低温锡膏与模组焊接工艺培训.ppt

散熱器錫膏與模組焊接,2023/8/4,http:/,1,內容要點,錫膏基礎錫膏生產錫膏使用無鉛知識散熱器基礎散熱器焊接要領散熱器焊接常識熱管知識散熱器焊接不良分析,2023/8/4,http:/,2,錫膏定義,錫膏是由合金焊料粉和膏狀焊劑（助焊膏）混合而成的具有一定粘性及觸變特性的膏狀體。在散熱器焊接過程中，先將錫膏用印刷或點塗的方式塗布到其中一個元件上，然後把另一元件貼上去並用夾具夾緊。當焊膏被加熱到一定溫度時，隨著溶劑及部分添加劑的揮發，合金焊料粉熔化，散熱器兩元件互聯起來，形成永久性導熱及機械連接。,2023/8/4,http:/,3,錫膏成分,錫膏主要成分合金焊料粉末膏狀焊劑（助焊膏）1）松脂 2）觸變劑 3）溶劑 4）活化劑 5）腐蝕抑制劑,2023/8/4,http:/,4,合金焊料粉末,（1）合金分類（按金屬成分）無鉛：SnBi58 SnAg3.0Cu0.5/SnAg3.8Cu0.7 SnCu0.7 SnZn9/SnZn8Bi3.0等 含鉛：Sn63Pb37 Sn62Ag36Ag2等（2）對錫粉的基本要求：-合金配比穩定一致-錫粉粒徑穩定-錫粉外形穩定一致（一般為球形）-氧化程度低（一般150ppm）,2023/8/4,http:/,5,助焊膏,助焊膏的功能錫粉顆粒的載體提供合適的粘度、粘性、流變性，方便使用去除焊接表面及錫粉顆粒氧化層增強合金的潤濕能力形成安全無腐蝕的殘留物,2023/8/4,http:/,6,助焊膏組成及各組分作用,2023/8/4,http:/,7,永安錫粉生產流程圖RoHS,2023/8/4,http:/,RoHS專用投備,領料,冶 煉,稱量配料,倒筒,霧化,QA檢驗,篩選,包裝,來料,RoHS報告確認,過程檢查（QC1）,結束時間記錄,RoHS專用投備,報檢單,QC2,目視,開始時間記錄,錫粉生產記錄,原料IQC表,配方表,領料單,打渣,合格確認,永安錫膏生產流程圖RoHS,2023/8/4,http:/,9,領 料,分 裝,QA抽樣,攪 拌,預 攪 拌,稱量配料,RoHS報告確認,RoHS專用設備,RoHS專用設備,RoHS確認,過程檢查(QC),領料單,錫膏生產記錄,原料IQC表,配方表,開始時間記錄,結束時間記錄,溫度,報檢單,去皮重,合格確認,真空處理,品質管控,原料：利用化學分析每種原料各項指標，並製備樣品錫膏驗證其在錫膏中的性能，做到全檢，確保原料品質。助焊膏（半成品）：利用化學滴定的方法測定助焊膏來監控配料過程是否準確，並製備樣品錫膏按成品指標檢測，實行的是全檢方案。助焊膏使用前都是合格的。成品：所有成品入庫前按批次全部再一次接受嚴格檢驗，確保客戶使用的都是合格產品。過程：建立產品品質計畫，規定程序控制點，使整個生產過程處於穩定和受控狀態。,2023/8/4,http:/,10,永安公司從原料、半成品、成品及過程對錫膏生產全程進行管控,錫膏入庫檢驗指標,外觀：對錫膏色澤，細膩程度等外觀指標進行初步判斷。銅片回流：將錫膏印刷在標準銅片上，在一定的回流條件下進行回流熔化後顯微鏡下觀測，可判定錫膏潤濕性、錫珠、焊點亮度，殘留分佈狀況，保證錫膏焊接回流性能。粘度：使用PCU-205粘度計，25，5rpm,2min對成品粘度進行監控，保證錫膏印刷和點塗性能。金屬含量：確保錫膏中錫粉與助焊膏比例穩定，從而保證焊接後錫量和松香量。,2023/8/4,http:/,11,錫膏使用：Sn42Bi58低溫錫膏推薦曲線,2023/8/4,12,活化溫度110170S,139,100,60100S,170200,升溫區,預熱區,回流區,冷卻區,http:/,低溫無鉛錫膏曲線分析:。,100-139（預熱區）由於錫膏採用高溫氣化有機酸及松香來去除氧化層的,低溫錫膏的熔點非常低，所以應在它的熔點（139）前充分利用錫膏的活性劑來去除PCB焊盤的氧化層。活性劑一般要在100以上的溫度才開始與焊盤上的氧化層反應，所以100-139這個溫區上升太快會使活性劑還未將焊盤的氧化層清除完就開始熔化會導至錫膏在焊盤上未能擴展開，而焊錫向元件角上爬。這個溫區一般控制在110-170S139-139（熔溶區、頂點溫度170至200）熔溶時間一般控制在60100S之間，頂點溫度控制在170200。如果元件不能承受高溫，則頂點溫度設定為170；如果元件可以承受高溫，則頂點溫度設定為200，可增加焊接牢固度,2023/8/4,http:/,13,Sn42Bi58 散熱器專用錫膏產品特性,2023/8/4,http:/,14,包裝說明,標籤說明：永安低溫錫膏采用綠色标签，說明錫膏符合RoHS為綠色環保產品。包裝有兩種：瓶裝：每個塑膠瓶內錫膏净重5005g。二十個塑膠瓶裝在一個保利龍泡沫箱內（淨重10KG）。針管：規格有1250g/支、750g/支和1000g/支。夏天在保利龍泡沫箱內存放已包裝好的冰塊以防止35以上高溫。,2023/8/4,http:/,15,標籤指示,每一容器需有以下標籤指示：1.商標2.商品型號3.合金成分4.焊料粒徑5.生產批號6.使用期限7.包裝規格8.注意事項9.廠商名稱商品及生產批號識別：例：LF-RAA5G2商品型號 Sn42Bi58合金成分-325500焊料粒徑(25-45m)07081113批號 2008-02-11使用期限 500g包裝規格即500克/瓶,2023/8/4,http:/,16,錫膏儲存注意事項,錫膏儲存要在0-10的環境下冷藏。自生產日期起6個月內使用。不要把錫膏儲存在0以下，這樣會影響錫膏的流變性能。不可放置于陽光照射處。針筒包裝冷藏時可以平放，但頭部豎直朝下更佳，少量分層不影響焊接效果。,2023/8/4,http:/,17,操作注意事項,非作業者不可操作使用。使用時須戴手套和眼鏡等保護用具。若與皮膚接觸時,使用乙醇或異丙醇溶劑擦拭。在使用環境中請勿吸煙吃東西。,2023/8/4,http:/,18,散熱器錫膏使用方法（1）,開封前須將溫度調回使用環境溫度上,回溫時間3-4小時,禁止使用其它加熱器使其溫度上升的作法。開封後須充分攪拌,使用攪拌機時間為2-10min,視攪拌機機種而定。當天未使用完之錫膏,不可與尚未使用之錫膏共同置放,應另外存放在別的容器之中,以確保品質的穩定性。錫膏印刷後，建議在8小時內完成回流。室內溫度23-27,相對濕度45-65%為最好作業環境。通常不贊成使用稀釋劑來調整粘度,可能影響回流後殘留分佈。更詳細的使用方法請閱讀使用說明書。,2023/8/4,http:/,19,散熱器錫膏使用方法（2）,範本印刷1.絲網印刷絲網印刷:網眼大小影響錫膏下錫情況，對錫膏粘度有要求，網眼越小所需的錫膏粘度也越低。2.鋼網印刷鋼網印刷:鋼網開口形狀和厚度影響錫膏塗覆量，進而影響焊接面錫量。對粘度要求低，粘度大小一般不影響效果，只與是否方便印刷有關。,2023/8/4,http:/,20,散熱器錫膏使用方法（3）,滴塗(注射)式1.膠管塗布膠管塗布口徑較大，塗布量多，形狀較不規則,量也不好控制，較少採用。2.鋼管擠出鋼管擠出錫膏為線狀,針管也較細1.32.0mm，對錫膏流動性要求高，要求錫膏順暢擠出不斷裂。多數用於需鑽孔設計的熱管散熱器與不便使用範本印刷的場合。,2023/8/4,http:/,21,無鉛背景介紹,鉛是一種有毒物質，攝入低劑量的鉛就可能對人的智力、神經系統和生殖系統造成影響。一般地說，從鉛吸收來源來看食入鉛的危險要高於呼吸吸入，可以採用一些簡單的預防措施，包括在保養波峰焊錫爐和清理殘渣時戴上面罩，在有鉛區域禁止抽煙，盡可能減少在工作區攝入鉛的可能性。另外當接觸焊錫膏、焊條、焊線等含鉛物體後，務必在吃飯、飲水和抽煙之前清洗雙手，徹底消除攝入鉛的可能途徑。,2023/8/4,http:/,22,無鉛知識,既然在電子工業中使用鉛的危險如此之小，那麼人們為什麼還在考慮徹底消除鉛的使用呢？其實主要的擔心是含鉛材料的處置問題，如印刷線路板等。之所以有這種擔心，是因為那些被作為垃圾處理的廢印刷電路板在埋入地下後，其中所含的鉛可能會從電路板滲出進入地下水，繼而流入我們的飲用水之中,使我們在不知覺中受到鉛污染的毒害。,無鉛定義,對於無鉛的定義，目前全球尚未統一JEDEC（美國）0.2wt%PbJEIDA（日本）0.1wt%PbEUELVD（歐盟）0.1wt%Pb,2023/8/4,http:/,23,2023/8/4,http:/,24,1、ppm表示一百萬份重量的溶液中所含溶質的重量。百萬分之幾，就叫幾個ppm，ppm=溶質的重量/溶液的重量*10六次方。2、WT是品質百分比，例1g溶質/99g溶劑，配成溶液品質百分比就是1WT 即ppm是百萬分之幾，WT百分之幾，相比就是10000倍了,小知識：PPM與WT%,幾種無鉛合金比較,2023/8/4,http:/,25,潤濕性可用特製焊劑彌補，不進行比較,為什麼SnBi合金散熱器無鉛焊接的主流合金？,熔點低，熔點139，峰值溫度160180即可完成焊接，散熱器尺寸大，熱容量大，降低峰值溫度可減少能量損耗，降低對回流焊設備的要求，還可縮短回流時間提高生產效率，降低成本。價格低，價格只有SnAgCu、SnAg的一半左右。,2023/8/4,http:/,26,SnBi替代SnPb給散熱器焊接帶來的變化,熔點下降，生產效率提高，減少了熱管脹管幾率，銅變色程度減輕。潤濕性降低，空洞增加，需用特製的焊劑彌補，需用心於溫度曲線設置來發揮潤濕性，鋼網網眼間距也需進行微調。強度降低，設計散熱器時考慮增大焊接面或選用強度好的結構。鍍鎳件適應能力下降，某些鍍鎳件可能產生拒焊。,2023/8/4,http:/,27,電腦散熱方式,電腦散熱方式主要有三種：風冷散熱法 風冷式散熱法是目前電腦散熱使用最多，也是最成熟的方法，拆開您的主主機殼，您可以在CPU、顯卡、電源等等各處找到它的身影。水冷散熱法半導體致冷法,2023/8/4,http:/,28,散熱器基礎,風冷散熱原理,所謂風冷散熱器，其散熱原理即通過與發熱物體（就電腦而言即CPU、GPU等半導體晶片）緊密接觸的金屬散熱片，將發熱物體產生的熱量傳導至具有更大熱容量與散熱面積的散熱片上，再利用風扇的導流作用令空氣快速通過散熱片表面，加快散熱片與空氣之間的熱對流，即強制對流散熱。,2023/8/4,http:/,29,散熱原理圖示,2023/8/4,http:/,30,風冷散熱的優缺點,讓我們來看一下風冷式散熱法主要的優缺點：優點：結構簡單，價格低廉(比較其它散熱方法)，安全可靠、技術成熟。缺點：不能將溫度降至室溫以下，由於存在風扇的轉動，所以有噪音，風扇壽命有時間限制。,2023/8/4,http:/,31,風冷散熱模組分類,根據電腦類型分類：（1）臺式電腦散熱器（2）筆記本散熱器 二者的本質差別是電腦內部用於容納散熱器的空間大小不同，桌上型電腦有較大的空間可以容納個頭較大的散熱器，散熱性能較好，散熱器結構相對簡單一些就可以滿足散熱要求。筆記型電腦就不同了，內部空間有限，散熱性能制約著筆記型電腦性能的提高，這就要求筆記型電腦用散熱器需採用更先進，更複雜的工藝進行生產。,2023/8/4,http:/,32,散熱模組,臺式電腦散熱器,2023/8/4,http:/,33,散熱模組（筆記本）,筆記本散熱系統,2023/8/4,http:/,34,IBM筆記本散熱管,散熱模組安裝效果圖,2023/8/4,http:/,35,2023/8/4,http:/,36,散熱模組常見組成單元,平面（底板）,鰭片,熱管,折片,還有一些較少見的組成單元,散熱模組形狀類型分析（1）,以上四種組成單元進行組合可以組成以下幾種常見的散熱器基本結構：,2023/8/4,http:/,37,（3）平面與鰭片,（2）平面與熱管,（1）平面與平面,（4）平面與折片,散熱模組形狀類型分析（2）,（5）熱管與鰭片其中熱管與鰭片又分為三種情況：1）熱管插入鰭片中2）熱管與鰭片底部焊接（與類型2熱管與平面差不多）3）熱管插入鰭片中，上方有較大面積的開口槽，回流時溶劑更易揮發,2023/8/4,http:/,38,1）,2）,3）,Sn42Bi58低溫錫膏回流說明（1）,不同類型散熱器對合金潤濕性、合金熔融狀態的流動性及殘留松香的要求不同，針對具體的散熱器類型設定與其類型相適應的溫度曲線可取得更好焊接效果和焊接後外觀。由於錫鉍合金的潤濕性差，通常無法滿足散熱器焊接的要求，這就要求焊劑提供好的潤濕性，而焊料熔化時溶劑殘餘量的多少影響焊劑潤濕性發揮，溶劑殘餘量越多促進潤濕進行。,2023/8/4,http:/,39,焊接要領,Sn42Bi58低溫錫膏回流說明（2）,散熱器回流溫度曲線設定需進行綜合全面的考慮：大多數的散熱器焊接都要求錫膏有很好的潤濕性，保證較高的釺著率，但不是都要求熔融焊料有高的流動性。潤濕性好是流動性好的前提，也可以通過回流條件的改變降低流動性。較快的升溫速率，錫膏在較短的時間內升至熔點，此時溶劑揮發較少，潤濕性更好得到發揮，由於焊劑中溶劑量較多，焊劑流動性就更好，更好的帶動液態焊料的流動（擴展润湿）。缺點是溶劑揮發較少殘留就更多一些，殘留也更軟一些，更容易產生溢錫，溢松香，也就是說負面效果主要表現在外觀上。熱管與鰭片焊接（尤其是有較大開槽類型）採用較快的升溫速率，流動性就比較好，促進錫在熱管表面的包裹，而其他類型的模組在保證其足夠潤濕性情況下採用較慢的升溫速率，加劇錫膏熔化前溶劑的揮發（錫熔化時溶劑不可揮發過度，進而影響潤濕，降低釺著率），降低殘留和錫的流動性，使焊料在“原地”润湿，改善焊後外觀。,2023/8/4,http:/,40,Sn42Bi58低溫錫膏回流說明（3）,升溫預熱區：通常散熱器焊接回流曲線升溫區與預熱區界限不明確，必要時可延長80120的時間作为預熱區，升溫預熱區的作用是揮發部分溶劑，去除錫粉氧化物及清潔被焊接表面，為回流時合金潤濕作準備。升溫預熱區延長可加強對焊接表面的化學清潔作用，而太長可能出現溶劑揮發過度，活化劑消耗過多，影響回流時潤濕性。,2023/8/4,http:/,41,Sn42Bi58低溫錫膏回流說明（4）,回流區：從焊料自身特性來說,最高溫度越高，合金本身的表面張力下降，潤濕性提高。峰值溫度越高，停留時間越長，越有利於介面合金的生成，強度越高，導熱性能越好，殘留也會少一些，硬一些。但峰值溫度不可過高，停留時間過久，導致溶劑揮發過度，活性劑失效，潤濕性下降，錫又重新收縮，也就是反潤濕。負面影響是：銅氧化變色嚴重，熱管脹管，殘留顏色變深。,2023/8/4,http:/,42,不同散熱模組焊接要領（1）,類型（1）平面與平面特點：焊接面大，需要極好的潤濕性，才能達到好的鋪展。另外，由於錫膏被兩平面夾在其中，溶劑會更難揮發些。易出現不良現象：溢松香、空洞、溢錫。建議：採用潤濕性好，殘留少的錫膏，潤濕性好，可減少空洞的產生，殘留少，殘留的流動性就少，對熔融錫的帶動能力就小，可減少溢錫。針對其溶劑難揮發的特點，在不影響焊著率的情況下，採用較慢的升溫速率，加劇錫熔化之前溶劑的揮發，可降低殘留從縫隙中溢出後的流動能力，可減少溢松香和溢錫。,2023/8/4,http:/,43,不同散熱模組焊接要領（2）,類型（2）平面與熱管特點：熱管與平面接觸為圓弧與平面接觸，接觸面積較小，這就要求錫膏有較好的爬錫性能，焊接時加大錫與熱管的接觸面積，也就加大了導熱面積，減小了熱阻。另外，由於熱管與平面接觸面的周圍有很大的面積暴露，殘留很容易流淌，影響外觀。回流曲線設定可參照類型（1），不影響潤濕和生產效率的情況下，適當減緩升溫速率。,2023/8/4,http:/,44,不同散熱模組焊接要領（3）,類型（3）平面與鰭片特點：與類型（1）平面與平面的差別是鰭片與平面接觸部位有條形縫隙，更容易出現溢錫，溢松香，溶劑也揮發一些。焊接要領與類型（1）平面與平面差不多。,2023/8/4,http:/,45,不同散熱模組焊接要領（4）,類型（4）平面與折片特點：焊接面為窄條狀，假如潤濕不好，在焊接面形成空洞，空洞較大時就會把錫擠出，造成溢錫。此外，這一類型也易形成溢松香，松香殘留應該在四周均勻分佈，假如使用的松香有聚集趨勢或溶劑過度揮發造成松香聚團，則出現溢松香。判斷此中類型溢錫需先排除折片移位元的情況。回流時可適當加快升溫速率。,2023/8/4,http:/,46,不同散熱模組焊接要領（5）,類型（5）熱管與鰭片 熱管與鰭片焊接的特點是錫膏塗布時用針管擠出條狀錫膏在熱管表面上，錫膏與熱管的接觸面積很小，卻要求錫能潤濕整根熱管。這就不僅要求錫有很好的潤濕性，也要求焊劑有很好的流動性，帶動錫在熱管上擴散。可採用相對快的升溫速率，減少溶劑的揮發，達到焊劑潤濕效能充分發揮的效果。特別是第三種（有開口槽）需以最快的升溫速率達到峰值溫度，並適當延長回流段時間，才會取得最好效果。,2023/8/4,http:/,47,錫鉍錫膏潤濕效果圖,錫鉍錫膏優良的焊接面撕裂面主體為灰色或灰白色，空洞少，局部有白色花紋，有明顯紋路。灰色部位刮開後更亮些。,2023/8/4,http:/,48,刮痕,白色花紋,白色花紋，不是很亮,散熱器材料分析（1）,目前普遍使用的散熱材料集中在銅、鋁上，從比熱角度看，鋁的比熱為217卡/千克217，銅則為93，也就是說加熱同重量的鋁和銅，要分別輸入217和93卡的能量，從這個角度看鋁的比熱很具有優勢，這也是為什麼目前大多數散熱片都以它為主要原料。而熱傳導係數也是一個不可低估的指數，從CPU到散熱片表面的傳導外，散熱片整體的能量分佈如何也是一個很關鍵的問題。鋁為237W/單位長度卡，而銅則為400W/單位長度卡。,2023/8/4,http:/,49,散熱器焊接常識,散熱器材料分析（2）,此外鋁和銅的品質比也是值得我們注意的數字，銅的品質是鋁的三倍，也就是說在相同體積情況下，銅的單位重量將是鋁的三倍。雖然銅的比熱沒有鋁好，但是它可以在較小的面積上實現更高的密度，如果簡單用鋁的比熱217和三倍它的銅的比熱93*3=279計算就會發現，銅在相等面積上的優勢，而且銅的熱傳導係數又高達400W/單位長度卡，幾乎是鋁的一倍，所以目前散熱片往往銅的效果更好。,2023/8/4,http:/,50,散熱器材料分析(3),但是這並不代表銅將一統天下，鋁仍有自己的位置，除了低端產品仍然使用鋁外，即便是銅散熱片，也離不開鋁的參與。因為鋁的品質輕，如果整個散熱片都是用銅，那無疑極度沉重，很難做出大的表面積給風扇作熱對流，而鋁小品質大面積，熱傳導性能也不錯的特性，使得鋁往往成為銅的配角。所以銅鋁合體的散熱片成為了兩個集合的優化組合，從而產生了兩種金屬的結合問題，即異性金屬接合。,2023/8/4,http:/,51,散熱器材料分析（3）鍍鎳,採用鍍鎳工藝的原因：（1）鋁材在空氣中表面易形成氧化鋁薄層，氧化鋁十分穩定，使得難以進行優質焊接，採用鍍鎳工藝在鋁材表面形成鎳薄層提高了可焊性。（2）在某些銅鋁結合得模組上，銅表面也採取鍍鎳工藝，主要目的是外觀協調的需要，還可取得防止銅表面氧化的效果。鍍鎳工藝無疑提高了散熱模組的生產成本，模組廠家有減少鍍鎳工藝的意願，但目前市場上還沒有可用於鋁不鍍鎳散熱器優質焊接的錫膏，有其技術上的原因。,2023/8/4,http:/,52,異性金屬接合技術,在鋁制散熱器底部添加銅板，充分發揮了銅熱導係數高的優勢，又利用了鋁密度低重量輕，延展性好的特點，可以製作超大面積散熱片。底部銅片使熱量快速傳導到鋁制散熱鰭片，可以讓熱量均勻分佈在整個散熱器上，避免熱量聚集在底部，在有限增加散熱器重量的情況下，大幅度提高散熱效果。異性金屬連接技術要解決的問題就是介面熱阻，如果兩種金屬接觸不好，會產生非常大的介面熱阻，大大降低散熱器效果。採用錫膏進行回流焊接，在兩種元件之間生成金屬結合，可有效降低熱阻並提供足夠的強度保證元件的結合，也就很好的解決這個難題。,2023/8/4,http:/,53,散熱器焊接原理,釺焊是採用熔點比母材熔點低的釺料，操作溫度採取低於母材固相線而高於釺料液相線的一種焊接技術。釺焊時釺料熔化為液態而母材保持為固態，液態釺料在母材的間隙中或表面上潤濕、毛細流動、填充、鋪展與母材相互作用（溶解、擴散或產生金屬間化物）。冷卻凝固形成牢固的接頭，從而將母材聯結在一起。使用錫基焊料（SnPb/SnBi/SnAgCu/SnCu）進行回流焊是散熱模組焊接的一個實例。與其他散熱模組組裝方法相比有明顯的優勢。聯結面為金屬，更緊密，強度高，熱阻更小，可以用於加工複雜精緻的模組。熱管技術的推廣也促進回流焊技術在散熱模組組裝上的應用。,2023/8/4,http:/,54,電腦散熱器組裝方法,1.扡焊 2.螺絲鎖合 3.熱脹冷縮結合 4.機械式壓合,分析 在純銅製作的散熱器,2003年Tt率先採用世界先進的回流焊接技術進行焊接,因此也獲得了Intel公司頒發的傑出貢獻獎.這項技術的應用確保了純銅散熱器的良好的導熱效果，錫膏回流焊接是散熱器組裝發展主流!,2023/8/4,http:/,55,散熱器焊接的幾點常識,銅的導熱係數比鋁合金高將近一倍.銅密度大,易吸熱,銅板做為散熱母材是首選.銅鋁結合方式,焊接面的品質直接影響散熱效能.熱管屬一種傳熱元件,只有導熱能力，而無法進行散熱。熱管傳遞熱量的效率很高，導熱係數比單一材質要高幾個數量級。熱管的熱端需接觸銅板有熱阻,冷端需要散熱，散熱鰭片與熱管之間又是一個接觸熱阻,也就是說，為了利用熱管優良的導熱能力，至少需要付出兩個接觸熱阻的代價。散熱器錫膏就是要利用不同的組裝工藝解決這些問題.,2023/8/4,http:/,56,焊接常用設備,1.回流爐焊接2.烤箱焊接3.自製工業烤爐焊接,2023/8/4,http:/,57,加熱方式,各種設備特點,熱風對流式回焊爐是最為理想的散熱器焊接設備.不但有較先進的溫控和速控系統,還有很好的風扇冷卻裝置,甚至可以測溫度曲線,較容易滿足錫膏回流要求.烤箱加熱時主要從左右兩面吹送熱風,產品受熱也是一個靜態過程,擺放產品位置不同受熱也不一樣,而且沒有冷卻裝置,溫度控制效果一般.自製的工業烤爐大部分沒有熱風扇,溫度控制能力很差,速度也不好調整,能效利用率極低.生產量不均衡時極易造成焊接問題.有一些裝有水冷系統.,2023/8/4,http:/,58,溫度曲線測試方法,測試要點說明原則上施加的錫膏地方都應該測試其實際溫度熱管有極限溫度要求時要測其表面溫度對散熱器模組最容易產生的低溫位置進行監控初測時類比實際工藝越逼真溫度曲線越有參考價值測試烤箱溫度時還要不同層架和不同位置的進行監控具體生產工藝可憑經驗對實際溫度進行評估和補償,2023/8/4,http:/,59,熱電偶放置圖例,銅板與熱管內部結合面,鰭片與熱管內部結合面,熱管表面,熱導測試原理圖示,CPU模擬發熱器熱電偶散熱器及風扇組合溫度儀導熱矽脂功率表電源,2023/8/4,http:/,60,溫度儀,功率表,CPU模擬發熱器,內塗導熱矽脂,熱電偶線,電 源,散熱器及風扇組合,拉撥力測試:,用試用錫膏按正常生產流程組裝散熱模組,做完性能測試後,在DC與熱管焊接的熱管一端打孔.如右圖用繩線紮起,熱管面向上,將D/C固定於測試機台下臺鉗上,將繩線固定於上臺鉗上,做拉拔力測試:使熱管完全脫離DC取最大拉力,得出測試結果。判定结果:看以上測試結果是高於標準值10KG,判定為OK。標準值以各散熱模組客戶要求,2023/8/4,http:/,61,回流焊溫度設定與調整,上圖是以八溫區回流焊說明基本的設定方法，溫區多的回焊爐可根據調試經驗合理區分.各溫區具體設定溫度要根據實測的曲線作分析後調整.要注意傳送速度與各溫區升率之間的對應關係.升溫過程是一個溫度疊加的過程.調整時儘量避免單個溫區間溫差太大.例如:假設你想使峰值提高20,可以在7,8溫區的提高設定溫度約30.更好的辦法是在5,6溫區各提高設定溫度5-10,然後提高7,8溫區設定溫度10-20,這樣可避免6,7溫區間太大的溫差,也可使產品更均勻的受熱.,2023/8/4,http:/,62,熱管發展及現狀,1944年:通用發動機公司的R.S.Gaugler首先提出 了熱管的工作原理,但是他的想法當時並沒有被廣泛的採納利用。1963年:美國的LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover重新獨立發明了這種傳熱元件,並進行了性能測試實驗,將這種傳熱元件正式命名為熱管-heat pipe。1965年:Cotter首次提出了較完整的熱管理論。70年代以來:熱管技術飛速發展.我國也自70年代開始,開展了對熱管的研究和應用。,2023/8/4,http:/,63,熱管知識,熱管導熱原理,典型的熱管是由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內抽到的負壓後充以適量的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體後加以密封。管的一端為蒸發段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據需要可以在兩段中間佈置絕熱段。當熱管的一端受熱時，毛細芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段。如此迴圈不已，熱量由熱管的一端傳至另一端。,2023/8/4,http:/,64,热管導熱原理圖示,2023/8/4,http:/,65,散熱的動力示意如下圖：,2023/8/4,http:/,66,熱管特性,很高的導熱性:比普通的金屬導體高幾個數量級。優良的等溫性:蒸汽處於飽和狀態,從而保證了很小的溫差,利用該特性來實現溫度展平。熱流密度可變性:可以通過改變蒸發段和冷凝段的面積來很方便的調節熱流密度。熱流方向的可逆性:由於其內部迴圈動力是毛細力,所以任意一端受熱都可以成為蒸發段。環境的適應性:熱管的形狀可以隨熱源和冷源的條件而變化,並可以將熱源和冷源分隔在兩個場所進行熱交換。,2023/8/4,http:/,67,熱管適用場合,1、在熱源附近缺乏散熱空間2、需要從多個熱源處進行有效的散熱3、在密閉的空間內進行散熱4、短時間大量散熱5、具有活動的部件6、要求體積小並且品質輕的設備熱管散熱技術在筆記型電腦中被廣泛應用，以IBMThinkPad最為常見。最近由於CPU主頻的提高，散熱需求加大，熱管也開始走入桌上型電腦中。,2023/8/4,http:/,68,熱管應用,熱管在其它散熱方面的應用也將廣泛.顯示卡散熱也巳採用熱管設計,熱管使用的最佳方案就是利用錫膏進行回流焊接.,2023/8/4,http:/,69,熱管制作工藝流程鍍鎳流程圖,切管Cutting除氣端縮管Shirnk Tip尾端縮管Shirnkage清洗Cleaning去氧還原Deoxidize封尾管Welding填充作動液Fill Fluid除氣抽真空Vacuum封除氣端Welding高溫測試Burn in Test溫水測試Temperate Test鈍化Inactivation鍍鎳Nickel-plating,前處理烘乾除油(50-60)熱水洗(45-55)水洗水洗微蝕水洗水洗預浸(25-30)活化(25-30)水洗水洗酸洗純水洗化學鎳(78-82)回收水洗水洗後處理烘乾,2023/8/4,http:/,70,熱管結構,2023/8/4,http:/,71,解剖圖,外形圖,錫面不平整,2023/8/4,http:/,72,現象描述:錫面坑窪不平。原因分析潤濕性差的表現。可能原因：1）焊劑潤濕性不夠2）升溫速率太慢，導致溶劑過早揮發，影響潤濕性發揮3）回流時間太長，潤濕失效，錫收縮反潤濕。,散熱器不良分析,溢錫不良1（鰭片溢錫）,現象描述:1）錫從鰭片與底板接觸部位周圍溢出，淌到底板的四周。2）錫從鰭片縫隙中溢出，鰭片縫隙可看到白色點狀錫（圖片暫缺）可能原因分析1）錫膏潤濕不好，回流時內部形成大量空洞將錫擠出。（假如剖面有較多空洞，通常鰭片縫隙處也有溢錫，屬於此原因）2）範本太厚，造成錫膏印刷量大。3）回流時間太長，松香溢出時將錫帶出。(焊接面內部空洞較少，而溢錫部位可看到殘留屬於此現象)解決辦法原因1：改用潤濕性好的配方原因2：使用薄範本或鋼網開口進行修改原因3：降低升溫速率，使溶劑揮發更充分，減少殘留，並適當縮短回流時間,2023/8/4,http:/,73,溢錫不良2（折片溢錫）,現象描述：折片焊接面邊緣有不連續錫溢出，假如錫連續而且每個折片旁都有，則為折片移動造成 可能原因分析潤濕性差 解決辦法改用潤濕性好的配方，提高升溫速率,2023/8/4,http:/,74,折片溢錫,溢錫不良3（孔洞溢錫）,現象描述:錫從縫隙中溢出可能原因分析1）焊縫垂直，錫熔化時沿著縫隙往下流2）潤濕性過高，錫流動性太好。解決辦法改用潤濕差配方將焊縫改成水準放置降低升溫速率，促進溶劑揮發，減小殘留的流動能力，降低潤濕性,2023/8/4,http:/,75,孔洞溢錫,空洞不良圖示,原因分析小空洞一般由助焊劑未完全揮發的氣泡造成 大面積的空洞是潤濕性不良造成 解決辦法加快升溫速率，提高回流峰值溫度，延長回流時間，或採用潤濕性更好的配方。,2023/8/4,http:/,76,大面積空洞,溢松香,現象描述松香鋪展面積大或從縫隙溢出 原因分析1)焊劑中固體含量高2)回流時升溫速率過快，造成錫熔化時溶劑殘留多，殘留流動性太好。解決辦法改用殘留少的配方降低升溫速率，,2023/8/4,http:/,77,背面殘留,正面,冷焊不良圖示,現象描述:強度低，拉開後有一側焊接面錫量極少。原因分析錫未完全熔化或未擴散就出爐造成 解決辦法延長回流時間提高峰值溫度運送速度減慢,2023/8/4,http:/,78,錫未熔化,錫未擴展,熱管膨脹不良圖示,原因分析溫度設定過高導致熱管內部物質膨脹 解決辦法減低峰值溫度縮短受熱時間,2023/8/4,http:/,79,扁熱管膨脹變圓,銅綠,原因分析1)殘留溢出後，吸水並與銅反應後變綠。2)為追求高潤濕性，焊劑中添加強酸，腐蝕性強。解決方法1）更改配方最為有效直接2)調整溫度曲線加劇溶劑揮發可改善，但改善有限,2023/8/4,http:/,80,殘留顯綠色,鍍鎳件拒焊,現象描述：有較多較大錫珠出現，且很有規律。嚴重空洞。拉開後，鍍鎳件一面嚴重少錫（需排除夾具鬆動與冷焊）。原因分析：鍍鎳件可焊性差（為主要原因），可能原因如下：物料週期過久,貯存溫濕不當,而造成表面氧化嚴重或鍍鎳件不潔淨。鍍層脫落鍍鎳層過厚或光潔劑過多或磷含量過高.鍍鎳件烘烤時間或溫度不當.鍍鎳藥水問題錫膏低溫活性不足。預熱不夠充分，錫膏熔化時，焊劑還未將鍍鎳件表面清除乾淨。解決方法重新評估鍍鎳工藝，建議鍍鎳廠商對鍍鎳件進行可焊性測試和膜厚測試（可根本解決問題）。改良錫膏，並延長預熱時間（輔助）。,2023/8/4,http:/,81,謝謝聆聽!將來我們會做得更好。,2023/8/4,http:/,82,