波峰焊接工(gong)藝技術的研究

   作爲一種傳(chuan)統焊接技術，目前(qian)波峰焊接技術依(yi)然在電子制造領(ling)域發揮着積極作(zuò)用。介紹了波峰焊(han)接技術的原理，并(bing)分别從焊接前的(de)質量控制、生産工(gōng)藝材料及工藝參(can)數這三個方面探(tan)讨了提高波🎯峰焊(hàn)質量的有效方法(fǎ)。

   波峰焊是将熔化(huà)的焊料，經電動泵(beng)或電磁泵噴流成(chéng)🙇🏻設計要求🔅的焊料(liào)波峰，使預先裝有(you)電子元器件的印(yìn)🥰制闆通過焊料🈚波(bō)峰，實現元器件焊(han)端或引腳與印制(zhì)闆焊盤之間機械(xiè)與電氣連接的軟(ruan)釺焊。波峰焊用于(yú)印制闆裝🛀🏻聯已有(yǒu)20多年的曆史，現在(zài)已成爲一種非常(cháng)成熟的電子裝聯(lián)工藝技術，目前主(zhu)要🛀🏻用于通孔插裝(zhuang)💜組件和采用混合(hé)組裝方式的表面(miàn)組件的焊接。
   1 波峰(feng)焊工藝技術介紹(shào)
波峰焊有單波峰(feng)焊和雙波峰焊之(zhī)分。單波峰焊用于(yu)SMT時，由于焊料的"遮(zhe)蔽效應"容易出現(xiàn)較嚴重的質量問(wèn)題，如㊙️漏焊、橋接和(he)焊🤞縫不充實等缺(quē)陷。而雙波峰則較(jiào)好地克服了這個(ge)問題，大大減少漏(lou)焊、橋接和焊縫不(bú)充實等缺陷，因此(cǐ)目前在表面㊙️組裝(zhuang)中廣泛采用雙波(bō)峰焊工藝和設備(bèi)，見圖1。

   波峰錫過程(chéng)：治具安裝→噴塗助(zhu)焊劑系統→預熱→一(yī)次波💔峰→二次波峰(feng)→冷卻。下面分别介(jiè)紹各步内容及作(zuo)用。
1.1 治具安裝
治具(jù)安裝是指給待焊(hàn)接的PCB闆安裝夾持(chi)的治具，可以限制(zhì)基闆🐉受熱變形的(de)程度，防止冒錫現(xian)象的發🌂生，從而确(que)保浸錫效果的穩(wěn)定。
1.2 助焊劑系統
助(zhù)焊劑系統是保證(zheng)焊接質量的第一(yī)個環節，其主㊙️要♍作(zuò)☂️用是🤞均勻地塗覆(fu)助焊劑，除去PCB和元(yuan)器件焊接⚽表面🌈的(de)氧化層和防👉止焊(han)接過程中再氧化(hua)。助焊劑的塗覆一(yi)定要均勻，盡量不(bu)産💚生堆積，否則将(jiāng)導緻焊接短路或(huo)開路。見圖2。

   助焊劑(jì)系統有多種，包括(kuo)噴霧式、噴流式和(hé)發泡式。目前一般(bān)💃使🏃‍♀️用噴霧式助焊(han)系統，采用免清洗(xǐ)助焊🔆劑，這是因爲(wei)免清洗🎯助焊劑中(zhong)固體含量極少，不(bu)揮🛀發無含量隻有(you)1/5～1/20。所以必須采用噴(pēn)霧式助焊系統塗(tú)覆助焊劑，同時在(zai)焊接系統中加防(fang)氧化🙇‍♀️系統，保證在(zai)PCB上得到一層均勻(yún)細密很薄的助焊(hàn)劑塗層，這樣🐉才不(bú)會因第一個波的(de)擦洗作用和助焊(han)劑的揮發，造成助(zhù)焊劑量不足，而導(dao)緻焊料橋接和拉(lā)尖。
   噴霧式有兩種(zhǒng)方式：一是采用超(chāo)聲波擊打助焊劑(ji)，使其顆粒🌏變小，再(zài)噴塗到PCB闆上。二是(shi)采用微細噴嘴在(zai)一定空氣壓力下(xià)噴霧助焊劑。這種(zhǒng)噴塗均勻、粒度小(xiao)、易于控制，噴霧高(gao)度/寬度可自動調(diào)節，是今後發展的(de)主流。
1.3 預熱系統
1.3.1預(yu)熱系統的作用
（1）助(zhu)焊劑中的溶劑成(chéng)份在通過預熱器(qi)時，将會受熱💜揮發(fa)。從而避免溶劑成(chéng)份在經過液面時(shi)高溫氣化造成炸(zhà)裂的現象發生，最(zuì)終防止産生錫粒(li)的品質隐患。 （2）待🆚浸(jin)錫産品搭載的部(bù)品在通過預熱器(qì)時的緩慢升溫，可(ke)避免過波峰時因(yīn)驟熱産生的物理(lǐ)作用造成部品損(sǔn)傷的情況發生。
（3）預(yù)熱後的部品或端(duān)子在經過波峰時(shi)不會因自身溫度(dù)較低的因素大幅(fú)度降低焊點的焊(hàn)接溫度，從而确保(bao)焊接在🌈規定的時(shí)間内達到溫度要(yào)求。
1.3.2 預熱方法
波峰(feng)焊機中常見的預(yù)熱方法有三種：①空(kong)氣對流加熱；②紅外(wài)加熱器加熱；③熱空(kong)氣和輻射相結合(hé)的方法🏃🏻‍♂️加熱。
1.3.3 預熱(rè)溫度
一般預熱溫(wēn)度爲130～150℃，預熱時間爲(wèi)1～3min。預熱溫度控制得(de)好，可防止虛焊、拉(la)尖和橋接，減小焊(hàn)料波峰對基闆的(de)熱沖💋擊，有效地解(jie)決焊接過程中PCB闆(pan)翹曲、分層、變形問(wèn)題。
1.4 焊接系統
焊接(jie)系統一般采用雙(shuāng)波峰。在波峰焊接(jie)時，PCB闆先接觸第一(yī)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻個波❄️峰，然後接觸(chu)第二個波峰。第一(yī)個波峰是由🌈窄噴(pen)嘴噴流出的"湍流(liú)"波峰，流速快，對組(zǔ)件有較高的垂直(zhí)壓力，使焊料對尺(chi)寸小，貼裝密度高(gao)的表面組裝元器(qì)件的焊端有較‼️好(hao)的滲透性；通過湍(tuan)流的熔融焊料在(zai)所有方向擦洗組(zu)件表面，從而提高(gāo)了焊料的潤濕性(xìng)，并克服了✍️由于元(yuán)器件的複雜形狀(zhuang)和取向帶來🌂的問(wen)題；同時也克服了(le)焊料的"遮蔽🈚效應(yīng)"湍流波向上的噴(pen)射力足以使‼️焊劑(ji)氣體排出。因此，即(ji)使印制闆上🔞不設(shè)置排氣孔也不存(cún)在焊㊙️劑氣體的影(yǐng)響，從而大大減小(xiǎo)了漏焊、橋接和焊(han)縫不充實等焊🌈接(jiē)缺陷，提高了焊接(jie)可靠性。經過第一(yī)個波峰的産品，因(yīn)浸錫時間短以及(jí)部品自身的散熱(rè)等因素🌈，浸錫後存(cún)在着很多的短路(lu)，錫多，焊點光🐪潔度(dù)不正常以及焊🍉接(jiē)強度不足等💔不良(liang)内容。因🌏此，緊接着(zhe)必須進行浸錫不(bú)良的修正，這個動(dong)作由噴流面較平(píng)較寬闊，波峰較✉️穩(wěn)定的二級噴流進(jin)行。這是一個"平滑(huá)"的波峰，流動速度(dù)慢，有利于形✂️成充(chong)實的焊縫，同時也(ye)可有效地去除焊(hàn)端上過量的焊料(liào)，并使所有焊接面(miàn)上焊料潤濕良好(hao)，修正了焊接面，消(xiāo)除了可能的拉尖(jiān)❄️和橋接，獲得充實(shí)無缺陷的焊縫，最(zuì)終确保♈了組件焊(han)接的可靠性。雙波(bō)峰🔴基本原理如圖(tú)3。

1.5 冷卻
浸錫後适當(dāng)的冷卻有助于增(zeng)強焊點接合強度(dù)的☔功能，同時，冷卻(que)後的産品更利于(yú)爐後操作人員的(de)作業，因此，浸錫🔅後(hou)産品需進行冷卻(que)處理。
2 提高波峰焊(han)接質量的方法和(hé)措施
分别從焊接(jie)前的質量控制、生(sheng)産工藝材料及工(gōng)藝🥵參♍數這三個方(fāng)面探讨了提高波(bo)峰焊質量的方法(fa)。
2.1 焊接前對印制闆(pan)質量及元件的控(kòng)制
2.1.1 焊盤設計
（1）在設(she)計插件元件焊盤(pán)時，焊盤大小尺寸(cùn)設計應合㊙️适。焊盤(pán)太大，焊料鋪展面(mian)積較大，形成的焊(han)點不飽滿，而較小(xiǎo)的焊盤銅📱箔表🎯面(mian)張力太小，形成的(de)焊點爲不浸潤焊(hàn)點。孔徑與元件引(yǐn)⛷️線的配合間隙太(tài)大，容易虛焊🌈，當孔(kong)徑比引線寬0.05～0.2mm，焊盤(pan)直徑爲孔徑的2～2.5倍(bei)✉️時，是焊接比較理(lǐ)想的條件。
（2）在設計(ji)貼片元件焊盤時(shi)，應考慮以下幾點(diǎn)：①爲了盡量㊙️去除"陰(yīn)影效應"，SMD的焊端或(huò)引腳應正對着錫(xi)流的✂️方向🌏，以利于(yú)與錫流的接觸，減(jiǎn)少虛焊和漏焊，波(bō)峰焊時推薦采用(yòng)的元件布置方向(xiàng)圖如圖4所示；②波峰(feng)焊接不适合于細(xì)間☔距QFP、PLCC、BGA和小間距SOP器(qì)件焊接，也就是說(shuo)在要波峰焊接的(de)這一面盡量不要(yào)布置這類元件；③較(jiào)小的元件❤️不應排(pai)在較大的元件後(hòu)，以免較大元件妨(fáng)礙錫流與較小元(yuán)件的焊盤接觸，造(zào)成漏焊。

2.1.2 PCB平整度控(kòng)制
波峰焊接對印(yin)制闆的平整度要(yào)求很高，一般要求(qiu)翹曲度要小于0.5mm，如(rú)果大于0.5mm要做平整(zheng)處理。尤其是某⭐些(xie)印制闆厚度隻有(yǒu)1.5mm左右，其翹曲度要(yao)求就更高，否則無(wu)法☁️保證焊接質量(liàng)🔴。
2.1.3 妥善保存印制闆(pǎn)及元件，盡量縮短(duǎn)儲存周期
在焊接(jie)中，無塵埃、油脂、氧(yǎng)化物的銅箔及元(yuán)件引線有🛀🏻利于形(xíng)成合格的焊點，因(yin)此印制闆及元件(jian)應保存在✔️幹燥、清(qing)潔的環境下，并且(qiě)盡量縮短儲存周(zhōu)期♈。對于放置時間(jian)💚較長的印制闆，其(qí)表面😘一般要做清(qing)潔處理，這樣可提(tí)高可焊性，減少虛(xū)焊和橋接，對表面(mian)有一定程度氧化(huà)的元件引腳，應先(xiān)除去其表面氧化(huà)層。
2.2 生産工藝材料(liào)的質量控制
在波(bo)峰焊接中，使用的(de)生産工藝材料有(yǒu)：助焊劑和焊料。
2.2.1 助(zhu)焊劑質量控制
助(zhù)焊劑在焊接質量(liang)的控制上舉足輕(qing)重，其作用是📱：（1）除去(qù)焊接表面的氧化(huà)物；（2）防止焊接時焊(hàn)料和焊接♉表面再(zai)氧化；（3）降☁️低焊料的(de)表面張力；（4）有助于(yú)熱量傳遞到焊接(jiē)區。目前波峰😍焊接(jiē)所采用的多爲免(miǎn)清洗助焊劑。選擇(zé)助焊劑時有以下(xià)🆚要求：（1）熔點比焊料(liao)低📧；（2）浸潤擴散速度(du)比熔化焊料快；（3）粘(zhān)度和比重比焊料(liào)小；（4）在常溫下貯存(cún)穩定。
2.2.2 焊料的質量(liang)控制
錫鉛焊料在(zai)高溫下（250℃）不斷氧化(hua)，使錫鍋中錫－鉛焊(hàn)料含錫🍉量🏃‍♂️不斷下(xia)降，偏離共晶點，導(dǎo)緻流動性差，出現(xian)連焊、虛焊🏃🏻‍♂️、焊點強(qiang)度不夠等質量問(wen)題。可采用以下幾(jǐ)個方法來解決這(zhè)個問題：①添加氧化(hua)還原劑，使已氧化(huà)的SnO還原爲Sn，減小錫(xi)渣的産生；②不斷除(chú)👄去浮渣； ③每次焊接(jie)前添加一定量的(de)🈲錫；④采用含抗氧化(hua)磷的焊料；⑤采用氮(dàn)氣保護，讓氮氣把(ba)焊料與空氣隔絕(jué)開來，取代普通氣(qi)體，這🏃‍♀️樣就避免了(le)浮渣的産生，這種(zhǒng)方法要求對設備(bèi)改型，并提供氮氣(qi)。
目前最好的方法(fa)是在氮氣保護的(de)氛圍下使用含磷(lín)的焊料，可将浮渣(zhā)率控制在最低程(chéng)度，焊接缺陷最少(shao)，工藝控制最佳。
2.3 焊(han)接過程中的工藝(yi)參數控制
焊接工(gōng)藝參數對焊接表(biao)面質量的影響比(bǐ)較複雜👄，并涉及到(dao)較多的技術範圍(wei)。
2.3.1 預熱溫度的控制(zhì)
預熱的作用：①使助(zhu)焊劑中的溶劑充(chong)分發揮，以免印制(zhi)闆通過⛹🏻‍♀️焊錫時，影(yǐng)響印制闆的潤濕(shi)和焊點的形成；②印(yin)制闆在焊接前達(dá)到一定溫度，以免(miǎn)受到熱沖🚶擊産生(sheng)翹曲變形。一般預(yù)熱溫度控制在180～210℃，預(yù)熱時間1～3min。
2.3.2 焊接軌道(dào)傾角
軌道傾角對(duì)焊接效果的影響(xiǎng)較爲明顯，特别是(shi)在焊接高密度SMT器(qi)件時更是如此。當(dāng)傾角太小時，較易(yi)出現橋接💔，特别是(shì)焊🥵接中，SMT器件的"遮(zhē)蔽區"更易出現橋(qiao)接；而傾角過大，雖(sui)然有利于橋接的(de)消除，但焊點吃錫(xī)量太小，容易産生(sheng)虛焊。軌道傾角應(yīng)控制在5°～8°之間。
2.3.3 波峰(fēng)高度
波峰的高度(du)會因焊接工作時(shí)間的推移而有一(yi)些變化，應✂️在焊🤟接(jiē)過程中進行适當(dāng)的修正，以保證理(lǐ)想高度進行焊接(jie)波峰高度，以壓錫(xī)深度爲PCB厚度的🙇🏻1/2～1/3爲(wèi)準。
2.3.4 焊接溫度
焊接(jiē)溫度是影響焊接(jiē)質量的一個重要(yao)的工藝參🆚數。焊接(jiē)溫度過低時，焊料(liào)的擴展率、潤濕性(xing)能變差，使焊盤或(huo)元器件焊端由于(yu)不能充分的潤濕(shī)，從而🏃🏻‍♂️産生虛焊、拉(la)尖、橋接等缺陷；焊(hàn)接溫度✌️過高時，則(zé)加⛹🏻‍♀️速了焊盤、元器(qi)件引腳及焊料的(de)氧化，易産生虛焊(han)。焊接溫度應控制(zhi)在250±5℃。
3 常見焊接缺陷(xian)及排除
影響焊接(jiē)質量的因素是很(hen)多的，表1列出的是(shì)一些常見🏃‍♀️缺陷及(ji)排除方法，以供參(cān)考。

  波峰焊接是一(yī)項精細工作，影響(xiǎng)焊接質量的因素(su)也很多☂️，還需我們(men)更深一步地研究(jiu)和讨論，以期提💃🏻高(gao)波峰焊的工藝知(zhi)識。

 

        文章整理：昊瑞(ruì)電子 /