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Allegro Microsystems，LLC
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，组件引线，终端，凸耳，终端和电线的可焊性测试．
可接受的焊点的表征可以在略微不同于PB和无铅技术之间存在稍微不同。IPC具有许多出版物和课程材料，提供有关联合评估的信息。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，电子组合的可接受性，提供详细的工艺标准，具有修订版D及之后，包括无铅流程的覆盖范围。IPC-2221，印刷板设计的通用标准，提供对接头进行尺寸标注的符号。JESD22-B102电平标准,可焊性，提供验收标准。IEC（国际电工委员会）和JEITA（日本电子和信息技术产业协会）提供了平行的标准和信息机构，IEC是国际和欧洲标准的良好来源。
过程温度和MSLS
显着的工艺涉及在暴露于升高的焊接温度之前通过器件吸收大气水分。虽然在所有类型的焊接过程中重要的是，PB的PB无处理处理和过程温度的这种相互作用在无铅焊接过程中变得更加致意，其中，与传统的基于PB的焊接工艺相比，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％。
为了避免蒸发作用造成的分层，要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是最抗分层的。J-STD-020、修订C及以后版本提供了额定吸湿和吸收减少的协议。MSL等级信息在设备包装标签上有说明。MSL评级与工艺温度峰值有关。如果处理接近最高温度水平，可能有必要按照较低MSL水平操作设备。
终端完成
无需使用Pb的焊料和焊膏即可被认为是完全的，而不仅要组装产品，而且必须在施工中无铅。可焊性的一个重要装置结构方面是终端的饰面。
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：
“有焊料合金组合物，组分铅和终端饰面......和特殊焊接工艺......可能会产生正常的钝化，遮光性，灰色或颗粒状出现的焊料......这些焊点是可接受的。”
“使用铅 - 铅合金和使用铅合金的方法产生的焊料连接之间的主要差异与焊料的视觉外观有关。所有其他焊料圆角标准都是相同的...无铅和锡铅连接可以表现出类似的外观，但是无铅合金更可能具有表面粗糙度（颗粒状或粗糙）或不同的润湿接触角。“（Rev. D，第4.14节）。
在制造、测试、烘烤和焊接过程中使用更高的温度会加剧该特性。Allegro设备经过更多测试
这在业内是很常见的。这确保了设备的高可靠性，但可能会导致终端电镀显得暗淡或失去光泽。另一个钝化的来源是在焊接成组件之前，设备在长期存储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。
自动光学检测设备可能需要调整，以抵消无铅材料返回的低照度。这有助于防止实际上具有适当光洁度和已正确成型的接头的设备的拒绝。除非光学检查设备被调整到具有较钝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绝或返工。
完成覆盖范围
在引线框架的基本金属核心上镀上的光洁度保护了铜芯，并通过提供易于被焊料浸湿的表面，在焊点的有效性中起着至关重要的作用。
三个主要过程因素会影响电镀在暴露的引线和触点上的覆盖物以及焊料的润湿表面：模塑闪光，机械磨损和由于单一的氧化而氧化。
成型闪光灯。尽管在铸造形成装置壳体的模塑化合物之前或之后，可以将电镀施加到末端，但在大多数情况下，它在铸造之后进行。在小型无引线包装（QFNS和SONS）的情况下，始终在模具铸造后施加饰面。
在铸造期间，引线框架和模具组件由模具半部从上方和下方封闭。模具半部通过引线框架保持分离，如图2所示。
当模塑料被强制注射到模腔中时，多余的模塑料通过端子之间的间隙挤出，少量的模塑料在半模和端子的上下表面之间渗出。当化合物冷却，设备弹出时，端子之间的大部分多余部分连同dambar部分一起被清除。多余模塑化合物的残余量（称为裤腿飞边）可沿端子侧面、外壳之间和防撞杆段所在位置保留。此外，在靠近外壳的端子顶面和底面上可能会残留少量闪光。
机械修整所有残留的闪光会导致外壳、端子光洁度和端子基材的磨损。接线盒成型后电镀时，有闪光的地方不电镀。未清除的残留闪光距离端子的关键焊接区域较远，不影响焊点强度。
搬运过程中的磨损。终端饰面可以通过磨损后的磨损减少。经验表明，无铅设备经常经常进行额外的测试和评估循环，该循环发生在升高的过程温度下。这种额外的处理使这些装置暴露以通过机械磨损去除终端饰面。例如，虽然在终端上搁置的轨道的轨道的移动耗尽了终端接触区域的下侧的表面。这可能会影响焊接期间终端的润湿。
磨损增加的副作用是从预先加工的装置中佩戴的碎屑和颗粒的粘附性的增加。这种污染可能会影响
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。
分离．在这个工艺阶段，单个器件包从各个制造阶段包含它们的较大的引线框架网中分离出来。附加的引线成型和修整可能发生在生产后期，或在设备组装到最终产品的现场。
如图2所示，在端子修剪在他们的末端，在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qfn和SONs的模拟结果。在这些封装中，成型化合物是一个连续的块，而单个的设备是从块中锯出来的。因此，端子两端的裸露铜出现在机箱壁的同一平面上(在某些设计中，端子没有延伸到锯平面，端子上没有裸露铜的区域)。
在核心覆盖的情况下，最终将铜氧化物膜形式形成。除了在非常活跃的通量条件下，这可以防止焊料润湿。不保证焊接暴露的铜基材料，并且不需要通过IPC J-STD-001或A610等标准的联合完整性所必需的。对于QFN和SONS，实际上，光学检查方法不能在生产中使用，因为存在特征性地没有形成圆角，因为器件触点和焊盘之间的焊接的临界区域完全在包装下方呈现。必须使用电气或X射线测试和检查方法。
快板Pb-Free完成
Allegro在其无铅设备上使用的标准表面处理是100%哑光锡电镀。这种饰面在市场上得到了认可。当设备终端和焊点正确对齐时，它提供了一个可靠的焊点，并遵循常见的焊点回流曲线。它具有有效的磨损特性，不使用昂贵的贵金属作为成分。
亚光锡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进行焊接，传统上用于SnPb钎料合金。因此，采用100%哑光锡引线框电镀的Allegro设备可以用于现有的SnPb工艺，包括峰值低于232°C(锡的熔点)的工艺。这是因为哑锡很容易溶于SnPb化合物。
焊料和助焊剂
必须使用适当的焊料和焊剂组合用于将设备连接到PCB。最佳组合考虑了设备的引线框架饰面，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，高可靠性设备，如Allegro产品，使用比通常使用的助焊剂活性更高的助焊剂形成良好的焊点
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。
试验替代助焊剂的一个重要原因是使用更高度活化的焊料可以避免调整可以更昂贵或敏感的其他过程因素。增加的过程温度可以提高可焊性，但强迫温度过高，可以产生材料并发症。此外，在无铅处理中，用于升高温度的余量是有限的，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，有三种基本类型的焊剂:
- 水溶液（最活泼）
- 没有干净
- 溶剂清洗
Allegro强烈推荐无卤化物水性清洁通量，因为他们的高激活水平。这些还具有使用表面活性剂清洁的优势，比传统的溶剂清洁化合物更环保。不干净助熔剂具有更大的环境优势，但不如水性清洁通量高度激活。然而，可能需要无清洁的通量，其中安装的封装和PCB表面之间的间隙太窄而对于洁面液以流动。此外，如果没有100％无卤化物含水助焊剂授权（确保无清洁助焊剂本身具有0％卤化物），则必须使用无清洁的助熔剂。这两种助焊剂类型都留下更少的残留物或残留物比必须用溶剂除去的rosen-核或助熔剂更良好的残留物。
Allegro包装与所有工艺化学兼容，包括除1,1,1-三氯乙烷和三氯乙烯外的所有无卤化物水或溶剂基焊剂清洗工艺，已证明这些工艺会产生氯化物，从而腐蚀设备。这些特殊溶剂也被证明有助于大气臭氧层的消耗，应该避免使用。
替代焊料类型
在从PB为基于PB的过程的转型期间，实际考虑是与现有的基于PB的过程的无铅饰面的向后兼容性。如前所述在本申请说明中，突出的PB-FLIFE 100％哑光锡，与现有的SNPB流程向后兼容。它还与最有前途的无铅焊料合金相容。表1提供了选择无铅焊料合金的基本比较。
材料和工艺化学完整性的特性越来越重要，通过PB无铅加工施加的更严格的要求。通常，除了需要更广泛的预热的要求之外，无铅合金具有更高的表面张力和比Pb的合金更慢。这反过来让新的需求放在助熔剂上保持活跃的时间，并在升高的温度下保持其性质。具有较强的活化水平的助熔剂通常需要在无铅过程中。
腐蚀性污染物
在装配过程中，高处理温度可以加速浸出，但更重要的是长期效应。即使在超模糊的应用中，水会随着时间的推移而发生各种污染物的浸出。亚博尊贵会员这可能导致在最终产品被送到该领域后形成腐蚀性化合物。
腐蚀的主要原因是卤化物化合物。组装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，
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。
防止此类腐蚀的最佳方法是从制造过程中使用的所有材料中去除卤化物。例如，高级尼龙通常具有最低的卤化物含量。这些努力还应辅以对所有工艺阶段的定期审查，以确保没有引入任何污染源。来源不仅包括制造过程中消耗的材料，还包括可在生产工人身上传递的物质。应始终使用口罩、手套和合适的长袍。
| 表1.典型焊膏和波焊的比较 |
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|---|---|---|
| 普通的名字 |
典型的组成 |
评论 |
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| BISN. |
BI 58％/ sn 42％ |
熔点138°C;在温度循环时，不推荐 - 相对较弱的关节强度;兼容100％哑光锡饰面;与现有的SNPB饰面不兼容 |
| SnPb(共晶) |
SN 60％/ PB 40％ |
熔点183°C;用于电子应用的常用用途;亚博尊贵会员兼容100％哑光锡饰面;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饰面和100％哑光锡饰面;沉闷的外表 |
| sn |
SN 96.5％/股票3.5％ |
熔点221°C;兼容100％哑光锡饰面;与现有的SNPB饰面不兼容 |
| SNCU. |
锡99.3% /铜0.5% |
熔点227°C;兼容现有的SNPB饰面和100％哑光锡饰面;沉闷的外表 |
| SN100 |
Sn >98% / Cu <1.0% / Ni <1.0% |
熔点232°C;兼容现有的SNPB饰面和100％哑光锡饰面;闪亮的外表 |
| SNPB（高温） |
SN 5％/ PB 95％ |
熔点≈300℃，普通芯片和类似应用的常用;亚博尊贵会员兼容100％哑光锡饰面和现有的SNPB饰面 |
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-001，一个良好的接头具有对所有焊接表面的粘附和润湿的外观，从焊料表面到焊接端子或陆地表面的混合应是光滑的，通常角度小于90度(尽管有例外)。(启D,§4.14)。IPC-JSTD-001不要求所有具有表面光洁度的终端区域用焊料覆盖(Rev. D，§4.14.2)。
在终端不存在的终端区域，可能不会发生润湿，并且不能保证焊料粘附。主要示例是终端的末端，或者是挡板突起或入侵，其中分割或装置安装期间的修剪留下了暴露的端子的芯材料。关注的另一个位置是终端的座位表面，其中饰面可以在处理过程中通过运动磨损。
角形状
为了促进形成良好的焊接圆角，高可靠性（IPC 3级）组装需要端子和焊盘区域的横向重叠不小于端子宽度的75%，如图4所示。无论伸出量有多大，端子悬垂侧未形成焊接侧圆角都是PCB对齐问题，而不是完成化学的结果。Allegro强烈建议端子宽度和脚与PCB焊盘100%重叠。如果端子和焊环没有完全重叠，则不能保证形成完全圆角的焊点。
可接受的焊点通常是其中，在端子的两个侧面上的每个侧面上有一个良好的焊料圆角，在脚后跟下方的焊料层上，如图5所示。在标准JESD22中， 这关键地区对于鸥翼焊点，焊点包括端子的侧面和端子的下侧面，即端子与着陆垫的接合处(§5.3.3.2，接受/拒绝标准）。
有关SMD焊接联合评估的详细信息，请参阅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（§8.2.5.7）。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）。
关于焊趾圆角，IPC规定了端子装饰区域的基材暴露（IPC J-STD-001，修订版。D、 §4.14.1）。因此，预计脚趾下侧会有圆角，但覆盖整个脚趾的圆角可能更难在有裸露铜的地方实现。
JESD22考虑到焊接关键区域（JEDEC图2），不包括鸥翼端子的顶表面。顶表面也不包括在IPC-2221A焊点描述符号（IPC图8-16）中或IPC J-STD-001可接受性标准中。建议避免过度焊料圆角高度，以避免与器件外壳接触。当使用诸如鸥翼的诸如鸥翼的终端设计时，可能需要优化的工艺条件，以使焊料使得焊接在终端的顶表面的90度边缘上，并粘附在其上。通常，需要更大的更多活性助熔剂，以确保鸥翼铅的顶表面的焊料覆盖。因此，终端的顶表面不能保证焊接。应评估焊料的流动特性，以确保鞋跟，脚趾和侧端子关节的适当填充。
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手工焊接
通孔装置的手动焊接是可以接受的，只要注意防止包装体暴露在过高的温度下。一般来说，应避免SMD的手动焊接，因为难以控制焊接程序的预热和冷却阶段。
不应使用热风枪。它们的影响很难控制，因为它们会产生大量的热空气，这些热空气会迅速损坏塑料组件，并覆盖PCB，使相邻组件的接头松动。
如果需要手动组件（例如用于原型组件或板返工），则优选烙铁，特别是自调节的铁杆，可以设定为保持350°C下方的最大温度。一个例子是Metcal Smartheat™。在不延长焊接时间的情况下，熨斗温度应尽可能低。只训练有素，经验丰富的技术人员都应该被允许进行焊接。
焊接
对于端子长度较长的Allegro装置，铜芯端子的焊接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降低了平均端子厚度，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
精心设计的焊料回流型材是处理传统SNPB焊料和无铅焊料的SMD封装类型的最佳方法。用于无铅焊料过程的最大温度往往高于传统的SNPB加工温度。
图8显示了使用传统SnPb焊料的SMD封装的典型高温焊接-回流焊剖面。图9提供了使用无铅焊料的SMD封装的典型最大焊料回流剖面。比较这两幅图，可以看出无铅加工在多大程度上需要更高的最大加工温度。
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，应保持设备本体与板之间的足够距离，只应使用无卤化物焊剂。对于封装CA或CB的ACS75x电流传感器，可以使用2 ~ 5°C/s的预热斜坡速率。
重工
通常情况下，当设备安装在PCB上后被拆除时，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试图移除设备，并且可以用最小的机械努力移除设备。
使用PB的流程返工可能需要调整程序。例如，使用标准铜编织胶带以芯剩余回流焊焊料可能需要
在胶带上滴几滴不含卤化物的助焊剂使其流动。也可提供预埋焊剂的胶带。
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。
返工设备安装时，建议采用以下程序：
- 如上所述，使用MSL预防措施仔细删除先前的设备。
- 彻底清除返工现场的所有焊料和助焊剂残留物。
- 用模板在现场粘贴新的锡膏。
- 使用合格的型材进行预焙和回流。
- 安装新设备。
- 完成合格的回流焊型材冷却周期。
联合保存
除去助熔剂残余物后，应通过向组装的PCB施加保形涂层来保护焊点和潜在的腐蚀性污染物。Allegro强烈建议这一步骤，这一步被证明是非常有效的，包括在恶劣环境中的Hast（高加速度压力测试）和在经过的应用程序中。亚博尊贵会员
首选的涂层材料是聚氨酯。或者，硅树脂也可以使用。涂层应至少涂在焊点、端子和设备外壳上。为了提高覆盖的可靠性，涂层应在可行的情况下应用于整个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。
DIP测试
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
通过严格遵守标准组装程序和基于msl的处理协议，Allegro设备提供了可靠的性能。有关设备处理和装配的更多信息，请与Allegro销售或服务办公室联系。
