点是与任何成分的传统锡铅（SnPb）焊料100%向后兼容。它可以在任何温度下焊接，传统上用于SnPb焊料合金。因此，具有100%哑光锡引线框架电镀的Allegro装置可用于现有SnPb工艺，包括峰值低于锡熔点232°C的工艺。这是因为哑光锡很容易溶解成锡铅化合物。

焊料和焊剂

必须使用焊料和助焊剂的适当组合将设备连接到PCB上。最佳组合考虑了设备的引线框架光洁度，以及PCB条件、工艺化学和放置设备特性。

Flux Alternatives

Allegro strongly recommends that experiments be conducted with several combinations of fluxes, solders, and terminal finishes. Fluxes and solder pastes must be properly stored and handled, according to manufacturer instructions. A series of assembly process combinations using different fluxes and conditions should be qualified, which can then be available to accommodate variances in device finishes and reflow temperature requirements.

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，使用更高活性的焊料可以避免调整其他工艺因素，这些因素可能更昂贵或更敏感。提高工艺温度可以提高可焊性，但过高的温度会导致材料的复杂性。此外，在无铅工艺中，升温的净空是有限的，因为基准温度已经升高。

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，焊剂有三种基本类型：

• aqueous-clean fluxes (the most highly activated)
• 不干净
• 溶剂清洁

Allegro强烈建议不含卤化物aqueous-clean由于它们的高活化水平而产生的通量。它们还具有使用表面活性剂进行清洁的优点，这种清洁剂比传统的溶剂清洁剂更环保。不干净助熔剂具有更大的环境优势，但活性不如水性清洁助熔剂。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，则不需要清洁助焊剂。此外，如果没有合格的100%无卤化物水性焊剂，则必须使用无清洁焊剂（确保无清洁焊剂本身含有0%卤化物）。这两种助焊剂留下的残留物或残留物都比rosen core或必须用溶剂去除的助焊剂少。

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。

替代焊料类型

在从含铅工艺过渡到无铅工艺的过程中，实际考虑的是无铅饰面与现有含铅工艺的向后兼容性。如本申请说明前面所述，卓越的无铅饰面，100%哑光锡，与现有SnPb工艺向后兼容。它还兼容最有前途的无铅焊料合金。表1提供了无铅焊料合金选择的基本比较。

随着无铅加工对材料性能和工艺化学完整性的要求越来越高。一般来说，无铅合金比铅基合金具有更高的表面张力和更慢的润湿速度，此外还需要更广泛的预热。这反过来又对焊剂提出了新的要求，要求其在较长时间内保持活性，并在高温下保持其性能。在无铅工艺中，通常需要具有较强活化水平的助熔剂。

腐蚀性污染物

在组装过程中，高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，甚至在二次成型应用中，各种污染物也会被水淋洗。这可能导致最终产品被送往现场后形成腐蚀性化合物。亚博尊贵会员

腐蚀的主要原因是卤化物化合物。装配过程中应严格避免使用含有卤化物的材料。这不仅适用于焊剂，
but also to solders and solder pastes, and to overmolding compounds. Of particular concern are Nylon overmolding compounds, which can be highly susceptible to moisture absorption.

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。

Table 1. Comparison of Typical Solder Paste and Wave Solders
通用名称	典型成分	评论
BISN.	铋58%/锡42%	熔点138°C；不推荐–温度循环时接头强度相对较弱；与100%哑光锡饰面兼容；与现有SnPb饰面不兼容
SnPb（共晶）	Sn 60% / Pb 40%	熔点183°C；常用于电子应用；与100%哑光锡饰面兼容；外观光亮亚博尊贵会员
SAC305	锡96.5%/银3.0%/铜0.5%	熔点219°C;兼容现有的SNPB饰面和100％哑光锡饰面;沉闷的外表
障碍	SN 96.5％/股票3.5％	Melting point 221°C; compatible with 100% matte tin finishes; not compatible with existing SnPb finishes
锡铜	锡99.3%/铜0.5%	熔点227°C；与现有SnPb饰面和100%哑光锡饰面兼容；外观暗淡
SN100	锡>98%/铜<1.0%/镍<1.0%	熔点232°C；与现有SnPb饰面和100%哑光锡饰面兼容；外观光亮
SnPb（高温）	Sn 5% / Pb 95%	熔点≈300°C，通常用于倒装芯片和类似应用；与100%哑光锡饰面和现有的SnPb饰面兼容亚博尊贵会员

ASSEMBLY CONSIDERATIONS

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.The lowest peak reflow temperature (generally in the range 240°C to 260°C) that results in optimum soldering should be used.

焊料润湿

根据IPC-JSTD-001，良好的接头对所有焊接表面具有粘附和润湿的外观，并且从焊接表面到焊接端子或焊盘表面的混合物应光滑，通常角度小于90度（尽管有例外）。（修订版。D、 §4.14）。IPC-JSTD-001不要求所有具有表面光洁度的端子区域都用焊料覆盖（版次。D、 §4.14.2）。

在不存在表面处理的端子区域，可能不会发生润湿，并且不能保证焊锡附着力。一个主要的例子是终端的末端，或防撞杆的突出物或侵入物，在分离或设备安装过程中的修剪使终端的核心材料暴露在外。另一个值得关注的位置是端子的座面，在搬运过程中，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这样一个焊点，即在端子的两侧、柱脚上各有一个成形良好的焊角，在端子的底部有一个焊接层，如图5所示。在标准JESD22中临界面积对于鸥翼焊点，焊点包括端子的侧面和端子的底面，其与焊盘的接触处（§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（也可参见IPCDesk Reference Manual for Surface Mount Solder Joint Evaluation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。

考虑到焊点临界区域，JESD22不包括鸥翼端子的顶面（JEDEC图2）。上表面也不包括在IPC-2221A焊点描述符号（IPC图8-16）或IPC J-STD-001验收标准中。建议小心避免焊角高度过大，避免与设备外壳接触。当使用暴露的终端设计，如鸥翼，优化工艺条件，可能需要使焊料芯超过90度的终端顶面边缘，并坚持它。一般来说，为了确保鸥翼引线上表面的焊料覆盖，需要更多的活性焊剂。因此，端子的顶面不能保证焊接。应评估焊料的流动特性，以确保后跟、脚趾和侧端接头的适当圆角。

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。

如果需要手动装配（例如原型装配或电路板返工），则首选烙铁，尤其是自动调节的烙铁，可设置为将最高温度保持在350°C以下。例如Metcal SmartHeat™. 在不延长焊接时间的情况下，熨斗温度应设置得尽可能低。只有经过培训、经验丰富的技术人员才能进行焊接。

焊接

Allegro装置的铜芯端子的焊接具有长的端子长度，应采用与良好焊点一致的最低温度（功率设置）的方法进行，以尽量减少端子表面的飞溅。Allegro减少了平均端子厚度，以便与焊接工艺更加兼容。

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。

回流焊

精心设计的焊料回流剖面是处理传统SnPb焊料和无铅焊料的贴片封装类型的最佳方法。无铅焊料工艺使用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封装的典型高温焊料回流剖面。图9提供了使用无铅焊料的SMD封装的典型最大焊料回流曲线。两个图的比较揭示了无铅加工可能需要更高的最高加工温度的程度。

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。

Wave Soldering

Wave soldering of SMD packages is not recommended by Allegro. The only exception to this is the LH (SOT23W) package, which can be wave-soldered using the profile in figure 10.

Allegro through-hole devices are designed to be used in a wave-soldering process. A typical wave-solder profile is shown in figure 10.

进行波峰焊时，设备主体和电路板之间应保持足够的间距，并且只能使用无卤化物焊剂。对于ACS75x电流传感器，封装CA或CB，可使用2至5°C/s的预热斜坡率。

返工

通常，当一个设备安装在PCB上后被移除时，设备会发生机械损坏。在移除设备之前，应完成完全合格的回流配置文件，遵守预烘烤和其他MSL预防措施，并且在焊料完全回流之前或之后不应尝试移除设备，并且可以用最小的机械力移除设备。

采用无铅工艺返工可能需要对程序进行调整。例如，使用标准的铜编织带吸住残余回流焊料可能需要
在胶带上滴上几滴无卤化物的焊剂，使其流动。还提供带预埋焊剂的磁带。

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。

对设备安装件进行返工时，建议采用以下步骤：

1. 如上所述，使用MSL预防措施，小心地拆下先前的设备。
2. 彻底清除返工现场的所有焊料和助焊剂残留物。
3. 将新的焊膏喷到现场。
4. 使用合格的型材对现场进行预烘焙和回流。
5. 安装新设备。
6. 完成合格的回流焊型材冷却循环。

联合保存

去除焊剂残留物后，应通过在组装的PCB上涂覆保形涂层来保护焊点免受湿气和潜在腐蚀性污染物的影响。Allegro强烈推荐这一步骤，该步骤已被证明在HAST（高加速压力测试）和恶劣环境中的现场应用中都非常有效。亚博尊贵会员

首选的涂层材料是聚氨酯。或者，可以使用硅酮。涂层应至少覆盖在焊点、端子和设备外壳上。为了更可靠的覆盖，涂层应适用于整个印刷电路板组件只要可行。

电路设计

The thermal conductivity of the application can affect the soldering results on an individual terminal basis. This is particularly noticeable with signal ground terminals that are connected to large ground planes, and with terminals that are connected to significant areas of exposed copper traces, or connected by short traces to other nearby components. These objects can all act as heat sinks, and additional heat soak time or a higher reflow temperature should be considered for such terminals.

倾角测试

A common method of testing solderability is the dip-andlook method. In order for this method to yield accurate results, however, the terminals of the device under test must be preheated for a period of time that is adequate for their thermal characteristics. Devices with very long leads, for example through hole devices such as the Allgero K package, typically require an optimum heat soak of 5 seconds, as described in the J-STD-002 standard.

结论

通过严格遵守标准装配程序和基于MSL的处理协议，Allegro设备提供了可靠的性能。请联系Allegro销售或服务办事处以获取有关设备处理和组装的更多信息。