波峰焊接技术.doc

波峰焊接技术编写：*共16页一波峰焊接的含义PCB板移动方向 焊料波峰焊接(Wave soldering):是指使将熔融的液态焊料借助泵的作用，在焊料液面形成一特定形状的焊料波峰，装载了元器件的PCB板以某一特定角度，并以一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点的焊接过程称之为波峰焊接。叶泵 二.波峰焊接工艺的优点（与手工焊接相比较）1.省工省料，提高了生产效率，降低了生产成本。2.消除了人为因素对产品质量的干扰和影响，提高了焊点质量和可靠性。3.由于采用了良好的排气系统，改善了操作环境和操作者的身心健康。4.一致性好，确保了产品安装质量的一致性和工艺的规范化、标准化。5.可以完成手工操作无法完成的工作。三.波峰焊接的过程下面以双波峰机为例来说明波峰焊过程1.当完成印刷（或点）胶、贴装、胶固化、插装通孔元器件的PCB板从波峰焊机的入口端随传送带向前运行，通过助焊剂发泡（或喷雾）槽时使PCB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.随传送带运行PCB板进入预热区（预热温度在90130）。预热的作用：1）助焊剂中的溶剂被挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体。2）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。3）使印制板和元器件充分预热，避免焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。3.PCB板继续向前运行，PCB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），使焊料打到印制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。然后印制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（宽波），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并有修整焊锡过多的焊点作用。4.当PCB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。四常见的几种焊料波形及波形组合五.波峰焊接设备的分类1.按波峰数量分类1）单波峰机：只有一个波峰，应用于THT安装方式PCB板的焊接2）双波峰机：有两个波峰，主要针对SMT波峰焊接中所存在的阴影效应和气囊遮蔽效应而设计的。2.按系统外形大小分类1）微型机：应用对象主要是科研院所等研发部门。适用的生产范围是多品种、小批量、小型化的拳产品试制。2）小型机：应用对象是中、小批量生产单位及科研部门。3）中型机：应用对象是中、大批量生产单位和企业。4）大型机：应用对象主要是针对一些高级用户的一些特殊性需要而设计的。六.波峰焊接设备系统的组成及其作用1.焊料波峰发生器1）作用：产生波峰焊接工艺所要求的特定的焊料峰。是决定波峰焊接质量的核心，也是整个系统的核心部件。2）分类：机械泵式液态金属电磁泵式2.助焊剂涂覆系统1）作用：将助焊剂自动而高效地涂覆到PCB板的被焊面上去。2）性能要求：涂覆层应均匀一致，对被焊接面覆盖性好。涂覆的厚度适宜，无多余的助焊剂流淌。涂覆效率高，在保证波峰焊接要求的前提下，助焊剂消耗量最少。环保性能好。3.预热系统1）作用：促使助焊剂活性的充分发挥。除去助焊剂中过多的挥发物黏改善焊妆质量。减少波峰焊接时的热冲击，缓和热应力。减少元器件的热劣化。提高生产效率。2）性能要求：可调节的温度范围宽，一般应室温-250范围内可调。应有一定的预热长度，确保PCB板要活化温度下保持足够的时间。不应有可见的明火，以避免助焊剂液滴在发热元件上燃烧起火引起火灾。对助焊剂涂覆系统正常工作的干扰及造 成的热影响最小。耐冲击、振动。可靠性高。便于维修。3）常用预热方式分类辐射式：热量传导几乎全靠热辐射的方式进行。容积式（传导、对流）：热量传导主要靠传导、对流方式进行。辐射-容积组合式：热量传导靠热辐射、传导、对流组合方式进行。4传送系统1）作用：使PCB板能以某一较佳的倾斜角度和速度进入和退出焊料波峰，以确保PCB上的每个焊点在焊料波峰中所经过的时间为3-5秒之间，从而获得较好的焊接效果。2）性能要求：传动平稳，无抖动和振动现象，噪音小，热稳定性好，不易变形。传送速度在其一范围内（一般0-3米/分）可调，速度稳定流动小（波动量10%）,机械特性好。夹送在有一定倾角，范围（3-8）可调。夹持爪化学稳定性好，耐腐蚀，不沾锡。可以方便地根据PCB板大小的调节宽度。3）常见传系统的分类（按结构分）框架式传送系统爪式传送系统机械手夹持系统5冷却系统1）作用：驱散波峰后积累在PCB板上的余热，细化焊料晶格。2）性能要求：气流应定向，应不导致焊料槽表面的剧烈散热。风压适当，稳定。6.电气控制系统作用：对整机各组件之间的信息流进行综合处理，对工艺过程进行协调和控制七.助焊剂1.作用1）除去被焊基体金属表面的锈膜。2）防止加热时的二次氧化。3）降低液态焊料的表面张力。4）传热2.分类1）按化学构成方无机类有机类2)按助剂殘留物的清洗方式分清洗型助焊剂：固体含量一般在20-50%之间。免清洗助焊剂：固体含量一般不大于5%。 水溶性助焊剂3）按松香的活性分类可分R：低活性RMA：中等活性RA：高活性RSA：特高活性八.波峰焊接过程中的温度曲线1.温度曲线分析（以Sn63Pb37焊料为例）1)预热：处于室温下的PCB板通过助焊剂涂覆装置涂覆助焊剂时，PCB接近助焊剂的液态温度（B点）。CD区间为预热区，涂覆了助焊剂的PCB板从C点开始进行预热区，受热后助焊剂中的深剂不断被蒸发，而助焊剂的固体成份分解出活性物质。到达D点时达到预热所需要的温度。2)焊接：通过预热区D点后的PCB板，到达焊料槽的上方，焊料表面的辐射热继续维持对PCB板的预热，PCB板保持预热所到达的温度（DE段）继续前进直到与焊料波峰相接触的E点。PCB板在E点处浸入焊料波峰后温度急剧上升到达F点并不断逼近饱和温度（G点），由F点到G点的区间为热交换区。F和G之间的温差的大小与预热过程中否充分有关。PCB板在此区间大约要经历3-5秒的时间，这个时间的长短与PCB板上的热容理有关。3)冷却：PCB板过了G点开始脱离焊料波峰，焊点上的焊料温度虽然急剧下降，但焊料仍为液态，温度降到H点（183附近）后并停留一段时间（曲线保持水平直线段），放出潜热完成液相到固相的转变。HI为自然冷却段，从I点开始进行强制冷却区。图中I-J为强制风冷却曲线，I-J为强制液体冷却的快速冷却曲线。2.双波峰焊接的理论温度曲线（以Sn63Pb37焊料为例）3.双波峰焊实测温度曲线（以Sn63Pb37焊料为例）九.穿孔安装组件的峰焊接工艺1.上机前的烘干处理为了消除在制造过程中的隐藏在PCB板内残余的溶剂和水份，特别是在焊接过程中当PCB板出现气泡时，应对PCB板进行上线前的预烘干处理。预烘干的温度和时间（参考值）烘干设备温度（）时间（小时）循环干燥箱107-1201-270-803-4真空干燥箱50-551.5-2.5对于1.5mm以下的薄的PCB板可选用较低的温度和时间，对多层PCB板一般的预烘干温度是105，2-4小时，烘干时不可将PCB板叠放在一起，每块PCB板之间最少间隔3mm,最好选用对流炉以期到达最佳效果。2.预热温度PCB板的预热温度是根据助焊剂的活化剂的活性温度来设置的，不同型号的助焊剂活化剂的活性温度各不一样，所以预热温度也就不一样，这些数据通常在助焊剂提供的使用说明书中会给出。1）使用松香基助焊剂时的预热温度（参考数据，Sn63Pb37焊料）对一般传送速度和无器件密度下的预热温度（上部的加热器的预热器）PCB板类型预热温度（热器出口处上表面温度）单面板80-90双面板100-120四层以下的多层板105-120四层以上的多层板110-130我国电子行业标准SJ/10534-94给出的预热温度PCB板类型PCB板焊接面的预热温度单面板80-90双面板90-1002）使用免清洗助焊剂时的预热温度免清洗助焊剂时的预热温度要比松香基助焊剂高些，时间也要长些。3.焊接温度焊点最佳接合温度=焊料的融点-（40-60）4.传送速度波峰焊接中最适宜的传送速度要根据具体的生产效率、PCB板和元器件的热容量、浸渍时间、热温度等综合因素，通过工艺试验确定。5.焊接时间通常一个焊点在焊料波峰中浸渍时间应控制在2-4秒之间（电子行业标准SJ/T10534规定为3-4秒）6.传送角度一般倾斜角度为6-87.波峰高度最适宜焊接的波峰高度范围为6-8mm, 电子行业标准SJ/T10534规定最佳的波峰高度范围为7-8mm秒）8.压波深度指PCB板经过波峰时汉字入波峰的深度。PCB板类型波峰深度单面板和柔性板1/3板厚小于六层的多层板2/3板厚大于六层的多层板3/4板厚十.金属杂质对波峰焊接的影响1.铜：铜与锡可生成Cu3Sn、Cu5Sn6两种金属间化合物，过量后就将使液态焊料呈砂性且流动性变差，焊点变脆。2.银：银与锡可生成AgSn、Ag3Sn两种金属间化合物,使焊料呈砂性和被焊表面出现小疙瘩，焊点失去自然光泽，并出现白色颗粒物。3.金：金与铅可生成Au2Pb、AuPb2两种金属间化合物,而与锡生成Au6Sn、AuSn AuSn3和AuSn3等金属化合物，使焊点变脆并形成暗色的颗粒状轮廓线。4.锌：一种最有害的污染物，即使含量少到0.005%也会引起焊料呈砂砾状、缺少附着力，甚至使焊点完全破坏，导致整槽焊料报废。5.电子行业标准SJ/T10534规定波峰焊料中最高允许量杂质金属铜金镉锌铝铁砷秘银镍锑最高允许量（%）0.300.200.0050.0050.0060.020.030.250.100.010.50十一.防止金属杂质污染的对策1.使用高纯度的焊料。2.尽可能缩短焊接时间功降低焊接温度。3.遮蔽不要求焊接的金属表面（如使用阻焊膜）4.用高纯度的焊料补充料槽中焊料的耗损。5.禁止使用焊料的边角料和手工焊接时产生和废焊料加入到焊料槽中。6.整槽焊料更换时不得使用硬金属丝制成的刷子清除粘附在焊料槽壁上的任何非金属浮渣和原有焊料。使用软毛刷。7.使用物理方法去除杂质。十二.焊接缺陷现象及其形成原因1.虚焊1)原因产生无器件引线可焊性差助焊剂活性低、涂覆不均匀虚焊焊盘孔太大印制板焊盘氧化，有污染锡槽温度过低预热温度过低传送速度过快焊锡质量不好2）解决方法解决引线的可焊性调整助焊剂比重或更换助焊剂，调整涂覆装置设计小焊盘孔清除PCB板的氧化物，清洗板面污物调整锡槽温度调整预热温度调整传送速度化验焊锡Sn和杂质含量，根据化验结果再做相应措拖2.短路1）产生原因预热温度低短路锡槽焊锡温度过低焊锡中铜含量过高助焊剂失效或比重失调，涂覆不均匀PCB板布局不合理2）解决方法调整预热温度调整锡槽温度利用化学方法和物理方法进行除铜调整助焊剂比重或更换助焊剂，调整涂覆装置更改PCB板的设计3.拉尖1）产生原因传送速度不合适预热温度过低拉尖锡槽焊锡温度过低PCB板传送倾角小助焊剂失效或比重失调，涂覆不均匀2）解决方法调整传送速度调整预热温度调