毕业设计--波峰焊接工艺缺陷分析.pdf

南京信息职业技术学院南京信息职业技术学院 毕业设计论文毕业设计论文 作者 学号 系部 机电学院 专业 电子组装技术与设备 对口单招 题目 波峰焊接的工艺缺陷分析 指导教师 评阅教师 完成时间 年 月 日 毕业设计毕业设计 论文论文 中文摘要中文摘要 题目 波峰焊接的工艺缺陷分析 摘要摘要 波峰焊是指将熔化的软钎焊料 铅锡合金 经电动泵或电磁泵喷流成设计 要求的焊料波峰 亦可通过向焊料池注入氮气来形成 使预先装有元器件的印制板 通过焊料波峰 实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎 焊 也可称为群焊或流动焊 这种焊接方法主要用于传统通孔插装工艺 以及表面 组装与通孔插装元器件的混装工艺 适合波峰焊的表面贴装元器件有矩形和圆柱形 片式元件 SOT 以及较小的 SOP 器件等 波峰的焊中可能出现的缺陷主要是焊点缺 陷 原件缺陷和 PCB 缺陷 本文通过介绍波峰焊的定义 工艺方式 缺陷分析等 正确引导读者在操作 过程中应该注意的部分 提出波峰焊的缺陷并指导读者正确解决波峰焊的缺陷 关键词关键词 波峰焊 通孔插装 缺陷 分析 毕业设计毕业设计 论文论文 外文摘要外文摘要 TitleTitle Wave soldering defects analysis Abstract Wave soldering is to point to will melt soft the soldering lead solder alloy the electric pump or electromagnetic pump spray flow into the design requirements of solder wave can also through into the pool to solder nitrogen to form in advance of the printed circuit board is made with components by solder wave realize the pins or components welding and welding plate mechanical and PCB electrical connection between the soft brazing can also be called group of welding or flow welding This kind of welding method is mainly used in the hole is traditional cartridge process as well as surface assembly and hole cartridge components of dual process suitable for wave soldering SMT components are rectangular and cylindrical chip components SOT and smaller SOP devices etc Wave of welding of the potential defects is mainly solder defects the original defects and PCB defects This paper introduces the definition wave soldering process process analysis defect analysis the correct guidance readers in operation should be paid attention to during the part and puts forward the soldering defect and guide the reader correctly solved the defects of soldering Keyword Wave soldering Through hole Cartridge Defects Analysis 目录 1 引言 1 2 波峰焊的基本概念 1 2 1 波峰焊的分类 1 2 2 波峰焊机的组成 2 3 波峰焊的工艺 2 3 1 波峰焊的工艺方式 2 3 2 波峰焊接工艺参数设置 3 4 波峰焊接常见缺陷分析及解决方法 3 4 1 波峰焊接中常见的缺陷现象 3 4 2 虚焊 3 4 2 1 定义 3 4 2 2 缺陷产生的原因 4 4 2 3 解决方法 4 4 3 冷焊 5 4 3 1 定义 5 4 3 2 缺陷产生的原因 5 4 3 3 解决方法 5 4 4 焊点拉尖 6 4 4 1 定义 6 4 4 2 缺陷产生的原因 6 4 4 3 解决方法 7 4 5 其他缺陷 7 5 影响波峰焊质量的因素 14 5 1 波峰焊技术质量分析 14 5 2 波峰焊接质量控制措施 15 结论 16 致谢 16 参考文献 17 1 1 1 引言引言 波峰焊是指将熔化的软钎焊料 铅锡合金 经电动泵或电磁泵喷流成 设计要求的焊料波峰 亦可通过向焊料池注入氮气来形成 使预先装有元 器件的印制板通过焊料波峰 实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机 械与电气连接的软钎焊 随着时代的发展 目前波峰焊机基本上采用热辐射方式进行预热 最 常用的波峰焊预热方法有强制热风对流 电热板对流 电热棒加热及红外 加热等 伴随着技术的不断进步 问题也随之产生 下面就浅谈一下波峰 焊工艺及其过程分析 焊接缺陷分析等 2 2 波峰焊的基本概念波峰焊的基本概念 波峰焊是将钎料槽中的熔融态钎料在位于设备底端的离心泵的作用下被吸 入一狭长的喷嘴之中 离心泵产生的推力推动熔融钎料在喷嘴中不断升高直至涌 出 从而形成一垂直向上的钎料波峰 当印刷电路板以一定速度和角度通过这一 钎料波峰时 钎料波以一定的速度和压力作用于印刷电路板上 并充分渗入到电 子元器件外引线与印刷电路板之间的缝隙 进而完成润湿铺展及钎焊连接过程 2 2 1 1 波峰焊的分类波峰焊的分类 波峰焊有单波峰焊和双波峰焊之分 单波峰焊用于 SMT 时 由于焊料 的 遮蔽效应 容易出现较严重的质量问题 如漏焊 桥接和焊缝不充实 等缺陷 而双波峰则较好地克服了这个问题 大大减少漏焊 桥接和焊缝 不充实等缺陷 因此目前在表面组装中广泛采用双波峰焊工艺和设备 1 单波峰焊 单波峰 指锡液喷起时只形成一个波峰 一般在过一次锡或只有插装件的 PCB 时所用 2 双波峰焊 双波峰 如果 PCB 上既有插装件又有贴片元器件 这时多用 因为两个波峰 对焊点的作用较大 第一个波峰较高 它的作用是焊接 第二个波峰相对较平 它主要是对焊点进行整形 2 2 22 2 波峰焊机的组成波峰焊机的组成 一台波峰焊机 主要由传送带 加热器 锡槽 泵 助焊剂发泡 或喷雾 装置等组成 如下图 1 图 1 波峰焊控制系统 3 3 波峰焊的工艺波峰焊的工艺 3 3 1 1 波峰焊的工艺方式波峰焊的工艺方式 工艺方面主要从助焊剂在波峰焊中的使用方式 以及波峰焊的锡波形态这两 个方面作探讨 在波峰焊中助焊剂的使用工艺一般来讲有以下几种 发泡 喷雾 喷射等 1 发泡式涂覆工艺 如果使用 发泡 工艺 应该注意的是助焊剂中稀释剂的添加的问题 因为 助焊剂在使用过程中容易挥发 易造成助焊剂浓度的升高 如果不能及时添加适 量的稀释剂 将会影响焊接效果及 PCB 板面的光洁程度 2 喷雾式涂覆工艺 如果使用 喷雾 工艺 则不需添加或添加少量的稀释剂 因为密封的喷雾 罐能有效的防止助焊剂的挥发 只需根据需要调整喷雾量即可 并要选择固含较 3 低的最好不含松香树脂成份的 适合喷雾用的助焊剂 3 喷射式涂覆工艺 因为 喷射 时容易造成助焊剂的涂布不均匀 且易造成原材料的浪费等原 因 目前使用喷射工艺的已不多 3 23 2 波峰焊接工艺参数设置波峰焊接工艺参数设置 1 波峰高度 波峰高度是指波峰焊接中的 PCB 吃锡高度 其数值通常控制在 PCB 板厚度的 1 2 2 3 过大会导致熔融的焊料流到 PCB 的表面 形成 桥连 2 传送倾角 波峰焊机在安装时除了使机器水平外 还应调节传送装置的倾 角 通过 倾角的调节 可以调控 PCB 与波峰面的焊接时间 适当的倾角 会有 助于 焊料液与 PCB 更快的剥离 使之返回锡锅内 3 热风刀 所谓热风刀 是 SMA 刚离开焊接波峰后 在 SMA 的下方放置一个 窄长的带开口的 腔体 窄长的腔体能吹出热气流 尤如刀状 故称 热风刀 4 焊料纯度的影响 波峰焊接过程中 焊料的杂质主要是来源于 PCB 上焊盘 的铜浸析 过量的铜会导致焊接缺陷增多 5 助焊剂 在焊接工艺中能帮助和促进焊接过程 同时具有保护作用 阻 止氧化反应的化学物质 6 工艺参数的协调 波峰焊机的工艺参数带速 预热时间 焊接时间和倾 角之间需要互相协调 反复调整 4 4 波峰焊接常见的缺陷分析波峰焊接常见的缺陷分析及解决方法及解决方法 4 1 4 1 波峰焊接中常见的缺陷现象波峰焊接中常见的缺陷现象 波峰焊接过程是产生 PCBA 组件缺陷的主要工序 在整个 PCBA 组装过程中它 引起的缺陷可能要占到 50 波峰焊接中主要常见的缺陷表现为虚焊 冷焊 不 润湿 反润湿 桥连 焊点拉尖 焊点有气孔 焊锡过少 焊点灰暗 焊盘脱落 空洞现象等 下面分别介绍各个缺陷 4 2 4 2 虚焊虚焊 4 2 1 定义 焊点表面粗糙的粒状 光泽性差 流动性不好是虚焊的外观表现 从本质上 4 来说 凡是在焊接过程中连接接头的界面上未形成合适厚度的合金层的就可以判 定为是虚焊 如图 2 所示 图 2 虚焊现象 4 2 2 缺陷产生的原因 用鱼骨图分析如下图 3 所示 图 3 虚焊缺陷鱼骨图分析图 4 2 3 解决方法 1 严把外协 外购件入库验收关 工作人员需要对购买来的元器件 助 焊剂 钎料等严格进行入库验收 2 优化库存期的管理 元器件先到先用 不要存放在潮湿环境中 不要 5 超过规定的使用日期 3 加强工序传递中的文明卫生管理 工作间保持清洁卫生 无尘土 4 选择正确的工艺规范 焊前洁净所有被焊表面确保可焊性 在兼顾焊 点的安全性和可靠性的请况下 可加点助焊剂 4 3 4 3 冷焊冷焊 4 3 1 定义 在波峰焊 无铅波峰焊后 焊点出现溶涌状不规则的角焊缝 基体金属盒钎 料之间不润湿或润湿不足 甚至出现裂纹 这种现象就叫冷焊 如图 4 所示 图 4 冷焊现象 4 3 2 缺陷形成的原因 用鱼骨图分析如图 5 所示 图 5 冷焊缺陷鱼骨图分析图 4 3 3 解决方法 1 调整焊接温度和时间 锡波温度为 250 5 焊接时间为 3 5s 温度 6 略低时传送带的速度应调慢一点 2 改善 PCB 设计 尽力避免波峰焊接时出现明显的热量陷阱 3 检查电机是否有故障 检查电压是否稳定 传动带是否有异常 4 4 4 4 焊点拉尖焊点拉尖 4 4 1 定义 波峰焊接后在元器件和零件脚顶端或焊点上发现有呈钟乳石状或冰柱形的 钎料 这样就叫做焊点拉尖 如图 6 所示 图 6 焊点拉尖 4 4 2 焊点拉尖产生的原因 用鱼骨图分析如图 7 所示 图 7 拉尖缺陷鱼骨图分析图 7 4 4 3 解决方法 1 净化被焊表面 选择合适的清洗剂来清洗被焊接表面 2 调整和优选助焊剂 助焊剂活性差 更换活性好的助焊剂 如 RA 3 合理选择预热温度 预热温度过低 由于 PCB 与元器件温度偏低 焊 接时 PCB 和原件都要吸热 使实际焊接温度降低 PCB 的预热温度一般在 90 130 根据 PCB 的尺寸 是否是多层板 元器件的多少来设置预热温度 双面 板混装的话一般在 110 左右 4 调整钎料槽温度 钎料槽的温度一般设置在 250 左右为宜 目前公 认的最佳焊接温度为 250 5 调整夹送速度 夹送速度过慢 夹送理应设置为 1 0m min 1 5m min 之间为最佳 6 调整压波深度 压波深度也称吃锡深度 是指 PCB 经过钎料波峰是浸 入的波峰深度 压波深度一般在 1 2 3 4 的 PCB 厚度 7 钎料槽中铜含量应控制在 0 3 以下 8 基板上的大铜箔面 可用阻焊膜讲大铜箔面分隔成尺寸为 3mm 10mm 的区块来改善 4 5 4 5 其他缺陷其他缺陷 4 5 1 桥连 1 定义 就是过多的钎料让两焊点 等电位或不等电位 之间连起来的现象 这样就 称为桥连 如图 8 所示 图 8 桥连现象 8 2 桥连现象产生的原因 用鱼骨图分析如图 9 所示 图 9 桥连缺陷鱼骨图分析图 3 解决方法 1 按照 PCB 设计标准来设计焊点间的距离 2 定期要去除锡渣 钎料槽中的锡渣影响焊接质量 因此要定期检查钎 料槽中锡渣的含量 需定期清理 3 注意助焊剂的保质期和喷涂量 波峰焊接中 助焊剂喷雾涂覆量应尽 精确控制在 300 750mg d 若超过 将可能出现过量的助焊剂从 PCB 上滴落 下来 4 调整预热的温度 PCB 预热温度过低 由于 PCB 与元器件温度偏低 焊接时原件与 PCB 吸热 使焊接实际温度大大降低 PCB 预热温度一般在 90 130 5 调整夹送速度 波峰焊接中最适宜的夹送速度的确定 要根据具体的 成产效率 PCB 基板和元器件的热容量等综合因素确定 夹送速度一般在 1 0m min 1 5m min 6 改善钎料表面张力作用 钎料表面张力是受到钎料温度的影响的 温 度高会减少表面张力 往钎料波峰上注入油类也可以使表面张力 9 7 元器件插装前进行适当的剪短处理 插装元器件引脚应根据印制板的 孔径及装配要求进行成形 要求原件引脚露出印制板焊接面 0 8 3mm 插装是 要求元件体端正 8 注意工作周围的环境要求是否达标 环境温度以 23 2 为最佳 一般为 17 28 极限温度为 15 35 4 5 2 不润湿和反润湿 1 定义 波峰焊接后基体金属表面产生不连续的薄膜 这种现象称为不润湿 如图 10 所示 波峰焊接中钎料先润湿基体金属表面 然后又因润湿性不好而回缩 从而 在基体金属表面上留下了一层薄的钎料覆盖部分区域 还会有断续分离的钎料球 形成 这就是反润湿现象 如图 11 所示 图 10 不润湿 图 11 反润湿 2 缺陷产生的原因 1 不润湿 基体金属表面不可焊 使用助焊剂的活性不够再者就是 助焊剂变质失效 表面上的油质使助焊剂一钎料不能与被焊接表面接触 温 度不够 助焊剂的活性强度不够 2 反润湿 在基体金属表面上形成的玷污引起半润湿现象 当钎料 槽里的金属杂质浓度达到一定值后 也会产生反润湿状态 表面严重污染时还 会在同一表面同时形成不润湿和反润湿的状态 3 解决方法 1 改善基体表面的可焊性 无铅波峰焊接基体表面的可焊性可以根据不 同的材料选取不同的涂层 从而增强基体的可焊性 10 2 更换助焊剂 助焊剂的活性较低 那么就要选择活性较强的助焊剂 如 RA 3 合理的调整好焊接温度和焊接时间 锡波温度为 250 5 焊接时间 为 3 5s 温度略低时传送带的速度应调慢一点 4 要彻底清除表面的油污 选择较好的清洗剂清除表面的油污的杂质 5 同时还要保持钎料的纯度 4 5 3 焊点灰暗 1 定义 有两种焊点灰暗的现象分别为 经过时间的推移 大致半年左右 焊点颜色转暗 另外就是刚制造出来的时候 颜色就是灰暗的 2 缺陷产生的原因 1 钎料中杂质含量过高 2 焊接后没有立刻清洗 助焊剂的残留引起的轻微腐蚀 3 解决方法 1 须定期检验钎料槽内的金属杂质成分 元素 Cu Ag 和 Au 对于有铅 钎料波峰焊接来说均属于杂质金属 Au 和 Cu 发生复合作用会很快破坏整个钎料 槽中钎料的性能 对钎料合金有害的污染物还有 Fe Al Mg 和 Sn 等 特别是 Sn 它是一种最有害的污染物 即使含少到 0 005 也会引起沙砾状 附着力 甚至使焊点完全破坏 导致整个钎料槽钎料报废 2 焊接后应立即清洗 以防止助焊剂残留腐蚀 4 5 4 焊点发黑 1 定义 顾名思义它的定义就是焊接后焊点呈现出来的是黑色 2 缺陷形成的原因 1 有一些无机酸类的助焊剂会造成锌的氯氧化物 使焊点发黑 2 焊接温度过高 时间过长 或者是暴露在焊点表面上的铜过量氧化而 发黑 3 助焊剂留在焊点上造成黑色腐蚀颜色 11 3 解决方法 1 锌的氯氧化物造成的焊点发黑 可以用弄度 1 的盐酸清洗再用水清洗 2 控制钎料槽杂质金属含量 定期检查钎料槽中杂质的含量 含量过高 的话需要立即清理 否则会影响焊接质量 3 焊接时避免时间过长 温度过高 焊接时间为 3 5s 焊接温度为 250 5 4 5 5 扰焊 1 定义 焊点呈现紊乱痕迹的钎料 如图 12 所示 图 12 扰焊接 2 缺陷形成的原因 1 传动不平稳 2 波峰焊后冷却时受了外力的影响 3 解决方法 1 注意传动的平稳性 焊点冷却瞬间机械振动干扰引起的的传动不平稳 2 消除外力作用 夹送链的抖动现象 夹送链的传送速度在给定的范围 内 0 3m min 应连续可调 速度波动量应小于 10 力学性能好 4 5 6 粒状物 1 定义 粒状物就是在有铅波峰焊接焊点钎料表面呈砂状突出表面 而焊点的整体形状补 改变 如图 13 所示 12 图 13 粒状物 2 缺陷形成的原因 1 析出的金属杂质结晶 2 钎料残渣被泵吸入钎料槽内经喷流涌出 而使焊点表面呈砂状 3 焊接时间过长 4 夹送速度过慢 3 解决方法 1 加强钎料槽的管理 定期检查 2 控制好焊接时间 焊接时间为 3 5s 焊接温度为 250 5 3 控制好正常的夹送速度 夹送理应设置为 1 0m min 1 5m min 之间为 最佳 4 5 7 焊点开裂 1 定义 在焊点上出现钎料的破裂以及裂缝 如图 14 所示 图 14 焊点开裂现象 2 缺陷形成的原因 1 PCB 面板扭曲变形了 2 冷焊并且受到了外力作用 13 3 锡锅锡渣太多 焊点内焊料不能完全融合在一起 4 锡锅温度偏低了一点 3 解决方法 1 之前检查 PCB 板的平整度 印制板的平整度是由产品的弓曲和扭曲两 种特性决定的 它都是 PCB 板的一种变形 弓曲的特点是当 PCB 块的四个角处在 同一平面时 它大致呈圆柱形或球面的状况 扭曲是指平行于 PCB 板的对角线长 生的变形 2 消除焊接过程中的机械振动和外力作用 定期检查焊接过程中的夹送 链的速度是否还正常 传送速度理应设置在给定的范围内 0 3m min 应连续 可调 速度波动量应小于 10 力学性能好 3 调整锡锅温度 锡锅的温度应控制在 250 左右为好 4 定期检查焊锡是否合格 工作人员应定制周期性的检查焊锡的合格程 度 合格则继续使用 如果不合格就应该更换 4 5 8 空洞现象 1 定义 空洞从字面上也就是焊点上有孔 空洞通常有两种情况 针孔和吹孔 如图 15 所示 针孔是在焊点上出现的小孔 针孔内部通常是空的 吹孔则是焊点内部空气完全喷出而形成的可看到内部的打孔 图 15 针孔 左 和吹孔 右 2 缺陷形成的原因 用鱼骨图分析如下图 16 所示 14 图 16 空洞现象鱼骨图分析图 3 解决方法 1 改善 PCB 的加工质量 2 改善焊盘和引线表面的洁净状态和可焊性 3 基板与元器件引脚污染源 可能来自元器件引脚成形 插件过程或是 存储状况不佳而造成的 用溶剂清洗即可 4 PCB 在 120 烘焙箱中预烘 2h 5 生产场地要符合国际标准 空气洁净度为 100000 级 环境温度以 23 2 为最佳 相对湿度要控制在 45 70 范围内 6 温度曲线要合理设置 预热不足和过度预热都对焊接有着直接的危害 预热温度一般在 90 130 5 5 影响波峰焊质量的因素影响波峰焊质量的因素 5 5 1 1 波峰焊技术质量分析波峰焊技术质量分析 以下是影响波峰焊接品质的几个因素 1 设计原因 如 PCB 焊盘间距小 元件脚长 焊盘形状不当 孔径太大或太小 15 2 原材料 1 焊接材料 如 助焊剂被污染 焊锡杂质 铜等 超标 储存不当 2 元件 如 元件脚氧化 元件脚镀层不良 3 PCB 如 焊盘氧化 焊盘被污染 油墨 粉尘 油脂 汗水等 3 设备 1 锡波不平稳 可能导致连焊 漏焊 溢锡 2 导轨不平整 可能导致漏焊 溢锡 3 喷雾不良 可能导致连焊 沾锡不良 4 设备振动大 可能导致冷焊 4 焊接制程参数 1 温度的影响 焊锡和 PCB 表面温度 2 速度的影响 夹送速度应设置在 1 0m min 1 5m min 之间最佳 3 吃锡时间的影响 配合吃锡宽度和速度 4 吃锡深度的影响 PCB 的吃锡深度通常取 PCB 厚度的 1 2 3 4 6 喷雾量的影响 波峰焊接工艺在 PCB 上助焊剂喷雾量尽量控制在 300 750mg d 若超过 将有可能出现过量的助焊剂从 PCB 上滴落下来 5 人为因素 1 保养不到位 如未及时清铜 助焊剂槽未清理 2 错误操作 3 错误判断 5 5 2 2 波峰焊接质量