深圳柏科電源科技****波峰焊焊接工藝管理
摘要：作為一種傳統焊接技術，目前波峰焊接技術依然在電子製造領域發揮著積極作用。介紹了波峰焊接技術的原理，並分別從焊接前的質量控制、生產工藝材料及工藝引數這三個方面**了提高波峰焊質量的有效方法。
關鍵詞：波峰焊，印製電路板，助焊劑，焊料，工藝引數波峰焊是將熔化的焊料，經電動幫浦或電磁幫浦噴流成設計要求的焊料波峰，使預先裝有電子元器件的印製板通過焊料波峰，實現元器件焊端或引腳與印製板焊盤之間機械與電氣連線的軟釺焊。波峰焊用於印製板裝聯已有20多年的歷史，現在已成為一種非常成熟的電子裝聯工藝技術，目前主要用於通孔插裝元件和採用混合組裝方式的表面元件的焊接。
1波峰焊工藝技術介紹
波峰焊有單波峰焊和雙波峰焊之分。單波峰焊用於smt時，由於焊料的"遮蔽效應"容易出現較嚴重的質量問題，如漏焊、橋接和焊縫不充實等缺陷。而雙波峰則較好地克服了這個問題，大大減少漏焊、橋接和焊縫不充實等缺陷，因此目前在表面組裝中廣泛
採用雙波峰焊工藝和裝置，見圖1。
波峰錫過程：治具安裝→噴塗助焊劑系統→預熱→一次波峰→二次波峰→冷卻。下面分別介紹各步內容及作用。1.1治具安裝
治具安裝是指給待焊接的pcb板安裝夾持的治具，可以限制基板受熱變形的程度，防止冒錫現象的發生，從而確保浸錫效果的穩定。
1.2助焊劑系統
助焊劑系統是保證焊接質量的第乙個環節，其主要作用是均勻地塗覆助焊劑，除去pcb和元器件焊接表面的氧化層和防止焊接過程中再氧化。助焊劑的塗覆一定要均勻，盡量不產生堆積，否則將導致焊接短路或開路。見圖2
助焊劑系統有多種，包括噴霧式、噴流式和發泡式。目前一般使用噴霧式助焊系統，採用免清洗助焊劑，這是因為免清洗助焊劑中固體含量極少，不揮發無含量只有1/5～1/20。所以必須採用噴霧式助焊系統塗覆助焊劑，同時在焊接系統中加防氧化系統，
保證在pcb上得到一層均勻細密很薄的助焊劑塗層，這樣才不會因第乙個波的擦洗作用和助焊劑的揮發，造成助焊劑量不足，而導致焊料橋接和拉尖。
噴霧式有兩種方式：一是採用超聲波擊打助焊劑，使其顆粒變小，再噴塗到pcb板上。二是採用微細噴嘴在一定空氣壓力下噴霧助焊劑。
這種噴塗均勻、粒度小、易於控制，噴霧高度/寬度可自動調節，是今後發展的主流。1.3預熱系統1.
3.1預熱系統的作用
（1）助焊劑中的溶劑成份在通過預熱器時，將會受熱揮發。從而避免溶劑成份在經過液面時高溫氣化造成炸裂的現象發生，最終防止產生錫粒的品質隱患。（2）待浸錫產品搭載的部品在通過預熱器時的緩慢公升溫，可避免過波峰時因驟熱產生的物理作用造成部品損傷的情況發生。
（3）預熱後的部品或端子在經過波峰時不會因自身溫度較低的因素大幅度降低焊點的焊接溫度，從而確保焊接在規定的時間內達到溫度要求。1.3.2預熱方法
波峰焊機中常見的預熱方法有三種：①空氣對流加熱；②紅外加
熱器加熱；③熱空氣和輻射相結合的方法加熱。1.3.3預熱溫度
一般預熱溫度為130～150℃，預熱時間為1～3min。預熱溫度控制得好，可防止虛焊、拉尖和橋接，減小焊料波峰對基板的熱衝擊，有效地解決焊接過程中pcb板翹曲、分層、變形問題。1.
4焊接系統
焊接系統一般採用雙波峰。在波峰焊接時，pcb板先接觸第乙個波峰，然後接觸第二個波峰。第乙個波峰是由窄噴嘴噴流出的"湍流"波峰，流速快，對元件有較高的垂直壓力，使焊料對尺寸小，貼裝密度高的表面組裝元器件的焊端有較好的滲透性；通過湍流的熔融焊料在所有方向擦洗元件表面，從而提高了焊料的潤濕性，並克服了由於元器件的複雜形狀和取向帶來的問題；同時也克服了焊料的"遮蔽效應"湍流波向上的噴射力足以使焊劑氣體排出。
因此，即使印製板上不設定排氣孔也不存在焊劑氣體的影響，從而大大減小了漏焊、橋接和焊縫不充實等焊接缺陷，提高了焊接可靠性。經過第乙個波峰的產品，因浸錫時間短以及部品自身的散熱等因素，浸錫後存在著很多的短路，錫多，焊點光潔度不正常以及焊接強度不足等不良內容。因此，緊接著必須進行浸錫不良的修正，這個動作由噴流面較平較寬闊，波峰較穩定的二級噴流進行。
這是乙個"平滑"的波峰，流動速度慢，有利於形成充實
的焊縫，同時也可有效地去除焊端上過量的焊料，並使所有焊接面上焊料潤濕良好，修正了焊接面，消除了可能的拉尖和橋接，獲得充實無缺陷的焊縫，最終確保了元件焊接的可靠性。雙波峰基本原理如圖3。
1.5冷卻
浸錫後適當的冷卻有助於增強焊點接合強度的功能，同時，冷卻後的產品更利於爐後操作人員的作業，因此，浸錫後產品需進行冷卻處理。
2提高波峰焊接質量的方法和措施
分別從焊接前的質量控制、生產工藝材料及工藝引數這三個方面**了提高波峰焊質量的方法。2.1焊接前對印製板質量及元件的控制2.1.1焊盤設計
（1）在設計外掛程式元件焊盤時，焊盤大小尺寸設計應合適。焊盤太大，焊料鋪展面積較大，形成的焊點不飽滿，而較小的焊盤銅箔表面張力太小，形成的焊點為不浸潤焊點。孔徑與元件引線的配合間隙太大，容易虛焊，當孔徑比引線寬0.
05～0.2mm，焊盤直
徑為孔徑的2～2.5倍時，是焊接比較理想的條件。
（2）在設計貼片元件焊盤時，應考慮以下幾點：①為了盡量去除"陰影效應"，smd的焊端或引腳應正對著錫流的方向，以利於與錫流的接觸，減少虛焊和漏焊，波峰焊時推薦採用的元件布置方向圖如圖4所示；②波峰焊接不適合於細間距qfp、plcc、bga和小間距sop器件焊接，也就是說在要波峰焊接的這一面盡量不要布置這類元件；③較小的元件不應排在較大的元件後，以免較大元件妨礙錫流與較小組件的焊盤接觸，造成漏焊。
2.1.2 pcb平整度控制
波峰焊接對印製板的平整度要求很高，一般要求翹曲度要小於0.5mm，如果大於0.5mm要做平整處理。
尤其是某些印製板厚度只有1.5mm左右，其翹曲度要求就更高，否則無法保證焊接質量。2.
1.3妥善儲存印製板及元件，盡量縮短儲存週期
在焊接中，無塵埃、油脂、氧化物的銅箔及元件引線有利於形成合格的焊點，因此印製板及元件應儲存在乾燥、清潔的環境下，並且盡量縮短儲存週期。對於放置時間較長的印製板，其表面一般要做清潔處理，這樣可提高可焊性，減少虛焊和橋接，對表面有一定程度氧化的元件引腳，應先除去其表面氧化層。
2.2生產工藝材料的質量控制
在波峰焊接中，使用的生產工藝材料有：助焊劑和焊料。2.2.1助焊劑質量控制
助焊劑在焊接質量的控制上舉足輕重，其作用是：（1）除去焊接表面的氧化物；（2）防止焊接時焊料和焊接表面再氧化；（3）降低焊料的表面張力；（4）有助於熱量傳遞到焊接區。目前波峰焊接所採用的多為免清洗助焊劑。
選擇助焊劑時有以下要求：（1）熔點比焊料低；（2）浸潤擴散速度比熔化焊料快；（3）粘度和比重比焊料小；（4）在常溫下貯存穩定。2.
2.2焊料的質量控制
錫鉛焊料在高溫下（250℃）不斷氧化，使錫鍋中錫－鉛焊料含錫量不斷下降，偏離共晶點，導致流動性差，出現連焊、虛焊、焊點強度不夠等質量問題。可採用以下幾個方法來解決這個問題：①新增氧化還原劑，使已氧化的sno還原為sn，減小錫渣的產生；②不斷除去浮渣；③每次焊接前新增一定量的錫；④採用含抗氧化磷的焊料；⑤採用氮氣保護，讓氮氣把焊料與空氣隔絕開來，取代普通氣體，這樣就避免了浮渣的產生，這種方法要求對裝置改型，並提供氮氣。
目前最好的方法是在氮氣保護的氛圍下使用含磷的焊料，可將浮
渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少，工藝控制最佳。2.3焊接過程中的工藝引數控制
焊接工藝引數對焊接表面質量的影響比較複雜，並涉及到較多的技術範圍。
2.3.1預熱溫度的控制
預熱的作用：①使助焊劑中的溶劑充分發揮，以免印製板通過焊錫時，影響印製板的潤濕和焊點的形成；②印製板在焊接前達到一定溫度，以免受到熱衝擊產生翹曲變形。一般預熱溫度控制在180～210℃，預熱時間1～3min。
2.3.2焊接軌道傾角
軌道傾角對焊接效果的影響較為明顯，特別是在焊接高密度smt器件時更是如此。當傾角太小時，較易出現橋接，特別是焊接中，smt器件的"遮蔽區"更易出現橋接；而傾角過大，雖然有利於橋接的消除，但焊點吃錫量太小，容易產生虛焊。軌道傾角應控制在5°～8°之間。
2.3.3波峰高度
峰的高度會因焊接工作時間的推移而有一些變化，應在焊接過程中行適當的修正，以保證理想高度進行焊接波峰高度，以壓錫深度為
b厚度的1/2～1/3為準。2.3.4焊接溫度
焊接溫度是影響焊接質量的乙個重要的工藝引數。焊接溫度過低時，焊料的擴充套件率、潤濕性能變差，使焊盤或元器件焊端由於不能充分的潤濕，從而產生虛焊、拉尖、橋接等缺陷；焊接溫度過高時，則加速了焊盤、元器件引腳及焊料的氧化，易產生虛焊。焊接溫度應控制在250±5℃。
3常見焊接缺陷及排除
影響焊接質量的因素是很多的，表1列出的是一些常見缺陷及排除方法，以供參考。
波峰焊接是一項精細工作，影響焊接質量的因素也很多，還需我們更深一步地研究和討論，以期提高波峰焊的焊接質量。
焊接工藝技術標準
6.3.1設計要求 一級焊縫 所有熔透焊縫均要求i級焊縫，如鋼箱梁頂板與腹板，腹板與底板，鋼板接料，橫隔板接寬焊縫。二級焊縫 不熔透的焊縫外觀要求二級，如箱梁橫隔梁與底板間的t型角焊縫，箱梁加勁板與頂板 底板間的t型角焊縫等。6.3.2一般要求 a 主橋鋼箱梁結構件的所有焊縫必須根據 焊接工藝評定報...
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