波峰焊工艺手册.doc

一、波峰焊接原理1、波峰焊简介1.1 波峰焊主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺，以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺。1.2 波峰焊机主要是由传输带，助焊剂添加区，预热区，锡炉四部分组成。1.3波峰焊是利用熔融焊料循环流动的波峰与装有元器件的PCB板焊接面相接触，以一定速度相对运动时实现群焊的焊接工艺。1.4适用于表面贴装元器件的波峰焊设备有双波峰或电磁泵波峰焊机。如下图所示为我公司双波峰焊机：2、原理说明2.1 以双波峰焊机为例来说明波峰焊原理（1）当完成点（或印刷）胶、贴装、胶固化、插装通孔元器件后的印制板从波峰焊机的入口端随传输带运行，通过助焊剂发泡（或喷雾）槽时，使印制板的下表面和所有的元器件端头和引脚表面均匀地涂敷一层薄薄的助焊剂。（2）a. 随传输带运行线路板进入预热区（预热区温度在80130），预热区的作用：助焊剂中的溶剂被挥发掉，这样可以避免焊接时产生气体；助焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化，可以去除印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物，同时起到保护金属表面、防止发生再氧化的作用；使印制板和元器件充分预热，避免焊接时急剧升温，使线路板与器件受热不均产生热应力而损坏印制板和元器件。（3）线路板继续向前运行，印制板的底面首先通过第一个熔融的焊料波，第一个焊料波是乱波（振动波或紊流波），使焊料打到线路板的底面所有的焊盘、元器件焊端和引脚上，熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润和扩散。然后线路板的底面通过第二个熔融的焊料波，第二个焊料波是平滑波，平滑波将引脚及焊端之间的连桥分开，并将去除拉尖等焊接缺陷。当线路板继续向前运行离开第二个焊料波后，自然降温冷却形成焊点，即完成焊接，PCB板经过两个焊料波的运动方向如下图所示：PCB板运动方向 乱波 平滑波b. （4）焊点的具体形成过程当线路板进入波峰面前端A处至尾端B处时（如下图所示）， 线路板焊盘与引脚全部浸在焊料中，被焊料润湿，开始发生化学扩散反应,此时焊料是连成一片（桥连）的。当线路板离开波峰尾端的瞬间，由于焊盘和引脚表面与焊料之间金属间化合物的结合力，使少量焊料沾附在焊盘和引脚上，此时焊料与焊盘之间的润湿力大于焊盘之间焊料的内聚力，使各焊盘之间的焊料分开，并由于表面张力的作用使焊料以引脚为中心，收缩到最小状态，形成饱满、半月形焊点。PCB板与焊料波分离点位于B1和B2之间某个位置，分离后形成焊点。相反，如果焊盘和引脚可焊性差或温度低，就会出现焊料与焊盘之间的润湿力小于两焊盘之间焊料的内聚力，造成桥接、漏焊或虚焊现象。2.2 常见的几种助焊剂涂敷装置a. 发泡助焊剂槽 b. 滚筒助焊剂槽 c. 助焊剂喷嘴 2.3 常见的几种波峰结构（1）波（2）T型波（3）波2.4 介绍双波峰焊机理论温度曲线和实时温度曲线如下图所示双波峰焊理论温度曲线双波峰焊实时温度曲线可视对讲红胶工艺双波峰焊实时温度曲线10s 2.54s温度()23024022023018320480130 4/s 502/s 时间(s)0 90s3、波峰焊材料3.1 焊料(1)目前一般采用Sn63/Pb37棒状共晶焊料，熔点183。(2)使用过程中Sn和Pb的误差含量分别保持在1%以内；(3)焊料的主要杂质的最大含量控制在以下范围内：Cu0.08%,Al0.005%,Fe0.02%,Bi0.1%,Zn0.002%,Sb0.01%,As0.03%,根据设备的使用情况定期（三个月至半年）检测焊料的主要杂质以及Sn和Pb的含量，不符合要求时更换焊锡或采取措施，例如：当Sn含量少于标准时，可掺加一些纯Sn；当铜含量超标时可以将锡炉温度降低到200左右将表面浮铜捞出。3.2 助焊剂和助焊剂的选择（1）助焊剂的作用a助焊剂中的松香树脂和活性剂在一定温度下产生活性化反应，能去除焊接金属表面氧化膜，同时松香树脂又能保护金属表面在高温下不再氧化；b助焊剂能降低熔融焊料的表面张力，有利于焊料的润湿和扩散。（2）助焊剂的特性要求a 熔点比焊料低，扩展率85%；b 黏度和比重比熔融焊料小，容易被置换，不产生毒气。助焊剂的比重可以用溶剂来稀释，一般控制在0.820.84；c 免清洗型助焊剂要求固体含量2.0wt%,不含卤化物，焊后残留物少，不产生腐蚀作用，绝缘性能好,绝缘电阻11011；d 水清洗、半水清洗和溶剂清洗型助焊剂要求焊后容易清洗；e常温下储存稳定。（3）助焊剂的选择a 按照清洗要求助焊剂分为免清洗、水清洗、半水清洗和溶剂清洗四种类型，按照松香的活性分类可分为R（非活性）、RMA（中等活性）、RA（全活性）三种类型，要根据产品对清洁度和电性能的具体要求进行选择；b 一般情况下军用及生命保障类如卫星、飞机仪表、潜艇通信、保障生命的医疗装置、微弱信号测试仪器等电子产品必须采用清洗型的助焊剂；其它如通信类、工业设备类、办公设备类、计算机等类型的电子产品可采用免清洗或清洗型的助焊剂；一般家用电器类电子产品均可采用免清洗型助焊剂或采用RMA（中等活性）松香型助焊剂可不清洗。3.3 稀释剂 当助焊剂的比重超过要求值时，可使用稀释剂进行稀释，不同型号的助焊剂应采用相应的稀释剂。3.4 防氧化剂（1）防氧化剂是为减少焊接时焊料在高温下氧化而加入的辅料，起节约焊料和提高焊接质量的作用，目前主要采用油类与还原剂组成的防氧化剂；（2）要求防氧化剂还原能力强、焊接温度下不氧化。3.5 锡渣减除剂锡渣减除剂能使熔融的焊锡与锡渣分离，起到节省焊料的作用。3.6 阻焊剂或耐高温防焊胶带用于防止波峰焊时后附元器件的插孔被焊料堵塞。 （如水溶性助焊剂只能采用阻焊剂，涂敷后放置30min或在烘灯下烘15min再插装元器件，焊接后可直接水清洗） 以上材料除焊料外，其它焊接材料都应避光保存。4、波峰焊工艺流程4.1 工艺流程焊接前准备开波峰焊机设置焊接参数首件焊接并检验连续焊接生产4.2 波峰焊操作步骤（1）焊接前准备a 在待焊PCB板（该PCB板已经涂敷过贴片胶、SMC/SMD贴片、胶固化并完成THC插装工序）后附元器件插孔的焊接面涂阻焊剂或粘贴耐高温防焊胶带，如有较大尺寸的槽和孔也应用耐高温防焊胶带贴住，以防波峰焊接时焊锡流到PCB板的上表面；（名词解释：SMC-贴片元件；SMD贴片器件；THC指贴片、洄流焊、插件工序的缩写。b 用比重计测量助焊剂比重，若比重大，用稀释剂稀释；c 将助焊剂倒入助焊剂槽内。（2）开炉a 打开波峰焊机和排风机电源；b 根据PCB板宽度调整波峰焊机传输带（或夹具）的宽度。（3）设置焊接参数a 发泡风量或助焊剂喷射压力：根据助焊剂接触PCB板底面的情况确定；b 预热温度：根据波峰焊机预热区的实际情况设定 （80130）；c 传输带速度：根据不同的波峰焊机和待焊接PCB板的情况设定（0.81.92m/min）；d 焊锡温度：必须是打上来的实际波峰温度为2505时的表头显示温度；e 测量波峰高度：调到超过PCB板底面，在PCB板厚度的1/22/3处。（4）首件焊接并检验（待所有焊接参数达到设定值后进行） a 把PCB板轻轻地放在传输带（夹具）上，机器自动进行喷涂助焊剂、干燥、预热、波峰焊接、冷却； b 在波峰焊出口处接住PCB板； c 进行首件焊接质量检验。（5）根据首件焊接检验结果调整焊接参数（6）连续焊接生产 a 方法同首件焊接； b 在波峰焊出口处接住PCB板，检查后将PCB板装入防静电周转框； c 连续焊接过程中每块印制板都应检查质量，有严重焊接缺陷的印制板，应立即重复焊接一遍。如重复焊接后还存在问题，应检查原因，对工艺参数作相应调整后才能继续焊接。（7）检验 检验方法：目视或用2-5倍放大镜观察。 检验标准： a 焊点表面应完整、连续平滑、焊料量适中，无大气孔、砂眼现象； b 焊点的润湿性好，呈弯月形状，插装组件的润湿角应小于90，以1545为最好，见图1(a)；片式组件的润湿角小于90，焊料应在片式组件金属化端头处全面铺开，形成连续均匀的覆盖层，见图1(b)；c 虚焊和桥接等缺陷应降至最少； 图1(a) 图1(b) d 焊接后贴装组件无损坏、无丢失、端头电极无脱落；e 要求插装元器件的组件面上锡好（包括组件引脚和金属化孔）；f 元器件的安装位置、型号、标称值和特征标记等应与装配图相符；g 插装件要端正, 不能有扭曲、倾斜等现象；h 焊接后印制板表面允许有微小变色，但不允许有严重变色，不允许阻焊膜起泡或脱落；i PCB板和元器件表面要洁净, 清洗后无助焊剂残留物和其它污染物。合格的焊（IPC标准）二、工艺参数的控制1、参数控制要点1.1 焊剂涂覆量（1）要求在印制板底面有薄薄的一层焊剂，要均匀，不能太厚，对于免清洗工艺特别要注意不能过量。焊剂涂覆量要根据波峰焊机的焊剂涂覆系统，以及采用的焊剂类型进行设置。（2）焊剂涂覆方法主要有涂刷、发泡及定量喷射三种方式。 采用涂刷与发泡方式时，必须控制焊剂的比重。焊剂的比重一般控制在0.8-0.84之间（液态松香焊剂原液的比重），焊接过程中随着时间的延长，焊剂中的溶剂会逐渐挥发，使焊剂的比重增大，其黏度随之增大，流动性也随之变差，影响焊剂润湿金属表面，妨碍熔融的焊料在金属表面上的润湿，引起焊接缺陷，因此采用传统涂刷及发泡方式时应定时测量焊剂的比重，如发现比重增大，应及时用稀释剂调整到正常范围内，但稀释剂不能加入过多，比重偏低会使焊剂的作用下降，对焊接质量也会造成不良影响。另外还要注意不断补充焊剂槽中的焊剂量，不能低于最低极限位置。 采用定量喷射方式时，焊剂是密闭在容器内的，不会挥发、不会吸收空气中水分、不会被污染，因此焊剂成分能保持不变。1.2 印制板预热温度和时间 （1）印制板预热温度和时间要根据印制板的大小、厚度、元器件的大小和多少、以及贴装元器件的多少来确定。（2）预热温度在80130，多层板以及有较多贴装元器件时预热温度取上限，不同PCB板类型和组装形式的预热温度参考表2-1。参考时一定要结合组装板的具体情况，做工艺试验或试焊后进行设置（可测实时温度曲线）。（3）预热时间由传输带速度来控制。如预热温度偏低或预热时间过短，焊剂中的溶剂挥发不充分，焊接时产生气体引起气孔、锡球等焊接缺陷；如预热温度偏高或预热时间过长，焊剂被提前分解，使焊剂失去活性，同样会引起毛刺、桥接等焊接缺陷。因此要恰当控制预热温度和时间，最佳的预热温度是在波峰焊前涂覆在PCB板底面的焊剂带有粘性。PCB类型组装形式预热温度（）单面板纯THC或THC与SMC/SMD混装80100双面板纯THC90110双面板THC与SMD混装100110多层板纯THC110125多层板THC与SMD混装110130表2-1 预热温度参考表1.3 焊接温度和时间（1）焊接过程是焊接金属表面、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程，必须控制好焊接温度和时间，如焊接温度偏低，液体焊料的黏度大，不能很好地在金属表面润湿和扩散，容易产生拉尖和桥连、焊点表面粗糙等缺陷；如焊接温度过高，容易损坏元器件，还会产生焊点氧化速度加快、焊点发乌、焊点不饱满等问题。（2）根据印制板的大小、厚度、印制板上搭载元器件的大小和多少来确定波峰焊温度，波峰焊接温度一般为2505（必须测打上来的实际波峰温度）。以每个焊点接触波峰的时间来表示焊接时间(焊接时间= 焊点与波峰的接触长度/传输速度焊点与波峰的接触长度可以用一块带有刻度的耐高温玻璃测试板走一次波峰进行测量)，一般焊接时间为3-5s。1.4 印制板爬坡角度和波峰高度（1）印制板爬坡角度控制在3-7，有利于排除残留在焊点和组件周围由焊剂产生的气体，有SMD（贴片器件）时，通孔比较少，爬坡角度应大一些。（2）适当的爬坡角度还可以少量调节焊接时间。（3）适当的波峰高度使焊料波对焊点增加压力和流速有利于焊料润湿金属表面、流入小孔，波峰高度一般控制在印制板厚度的1/22/3处。2、质量控制方法(1) 严格工艺制度每小时记录一次温度等焊接参数。定时或对每块印制板进行焊后质量检查，发现质量问题，及时调整参数，采取措施。(2) 根据波峰焊机的开机工作时间，定期（一般半年）检测焊料锅内焊料的铅锡比例和杂质含量，如果锡的含量低于极限时，可添加一些纯锡，如杂质含量超标，应进行换锡处理。(3) 每天清理波峰喷嘴和焊料锅表面的氧化物等残渣。(4) 坚持定期设备维护，使设备始终保持在正常运行状态。(5) 把日常发生的质量问题记录下来，定期做总结、分析，积累经验。三、波峰焊接缺陷分析1、影响波峰焊质量的因素a 设备助焊剂喷涂系统的可控制性；预热和焊接温度控制系统的稳定性；波峰高度的稳定性及可调整性；传输系统的平稳性；以及是否配置了扰流（震动）波、热风刀、氮气保护等功能；b 材料焊料、焊剂、防氧化剂的质量以及正确的管理和使用；c 印制板PCB板焊盘、金属化孔与阻焊膜的品质、PCB板的平整度；d 元器件焊端与引脚是否污染或氧化；e PCB板设计PCB板焊盘设计与排布方向以及插装孔的孔径和焊盘设计是否合理；f 工艺助焊剂比重和喷涂量、预热和焊接温度、传输带爬坡角度和传输速度、波峰高度等参数的正确设置、以及工艺参数的综合调整。在生产过程中可以通过选择适当的焊料和焊剂，调整工艺参数，加强设备的日常维护等措施，使焊接不良率降到最低限度。2、焊接缺陷分析及预防对策(1) 焊料不足焊点干瘪、焊点不完整有空洞（吹气孔、针孔）、插装孔以及导通孔中焊料不饱满或焊料没有爬到组件面的焊盘上。产生原因a PCB板预热和焊接温度过高，使熔融焊料的黏度过低。b 插装孔的孔径过大，焊料从孔中流出。c 插装组件细引线大焊盘，焊料被拉到焊盘上，使焊点干瘪。d 金属化孔品质差或阻焊剂流入孔中。e 波峰高度不够。不能使印制板对焊料波产生压力，不利于上锡。f 印制板爬坡角度偏小，不利于焊剂排气。预防对策a 预热温度在80130，有较多贴装元器件时预热温度取上限；锡波温度为2505，焊接时间35s。b 插装孔的孔径比引脚直经大0.150.4mm（细引线取下限，粗引线取上限）。c焊盘尺寸与引脚直径应匹配，要有利于形成弯月面的焊点。d反映给印制板加工厂，提高加工质量。e波峰高度一般控制在印制板厚度的1/22/3处。f印制板爬坡角度控制在3-7。(2) 焊料过多组件焊端和引脚周围被过多的焊料包围，或焊点中间裹有气泡，不能形成标准的弯月面焊点，润湿角90。产生原因a 焊接温度过低或传输带速度过快，使熔融焊料的黏度过大。b PCB预热温度过低，由于PCB与元器件温度偏低，焊接时组件与PCB吸热，使实际焊接温度降低。c 焊剂活性差或比重过小。d 焊盘、插装孔或引脚可焊性差，不能充分浸润，产生气泡裹在焊点中。e焊料中锡的比例减少，或焊料中杂质Cu成分过高（Cu0.08%，使熔融焊料黏度增加、流动性变差。f 焊料残渣太多。预防对策a 锡波温度为2505，焊接时间35s。b 根据PCB板尺寸、是否多层板、元器件多少、有无贴装元器件等设置预热温度。PCB板底面温度在80130，有较多贴装元器件时预热温度取上限。c更换焊剂或调整适当的比重。d提高印制板加工质量，元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中。e锡的比例61.4%时，可适量添加一些纯锡，杂质过高时应更换焊料。f每天结束工作后应清理残渣。(3) 焊点拉尖或称冰柱。焊点顶部拉尖呈冰柱状，小旗状。产生原因a PCB板预热温度过低，使PCB板与元器件温度都偏低，焊接时组件与PCB板吸热。b焊接温度过低或传输带速度过快，使熔融焊料的黏度过大。c 电磁泵波峰焊机的波峰高度太高或引脚过长，使引脚底部不能与波峰接触。因为电磁泵波峰焊机是空心波，空心波的厚度为45mm左右。d 助焊剂活性差。e 插装组件引线直经与插装孔比例不正确，插装孔过大，大焊盘吸热量大。预防对策a 根据PCB板尺寸、是否多层板、元器件多少、有无贴装元器件等设置预热温度。预热温度在80130，有较多贴装元器件时预热温度取上限。b锡波温度为2505，焊接时间35s。温度略低时，传输带速度应调慢一些。c 波峰高度一般控制在印制板厚度的1/22/3处。插装元器件引脚成形要求引脚露出印制板焊接面0.83mm。d更换助焊剂。e插装孔的孔径比引线直径大0.150.4mm（细引线取下限，粗引线取上限）。(4) 焊点桥接或短路桥接又称连桥。组件端头之间、元器件相邻的焊点之间以及焊点与邻近的导线、过孔等电气上不该连接的部位被焊锡连接在一起。产生原因a PCB板设计不合理，焊盘间距过窄。b 插装组件引脚不规则或插装歪斜，焊接前引脚之间已经接近或已经碰上。c PCB板预热温度过低，焊接时组件与PCB板吸热，实际焊接温度降低。d 焊接温度过低或传输带速度过快，使熔融焊料的黏度过大。e 助焊剂活性差。预防对策a按照PCB设计规范进行设计。两个端头Chip的长轴与焊接方向垂直，SOT、SOP的长轴应与焊接方向平行。将SOP最后一个引脚的焊盘加宽（设计一个窃锡焊盘）。名词解释：Chip微小型、无引线，在线路板上表面组装的器件；SOT有三条或四条引线的小功率晶体管、场效应管、二极管和带电阻网络的复合晶体管；SOP又称SOIC,引线有J型、I型、翼型。b 插装元器件引脚应根据印制板的孔距及装配要求进行成形，如采用短插一次焊工艺，焊接面组件引脚露出印制板表面0.83mm，插装时要求组件体端正。c 根据PCB板尺寸、是否多层板、元器件多少、有无贴装元器件等设置预热温度。d锡波温度为2505，焊接时间35s。温度略低时，传输带速度应调慢一些。e更换助焊剂。(5) 润湿不良、漏焊、虚焊元器件焊端、引脚或印制板焊盘不沾锡或局部不沾锡。产生原因a 元器件焊端、引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮。b 片式组件端头金属电极附着力差或采用单层电极，在焊接温度下产生脱帽现象。c PCB板设计不合理，波峰焊时阴影效应造成漏焊。d PCB板翘曲，使PCB板翘起位置与波峰接触不良。e传送导轨两侧不平行、大尺寸PCB板过重、组件布局不均衡，使PCB板变形。造成与波峰接触不良。f波峰不平滑，电磁泵波峰焊机的锡波喷口被氧化物堵塞，会使波峰出现锯齿形，容易造成漏焊、虚焊。g助焊剂活性差，造成润湿不良。h. PCB 板预热温度过高，使助焊剂碳化，失去活性，造成润湿不良。预防对策a 元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期。对印制板进行清洗和去潮处理。b波峰焊应选择三层端头结构的表面贴装元器件，元器件体和焊端能经受两次以上260波峰焊的温度冲击。c SMD布局应遵循较小的组件在前和尽量避免互相遮挡的原则，适当延长搭接后剩余焊盘长度。d 印制电路板翘曲度小于0.81.0% 。e调整波峰焊机及导轨或PCB板传输架的横向水平；大板采用导轨支撑或加工专用工装；PCB板设计时大小组件尽量均匀布局。f清理波峰喷嘴。g更换助焊剂。h设置恰当的预热温度。(6) 焊料球又称焊锡珠,是指散布在焊点附近的微小珠状焊料。产生原因a PCB 板预热温度过低或预热时间过短，助焊剂中的溶剂和水分没有挥发掉，焊接时造成焊料飞溅。b 元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮。预防对策a 提高预热温度或延长预热时间。b严格来料检验，元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期；对印制板进行清洗和去潮处理。(7)气孔分布在焊点表面或内部的气孔、针孔或称空洞。产生原因a焊料杂质超标，Al含量过高，会使焊点多孔。b元器件焊端、引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮。c 焊料表面氧化物、残渣，污染严重。d 印制板爬坡角度过小，不利于排除残留在焊点和组件周围由助焊剂产生的气体。e 波峰高度过低，不能使印制板对焊料波产生压力，不利于排气。预防对策a更换焊料。b严格来料检验，元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期；对印制板进行清洗和去潮处理。c每天关机前清理焊料锅表面的氧化物等残渣。d印制板爬坡角度控制在37。e 波峰高度一般控制在印制板厚度的1/22/3处。(8)冷焊又称焊锡紊乱。焊点表面呈现焊锡紊乱痕迹。产生原因a 由于传输带震动，冷却时受到外力影响，使焊锡紊乱。b 焊接温度过低或传输