波峰焊接培训教材.ppt

1,焊接知識培訓,波峰焊焊接,焊接的分類,1. 軟焊：操作溫度不超過400 2. 硬焊：操作溫度400800 3. 熔接：操作溫度800 以上,波峰焊的發展,1. 手焊 2. 浸焊 此為最早出現的簡單做法，系針對焊點較簡單的大批量焊接法，系將安插完畢的板子，水平安裝在框架中直接接觸熔融錫面，而達到全面同時焊妥的做法。 3. 波峰焊 系利用已融之液錫在馬達幫浦驅動下，向上揚起的單波或雙波，對斜向上升輸送而來的板子，從下向上壓迫使液錫進孔，或對點膠定位SMT元件的空腳處，進行填錫形成焊點，稱為波峰。,波峰焊接機理,基本上，波峰焊接由三個子過程組成： 1 助焊 2 預熱 3 焊接 優化波峰焊接過程意味著優化這三個子過程。,助焊劑的作用,除去焊接表面的氧化物 防止焊接時焊料和焊接表面再氧化化 降低焊料表面張力 有助於熱量傳遞到焊接區,助焊劑 分類,泡沫型Flux 將“低壓空氣壓縮機”所吹出的空氣，經過一種多孔的天然石塊或塑膠製品與特殊濾蕊等，使形成眾多細碎的氣泡，再吹入助焊劑儲池中，即可向上揚湧出許多助焊劑泡沫。當組裝板通過上方裂口時，於是板子底面即能得到均勻的薄層塗布。並在其離開前還須將多餘的液滴，再以冷空氣約50-60度之斜向強力吹掉，以防後續的預熱與焊接帶來煩惱。並可迫使助焊劑向上湧出各PTH的孔頂與孔環，完成清潔動作。 助焊劑本身則應經常檢測其比重，並以自動添加方式補充溶劑中揮發成份的變化。,助焊劑分類,噴灑型 常用於免洗低固體形物之助焊劑，對早先松香型固形較高的助焊劑則並不適宜。由於較常出現堵塞情況，其協助噴出之氣體宜采氮氣，既可防火又能減低助焊劑受氧化的煩惱。其噴射的原理也有數種不同的做法，如採用不銹鋼之網狀滾筒自液中帶起液膜，再自筒內向上吹出成霧狀，續以塗布。,助焊劑分類,直接用幫浦及噴口向上揚起液體，於狹縫控制下，可得一種長條形的波峰，當組裝板底部通過時即可進行塗布。此方法能呈現液量過多的情形，其後續氣刀的吹刮動作則應更為徹底才行。,焊接基本條件,預熱（preheating) 1.可趕走助焊劑中的揮發性成份。 2.提升板體與零件的溫度，減少瞬間進入 高溫所造成的熱應力的各種危害。 3.增加助焊劑的活性與能力，更易清除待焊表面的氧化物與汙物，增加可焊性。,焊錫絲,系將各種錫鉛重量比率所成的合金，再另外加入夾心在內的固體助焊劑焊芯，而抽拉制成的金屬條絲狀焊料，可用以焊連與填充而成為具有機械強度的焊點者稱之。其中的助焊劑要注意是否有腐蝕性，焊後殘渣的絕緣電阻是否夠高，以免造成後續組裝板電性能絕緣不良的問題。 有時發現焊絲中助焊劑的效力不足時，也可另外加液態助焊劑以助其作用，但要小心注意此等液態助焊劑的後續離子污染性。,空板烘烤除濕,為了避免電路板吸水而造成高溫焊接時的爆板，濺錫，吹孔，焊點空洞等困擾起見，已長期儲存的板子(最好20，RH30%)應先行烘烤，以除去可能吸入的水份。其作業溫度與時間如下： 溫度 時間(hrs) 120 3.5-7小時 100 8-16小時 80 18-48小時,提高波峰質量的方法 -為波峰焊接設計PCB。,沒有適當的PCB設計，只通過控制過程變數是不可能減少缺陷率的。適當的為波峰焊接設計PCB，應該包括正確的元件分佈、波峰焊接焊盤設計。 手插板孔徑與引線線徑的差值，應在0.20.3mm 機插板與引線線徑的差值，應在0.40.55mm 如差值過小，則影響插件，如差值過大，就有一定幾率的“虛焊”幾險。 如焊盤偏小，則錫量不足，偏大，則焊點扁平，都會造成焊接面小，導電性能差，只有適當，才會得質量好的焊點。,- PCB平整度控制,波峰焊接對印製的平整度要求很高,一般要求翹曲度小於0.5mm.尤其是某些印製板只有1.5mm左右,其翹曲度要求更高,否則無法保證焊接質量.,- 妥善保存印製板及元件,儘量縮短儲存週期,在焊接中,無法埃,油脂,氧化物的銅牆鐵壁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保存在乾燥,清潔的環境下,並且儘量縮短儲存週期.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.,- 助焊劑質量控制提高波峰質量的方法,目前,波峰焊接所採用的助焊劑多為免清洗助焊劑.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. 粘度和比重比焊料低; 4. 在常溫下貯存穩定;,- 焊料質量控制,錫鉛焊料在高溫下不斷氧化,使錫鍋中錫-鉛焊料含量不斷下降,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. 添加氧化還原劑,使已氧化的SnO還原為Sn 2. 不斷除去浮渣 3. 每次焊接前添加一定量的錫 4. 採用氮氣保護,讓氮氣把焊料與空氣隔絕開,取代普通氣體,這樣就避免浮渣的產生.,- 預熱溫度的控制,預熱的作用 1. 使用權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. 使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.,- 焊接軌道角度的控制,焊接軌道對焊接效果較為明顯 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,雖有利於橋接的消除,但焊點吃錫量太小,容易產生虛焊.,- 波峰高度,波峰的高度會因焊接工作時間的推移而有一些變化,應在焊接過程中進行適當的修正,以保證理想高度進行焊接波峰高度,以壓錫深度為PCB厚度1/2-1/3為准.,- 焊接溫度的控制,焊接溫度是影響焊接質量的一個重要的工藝參數 焊接溫度過低,焊料的擴展率,潤濕性變差,使焊盤或元器件焊端由於不能充分潤濕,從而產生虛焊,拉尖,橋接等缺陷; 焊溫度過高時,則加速了焊盤,元器件引腳及焊料的氧化,易產生虛焊.,- 波峰焊工藝條件控制,對於不同的波峰焊機，由於其波峰南的寬窄不同，必須調節印製板的傳送速度，使焊接時間大於2.5秒。 預熱溫度與焊劑比重的控制 控制一定的焊劑比重和預熱溫度，使印製板進入錫鍋時，焊劑中的溶劑揮發得差不多，但又不太乾燥，便能最大限度地起到助焊劑性作用，即使零交時間最短，潤濕力最大。 如未烘乾，則溫度較低，焊接時間延長，通過錫峰的時間不足；如烘得過幹，則助焊劑性能降低，起不到去除氧化層的作用；,- 波峰焊工藝條件控制,1. 助銲劑比重。 2預熱溫度。 3輸送速度。 4噴流嘴與基板之距離。 5銲錫浸潤度。 6銲錫溫度。,1助銲劑比重:,為了防止冷銲，故最適的比重範田為 0.8300.850。它含左右固體含有量之流動性。 當助銲劑的比重高時，則基板上之助銲用殘量增加，因銲錫波尾部助銲劑不足，導致產生鍚橋現象。 當助銲劑本身的固體含有量多時，則妨礙銲鍚之流動而引起冷銲現象。 為了銲鍚要有良好的濡潤性起見，必須要有一定量以上的助銲劑固體含有量，為了防止冷銲， 故使用濡潤性良好程度的助銲劑量。相反的若固體含有且過多的話，則產生反效果，故必須在最適的比重範圍內使用。,2預熱:,在助銲用不受壞之範圍內，溫度高，可減少銲接之不良。 預熱溫度，設定在零件耐熱可靠度之最高點且溫度能夠加以限制。 助銲劑有惡化溫度，當溫度達到160以上時，即使將氧化膜除去，也會再氧化，故在不惡化之範圍內， 採用最高溫度較好。(助銲劑之特性，當預熱溫度低時，則容易流動，相反的當預熱溫度高時，則基板之翹曲變大),3輸送機速度:,為了防止冷銲，輸送機速度最好慢一些。為了防止鍚橋，在零件形狀和銲錫之流速關係裡，採用最合適之範圍。 錫橋之防止方面輸送機速度與銲錫流速有相對之關係，在一定的速度條件下，存在著產生鍚橋最少的範圍。 為了防止冷銲，浸潤時間最好長些。(當輸送機速度慢時，助銲劑便流動有時會引起銲接不良，故必須試整浸潤時間。,4銲錫噴嘴和基板之距離:,基板位可能接近噴嘴。 當往基板之表面壓力離開時，則呈橫方向的力。 當波高變窄時，垂直方向的力便受大，則能保持銲錫的均勻流動(基板與噴嘴接近)。,5銲鍚浸潤深度:,在防止冷銲方面，一次噴流時採用深浸潤，而在防止錫橋方面，二次側採用淺浸潤。 在防止未銲方面，浸潤深度最好深些，在防止錫橋方面浸潤深度最好淺些。 雙重波的情形;在防止冷銲方面，採用一次噴流。在防止錫橋方面，採用二次噴流。故一次側設定較深， 二次側設定較淺。,6銲錫溫度:,在助銲劑不受壞的範圍內，銲錫溫度最好高些。 就自動銲接設備的防止不良發生對策而言，在選擇機器參數的基本條件而進行分散分析之同時，助銲劑也有最 適的要素條件，故同時必須檢討機器參數。當不良發生被限定時，例如，在同一個地方，連續的發生不良時， 必須對包括基板之設計變更，全部重新下對策。,波峰焊錫作業中問題點與改善方法,1.沾錫不良 POOR WETTING: 這種情況是不可接受的缺點,在焊點上只有部分沾錫.分析其原因及改善方式如下: 1-1.外界的污染物如油,脂,臘等,此類污染物通常可用溶劑清洗,此類油污有時是在印刷防焊劑時沾上的.,波峰焊錫作業中問題點與改善方法,1-2.SILICON OIL 通常用於脫模及潤滑之用,通常會在基板及零件腳上發現,而 SILICON OIL 不易清理,因之使用它要非常小心尤其是當它做抗氧化油常會發生問題,因它會蒸發沾在基板上而造成沾錫不良.,波峰焊錫作業中問題點與改善方法,1-3.常因貯存狀況不良或基板製程上的問題發生氧化,而助焊劑無法去除時會造成沾錫不良,過二次錫或可解決此問題. 1-4.沾助焊劑方式不正確,造成原因為發泡氣壓不穩定或不足,致使泡沫高度不穩或不均勻而使基板部分沒有沾到助焊劑. 1-5.吃錫時間不足或錫溫不足會造成沾錫不良,因為熔錫需要足夠的溫度及時間WETTING,通常焊錫溫度應高於熔點溫度50至80之間,沾錫總時間約3秒.,局部沾錫不良 DE WETTING:,此一情形與沾錫不良相似,不同的是局部沾錫不良不會露出銅箔面,只有薄薄的一層錫無法形成飽滿的焊點.,冷焊或焊點不亮 COLD SOLDER OR DISTURRED SOLDER JOINTS:,焊點看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊錫正要冷卻形成焊點時振動而造成,注意錫爐輸送是否有異常振動.,焊點破裂 CRACKS IN SOLDER FILLET:,此一情形通常是焊錫,基板,導通孔,及零件腳之間膨脹係數,未配合而造成,應在基板材質,零件材料及設計上去改善.,焊點錫量太大 EXCES SOLDER:,焊點錫量太大 EXCES SOLDER: 通常在評定一個焊點,希望能又大又圓又胖的焊點,但事實上過大的焊點對導電性及抗拉強度未必有所幫助. 錫爐輸送角度不正確會造成焊點過大,傾斜角度由1到7度依基板設計方式調整,一般角度約3.5度角,角度越大沾錫越薄角度越小沾錫越厚. 提高錫槽溫度,加長焊錫時間,使多餘的錫再回流到錫槽.,波峰焊錫作業中問題點與改善方法,1.提高預熱溫度,可減少基板沾錫所需熱量,曾加助焊效果. 2.改變助焊劑比重,略為降低助焊劑比重,通常比重越高吃錫越厚也越易短路,比重越低吃錫越薄但越易造成錫橋,錫尖.,焊接前對印製板質量及元件的控制,焊盤設計 設計插件元件焊盤時，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。孔徑與元件線的配合間隙太大，容易虛焊，當孔徑比引線寬0.050.2mm,焊盤直徑的22.5倍時，是焊接比較理想的條件。,在設計貼片元件焊盤時，應考慮以下幾點,為了儘量去除“陰影效應”，SMD的焊端或引腳應正著錫流的方向，以利於與錫流的接觸，減少虛焊和漏焊。波峰焊時推薦采的元件佈置方向如圖1所示。 波峰焊接不適於細間距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儘量不要佈置這類元件。 較小的元件不應排在較大元件後，以免較大元件妨礙錫流與較小元件的焊盤接觸，造成漏焊,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。,妥善保存印製板及元件，儘量縮短儲存週期,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保存在乾燥、清潔的環境下，並且儘量縮短儲存週期。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。,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塊；（3）粘度和比重比焊料小；（4）在常溫下貯存穩定。,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：添加氧化還原劑，使已氧化的SnO還原為Sn，減小錫渣的產生。不斷除去浮渣。每次焊接前添加一定量的錫。採用含抗氧化磷的焊料。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。這種方法要求對設備改型，並提供氮氣。,波峰焊錫作業中問題點與改善方法,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。,焊接過程中的工藝參數控制,預熱溫度的控制 預熱的作用：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；便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。根據我們的經驗，一般預熱溫度控制在180-210，預熱時間1-3分鐘。,焊接軌道傾角,軌道傾角對焊接效果影響較為明顯，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。軌道角應控制在5-7度之間,波峰高度,波峰的高度會因焊接工作時間的推移而有一些變化，應在焊接過程中進行適當的修正，以保證理想高度進行焊接波峰高度，以壓錫深度為PCB厚度1/2-1/3為准。,焊接溫度,焊接溫度是影響焊接質量的一個重要的工藝參數，焊接溫度過低，焊料的擴展率、潤濕性變差，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+50。,焊點不全,原因 解決方法 助焊劑噴塗量不足 加大助焊劑噴塗量 預熱不好 提高好預熱溫度、延長預熱時間 傳送速度過快 降低傳送速度 波峰不平 穩定波峰 元件氧化 除去元件氧化層或更換元件 焊盤氧化 更換PCB 焊錫有較多浮渣 除去浮渣,橋接,原因 解決方法 焊接溫度過高 降低焊接溫度 焊接時間過長 減少焊接時間 軌道傾角太小 提高軌道傾角,焊錫沖上印製板,產生原因 解決方法 印製板壓錫深度太深 降低壓錫深度 波峰高度太高 降低波峰高度 印製板翹曲 整平或採用框架固定,預熱溫度與焊劑比重的控制,控制一定的焊劑比重和預熱溫度，使印製板進入錫鍋時，焊劑中的溶劑揮發得差不多，但又不太乾燥，便能最大限度地起到助焊作用，即使零交時間最短，潤濕力最大，如未烘乾，則溫度較低、焊接時間延長，通過錫峰的時間不足；如烘得過於，則助焊劑性能降低，甚至附著在引線、焊盤上，起不到去除氧化層的作用；這兩種傾向都極易產生“虛焊,錫鍋溫度與焊接時間的控制,對於不同的波峰焊機，由於其波峰面的寬窄不同，必須調節印製板的傳送速度，使焊接時間大於2.5秒,對工藝殘留物的認識及板面清潔的重要性,每一個印製板者都知道在加工過程中必須要使用各類化工藥品，但是並不是每一個人都瞭解化學殘留物對電子組裝生產的影響。印製電路板的製造者對板面清潔性重要作用的重視程度，對於後續的電子產品組裝者能夠生產出安全可靠，穩定實用的產品來說是至關重要的,氯離子,一般人們只知道氯可以殺菌，在自來水和游泳池裏通常都要用到。含氯的漂白粉還可以讓我們的衣服又白又亮，但日常生活與電子產品是不盡相同的。PCB生產者都應該關心的是下面幾件事,氯離子的危害,對PCB組裝者來說，氯離子的存在會造成漏電，侵蝕和金屬物質的電離。氯是非金屬活動性非常強的物質。在元件板上如果有足夠氯離子的話，氯與潮氣中的水分化合形成的離子電極電位，會引起腐蝕和金屬電離,在印製電路生產過程中，板面氯離子潛在的可能來源,在一般情況下，找出產生氯離子的所有來源是比較困難的。經常出現這種情況的地方包括：熱風整平(HASL）中的助焊劑，操作者皮膚上的汗以及清洗用的自來水等等,氯離子的含量受助焊劑的化學成分的影響,由於松香脂的自然特性，組裝工藝中若採用高質量的固體松香做助焊劑（例如活性焊劑或輕度活性焊劑），那麼氯離子的含量相對高。樹脂基的或松香基的水溶性焊劑和免清洗焊劑在這方面則相反。因此，最終用於組裝焊接工藝的水溶性或無清洗焊劑氯離子的含量要低。,氯離子的含量受PCB板材的材質情況的影響,PCB板材的材質情況（包括其絕緣基底和附著的金屬）決定了組裝過程中可容許的氯離子的含量。陶瓷混合物基材或者其他的在耐熔物質上形成的材料,例如鋁等等,就比有機基材例如環氧玻璃布基材對氯離子的存在量更加敏感。這部分是由於表面集成分佈已達到微觀範圍的程度。就表面金屬層來說，鎳/金表面本身就比鉛/錫表面要乾淨得多。,溴,相對而言，溴對於電路工作穩定性的影響比氯要小。溴的用途是做為環氧玻璃布中阻燃添加物質。PCB加工過程中有溴化物的地方還包括阻焊油墨，字元油墨和某些以溴為活性材料的助焊劑。溴產生的腐蝕作用主要是來自於助焊劑的殘留物（例如，HASL助焊劑）。溴含量的多少，與板材的疏鬆程度或者阻焊層的空隙率有關，所以材板或阻焊的情況如何，反映了溴含量的高低。另外，板子高溫清洗的次數也對溴含量起作用，溴化物影響的大小與印製板的工藝過程，特別是組裝件焊接前對熱風整平助焊機的清洗有關,硫酸根離子,與氯，溴離子所起的作用一樣，超量硫酸鹽類的存在，也會對電子組裝材料造成傷害。硫酸鹽來自PCB加工過程中的許多工藝，其中包括了各種牛皮紙，塑膠材料和微蝕所用的酸等等。最經常地，硫酸根離子來自漂洗或清洗所用的自來水。,基本培訓：手工焊接,一個牢固的焊接點要求使用一個上錫良好的、保持良好的烙鐵頭，溫度在焊錫的液化溫度之上大約 100F。烙鐵頭上的焊錫改善來從烙鐵的快速熱傳導，預熱工件。建立良好的流動和熔濕(wetting)都要求預熱。具有良好可焊性特徵的焊盤、孔和元件引腳將有助於在最短的時間內形成良好的焊接點,工藝過程,一個推薦的手工焊接程式是，快速地把加熱和上錫的烙鐵頭接觸帶芯錫線(cored wire)，然後接觸焊接點區域，用熔化的焊錫幫助從烙鐵到工件的最初的熱傳導。然後把錫線移開將要接觸焊接表面的烙鐵頭。有些人推薦首先把烙鐵頭接觸引腳/焊盤；把錫線放在烙鐵頭與引腳之間，形成熱橋；然後快速地把錫線移動到焊接點區域的反面。任何一種方法，如果正確完成，都將給出滿意的結果。,問題,在產生牢固的、可接受的手工焊接點中的問題通常是使用不適當溫度、太大壓力、延長據留時間、或者三者一起而產生的。可是，這些問題的根本原因經常與其使用的工具有聯繫，,手工焊接與返修工具,手工焊接與返修是要求傑出的操作員技術和良好工具的工藝步驟；一個經驗不足的操作員可能會產生可靠性的惡夢。當配備足夠的工具和培訓時，操作員應該能夠創作可靠的焊接點。表面貼裝手工焊接有時比通孔(through-hole)焊接更具挑戰性，因為更小的引腳間距和更高的引腳數。返修工藝中，必須小心，不要將印刷電路板過熱；否則電鍍通孔和焊盤都容易損傷。本文將回顧接觸焊接與加熱氣體焊接，這兩種最常見的手工焊接,接觸焊接,接觸焊