波峰焊接工艺.ppt

1 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 6无铅工艺9 1 2 6 3 焊接温度 在焊接中为了能最终获得结合部的最佳合金金属 采取一定的加热手段供给相应的热能是获得优良焊点的重要条件之一 在最佳焊接条件下 焊点强度取决于焊接温度 接合温度在250 附近具有最高的结合强度 在最高强度位处 焊点表面具有最好的金属光泽 并且能在界面处生成合适的金属化合物 2 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 6无铅工艺9 1 2 6 4 夹送速度 焊接时间可以用夹送速度反映出来 被焊面浸入和退出焊料波峰的速度对润湿质量 焊料层的均匀性和厚度影响很大 每一对基体金属和助焊剂的组合都有自己特有的理想浸入速度 该速度是助焊剂活性的基体金属热传能力的函数 设备系统应确保夹送速度能在0 5 2 0m min内无级变速 在实际生产过程中最适应的夹送速度的确定 要根据具体的生产效率 PCB基板和元器件的热容量 浸渍时间及预热温度等综合因素 通过工艺试验确定 我国电子行业基准SJ T1053 94规定为3 4秒 3 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 6无铅工艺9 1 2 6 5 波峰倾角 由于PCB进入锡波角度的不同 波峰流速相对改变 在切入点的湍流和擦洗作用也相对改变 这对减少焊料层的大小拉尖和桥连等均大有好处 有铅最佳倾角6 8 无铅最佳倾角4 6 4 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 6无铅工艺9 1 2 6 6 波峰高度 波峰偏高时 泵道内液态焊料流速增加 波峰不易稳定 焊料氧化明显加剧 并能掩盖因局部润湿不良造成的缺陷 波峰偏低道内流体流速低 并为上层流态 因而波峰跳动小 平稳 但对PCB压力也小了 这不利于焊缝的填充 一般最适应焊接的波峰高度为6 8mm 我国电子行业标准SJ T1053 94规定为7 8mm 5 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 6无铅工艺9 1 2 6 7 推荐使用优越的工业辅料 氮气 N2 a 氮气的物理性质佳 b 在多数液体中等低溶性 c 高瞬时流量 d 正常条件下的化学惰性 e 膨胀性能好 安全 适用于高压工艺 f 贮存及使用方便 g 纯净 6 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 6无铅工艺9 1 2 6 8 氮气应用于回流焊和波峰焊所带来的优点 a 扩大工艺窗口 提高工艺适应性 b 提高焊接质量 防止氧化 浸润性良好 高质量焊点 c 做到免清洗 适应环保要求 d 达到细间距芯片高密度装配要求 e 简化操作 7 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 6无铅工艺9 1 2 6 9 无铅焊接中元器件对温度的要求一般元器件对焊接温度要求如下A SMA类 预热温度Max150 时间 3分钟 焊接温度Max250 时间约5 S Max230 时间 7 5 B SMD类 a 薄膜电容器 预热温度Max150 时间 3分钟 焊接温度Max250 时间 5 S b 半导体管类 预热温度130 150 时间1 3分钟 焊接温度240 260 时间3 10 Sc SOP IC 预热温度 150 时间1 3分钟 焊接温度 260 时间3 4 S 8 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 1机体水平机器的水平是整台机器正常工作的基础 机器的前后水平直接决定轨道的水平 虽然可以通过调节轨道丝杆架调平轨道 但可能使轨道角度调节丝杆因前后端受力不均匀而导致轨道升降不同步 在此情况下调节角度 最终导致PCB板浸锡的高度不一致而产生焊接不良 9 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 1轨道水平工作中如果轨道不平行 整套机械传动装置装处于倾斜状态 也就是说整套机械运作倾斜 那么由于各处受力不均匀 将使受力大的部位摩擦力变大 从而导致运输产生抖动 严重的将可能使传动轴由于扭力过大而断裂 另一方面由于锡槽需在水平状态下才能保证波峰前后的水平度 这样又将使PCB在过波峰时出现左右吃锡高度不一致的情况 退一步来讲即使在轨道倾斜的状态下能使波峰前后高度与轨道匹配 但锡槽肯定会出现前后端高度不一致 这样锡波在流出喷口以后受重力影响将会在锡波表面出现横流 而运输抖动 波峰的不平稳都是焊接不良产生的根本原因 10 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 1锡槽水平锡槽的水平直接影响波峰前后的高度 低的一端波峰高 高的一端波峰较低 同时也会改变锡波的流动方向 机体水平 轨道水平 锡槽水平三者是一个整体 任何一个环节的故障必将影响其它两个环节 最终将影响到整个炉子的焊板品质 对于一些设计简单PCB来讲 以上条件影响可能不大 但对于设计复杂的PCB来讲 任何一个细微的环节都将会影响到整个生产过程 波峰不平产生横流 锡槽 波峰喷口 11 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 2助焊剂 它是由挥发性有机化合物 VolatileOrganicCompounds 组成 易于挥发 在焊接时易生成烟雾VOC2 并促进地表臭氧的形成 成为地表的污染源 A 作用 a 获得无锈金属表面 保持被焊面的洁净状态 b 对表面张力的平衡施加影响 减小接触角 促进焊料漫流 c 辅助热传导 浸润待焊金属表面 12 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试B 类型 a 松香型 以松香酸为基体 b 免清洗型 固体含量不大于5 不含卤素 助焊性扩展应大于80 免清洗的助焊剂大多采用不含卤素的活化剂 故其活性相对偏弱一些 免清洗助焊剂的预热时间相对要长一些 预热温度要高一些 这样利于PCB在进入焊料波峰之前活化剂能充分地活化 c 水溶型 组份在水中溶解度大 活性强 助焊性能好 焊后残留物易溶于水 13 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 3导轨宽度导轨的宽度能在一定程度上影响到焊接的品质 当导轨偏窄时将可能导致PCB板向下凹 致使整片PCB浸入波峰时两边吃锡少中间吃锡多 易造成IC或排插桥连产生 严重的会夹伤PCB板边或引起链爪行走时抖动 若轨距过宽 在喷射助焊剂时将造成PCB板颤动 引起PCB板面的元器件晃动而错位 AI插件除外 另一方面当PCB穿过波峰时 由于PCB处于松弛状态 波峰产生的浮力将会使PCB在波峰表面浮游 当PCB脱离波峰时 表面元件会因为受外力过大产生脱锡不良 引起一系列的品质不良 正常情况下我们以链爪夹持PCB板以后 PCB板能用手顺利地前后推动且无左右晃动的状态为基准 14 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 4运输速度一般我们讲运输速度为0 2M min可调 但考虑到元件的润湿特性以及焊点脱锡时的平稳性 速度不是越快或越慢最好 每一种基板都有一种最佳的焊接条件 适宜的温度活化适量的助焊剂 波峰适宜的浸润以及稳定的脱锡状态 才能获得良好的焊接品质 过快过慢的速度将造成桥连和虚焊的产生 15 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 5预热温度焊接工艺里预热条件是焊接品质好坏的前提条件 当助焊剂被均匀的涂覆到PCB板以后 需要提供适当的温度去激发助活剂的活性 此过程将在预热区实现 有铅焊接时预热温度大约维持在70 90 之间 而无铅免洗的助焊剂由于活性低需在高温下才能激化活性 故其活化温度维持在150 左右 在能保证温度能达到以上要求以及保持元器件的升温速率 2 以内 情况下 此过程所处的时间为1分半钟左右 若超过界限 可能使助焊剂活化不足或焦化失去活性引起焊接不良 产生桥连或虚焊 另一方面当PCB从低温升入高温时如果升温过快有可能使PCB板面变形弯曲 预热区的缓慢升温可缓减PCB因快速升温产生应力所导致的PCB变形 可有效地避免焊接不良的产生 16 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 6锡炉温度炉温是整个焊接系统的关键 有铅焊料在223 245 之间都可以润湿 而无铅焊料则需在230 260 之间才能润湿 太低的锡温将导致润湿不良 或引起流动性变差 产生桥连或上锡不良 过高的锡温则导致焊料本身氧化严重 流动性变差 严重地将损伤元器件或PCB表面的铜箔 由于各处的设定温度与PCB板面实测温度存在差异 并且焊接时受元件表面温度的限制 有铅焊接的温度设定在245 左右 无铅焊接的温度大约设定在250 260 之间 在此温度下PCB焊点钎接时都可以达到上述的润湿条件 17 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 7PCB板焊盘设计PCB板焊盘图形设计好坏是造成焊接中拉尖 桥连 吃锡不良的主要因素 9 1 2 7 7 1 焊盘形状一般要考虑与孔的形状相适应 而孔的形状一般要与元件线的形状相对应 常见形状有 泪滴形 圆形 矩形 长圆形 18 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 7 2 焊盘与通孔若不同心 在焊接中易出现气孔或焊点上锡不均匀 形成原因是金属表面对液态焊料吸附力不同所造成的 9 1 2 7 7 3 元件引脚直径与孔径间的间隙大小严重影响焊点的机电性能 焊接时焊料是通过毛细作用上升到PCB表面形成的 过小的间隙焊料难以穿透孔径在铜箔背面润湿 过大的间距将使元件引脚与焊盘结合的机械强度变弱 推荐取值为0 05 0 2mm之间 AI插件可取值0 3 0 4mm之间 间隙最大取值不能超过0 5mm以上 9 1 2 7 7 4 焊盘与通孔直径配合不当 将影响焊点形状的丰满程度 从而直接影到焊点的机械强度 19 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 7 5 线型设计时要求导线平滑均匀 渐变过渡不可成直角或锐角形的急转过渡 避免焊接时在尖角处出现应力引起铜箔翘曲 剥离或断裂 总的来讲 线型是设计应遵循焊料流通顺畅的原则 20 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 7 6元器件元件在焊接中引起不良主要表现在元件引脚表面氧化或元件引脚过长 元件引脚氧化将导致虚焊产生 而引脚过长将产生桥连或焊点上锡不饱满 焊接面上液态的焊料被元件引脚拖掉 元件引脚表面镀层也是影响元件焊接的一个因素 另外元件在PCB表面的安装方向是影响焊接的一个重要环节 IC类封装元件与排插的焊接方向将直接导致桥连的产生 SOP类元件的走向将导致空焊的产生与否 其形成的本质原因是锡流不畅和元件的阴影遮蔽效应 21 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 7 7焊料波峰的形态元件与PCB在焊料中焊接后 脱离波峰时需要波峰提供一个相对稳定 无外界干扰的平衡状态 对于简单的PCB来讲 若没有细间距的设计元件 波峰表面的稳定程度不会对焊接造成不良影响 但对于细间距引脚的元器件来讲 当元件引脚脱离波峰时 受毛细作用影响 焊料被焊盘和引线在 某一相对平衡的点 分离出焊料波 某一相对平衡的点 指的是元件脱锡的瞬间 波峰的前流与后流及运输速度是一组平衡力 且波峰表面无扰动及横流状态的存在 焊料将在毛细功能作用下润湿在待焊面上 我们调节不同的波峰形状本质上就是为了找出这个 平衡点 来适应不同的客户需求 22 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 7 7焊料波峰的形态大致来讲简单的PCB对波峰要求不会太高 设计复杂的PCB板对波峰提出严格的要求 就高密的混装板来讲 SMT元件要求第一波峰能够提供可焊接2秒钟的梯形高冲击波来对应遮蔽效应 封装体及排插类元件则要求提供可焊接时间在3 4秒钟的 稳定波峰 每种元件根据自己本身的特性 基本上对焊料波峰也提出了要求 大热容量的封装体和排插适应于平流波 而类似于封装体的小热容易的排插则适应于弧形波 此两种情况适用于劲拓公司的产品 23 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 7 8传送角度传送角度指的是轨道的倾角 焊接造成的不良常见于桥连 调节角度的根本性质是避免相邻两个焊点在脱锡时同时处于焊料的可能性 一般在生产中出现桥连时可通过调节角度或助焊剂的量或浸锡时间或PCB板的浸锡深度等相关因素 在调节上述几个因素时若只调节某一环节 势必会改变PCB的浸锡时间 在不影响PCB表面清洁度的状态下 尽量将助焊剂的量适当多给 可防止桥连的产生 适宜角度在4 7度之间 目前一些公司大致采用5 5度 24 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7波峰焊焊接工艺及调试9 1 2 7 7 9PCB吃锡深度由于焊料在浸润的过程中有大量的热将被PCB吸收 若焊料在焊接过程中出现温度不足将导致无法透锡或因漫流性减弱造成其它不良 常见于桥连或空焊 助焊剂的高沸物质附在焊盘表面无法挥发 为了获得足够的热量 应根据不同的PCB板将吃锡深度调节好 对应原则大致如下 单面板为1 3板厚 双面板为1 2板厚 多层板为2 3 3 4板厚 25 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 10虚焊指在焊接表面上未形成适宜厚度的铜锡合金 主要是由于润湿度不够所造成的 产生的原因分析如下 1 预热温度过低 此情况将导致助焊剂活化不良或焊点温度过低在焊接的瞬间无法达到润湿所要的温度 常见于纤维板 处理方案以温度曲线为标准 2 运输速度过快 此情况的原因是因为过快的链速导致PCB在预热区温度不够或在波峰浸润的时间不足 处理方案以温度曲线为标准 26 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 10虚焊3 PCB板设计不良 此情况常见于高密度SMT元件或小型封装体的焊接方向不良 处理方案为在能够改良设计的前提下尽可能作出修改 其次在炉子方面应尽量使第一波峰的冲击流速加快 并保证2秒钟左右的浸润时间 而通孔插装元件的形成常见于元件引脚细 但通孔设计过大 4 助焊剂不良 此情况常见于板面元件大片焊接不良 但助焊剂的流量及喷涂量在满足正常生产的控制范围以内 形成原因是待焊点无法得到正常的清洁 待焊点表面污染物阻挡住了焊锡对焊盘的浸润 27 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 10虚焊5 部品或焊盘氧化 此情况见于整片PCB中若干通孔元器件 当发生此类状况后可清晰地见到部品或焊盘表面有污染物 锈迹或油渍 覆盖 此时应加强对元器件或PCB的来料管理 以及存放管理 当然 在发生此情况以后通过手工修补可解决虚焊 这是由于波峰焊接和手工焊接机理不同所导致的 28 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 10虚焊6 锡温不合适 此情况常见于纤维板 当锡温偏低时 由于纤维板吸热量大 与PCB板接触处的锡温供应不足 导致焊料降温过大 从而使得焊料的流动性变差 润湿力下降 无法浸润焊点 当锡温过高时 焊料本身的表面张力增大 附着力减小 毛细功能降低 漫流性变差 在脱锡的瞬间 焊点表面的焊料被焊接槽内的焊料拉回焊锡槽 从而导致了焊点干瘪 少锡 处理方案以温度曲线为准 MAX255 C 130 C 150 C 29 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 10虚焊7 链条抖动 此情况见于生产中偶然性的出现在单片的PCB上 且PCB上元件桥连较多 发生此情况应当加强设备的维护保养 另须注意钛爪是否有损坏 造成夹板不良 从而使链条抖动 30 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 11桥连过多的焊料在PCB相邻线路堆积行成 产生原因分析如下 1 不适当的预热温度 过低的温度将造成助焊剂活化不良或PCB板而温度不足 从而导致锡温不足 使液态焊料润湿力和流动性变差 相邻线路间焊点发生桥连 2 PCB板板面不洁净 板面不洁净的情况下 液态焊料在PCB表面的流动性会受到一定程度的影响 尤其在脱离的瞬间 焊料被阻塞在焊点间 形成桥连 3 焊料不纯 焊料中所合杂质超过允许的标准 焊料的特性将会发生变化 浸润或流动性将逐渐变差 如果含锑超过1 0 砷超过0 2 隔超过0 15 焊料的流动性将下降25 而含砷低于0 005 则会脱润湿 4 助焊剂不良 不良的助焊剂不能洁净PCB 使焊料在铜箔表面的润湿力降低 导致浸润不良 31 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 11桥连5 PCB板浸锡过深 此情况易产生于IC类元件或引脚密度较大的通孔元件 其形成的本质原因是吃锡时间过长 助焊剂被完全分解或锡流不畅 焊点没有在好的状态下脱锡 32 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 11桥连6 元件引脚偏长 其造成元件桥连的原因是过长的引脚导致相邻的焊点在脱离焊料波峰时不能 单一 的脱锡 或者说过长的引脚在锡温中浸泡时间过长 引脚表面的助焊剂被焦化 焊料在引脚之间的流动性变差 造成了桥连形成的可能性 33 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 11桥连7 PCB板夹持行走速度 在焊接工艺中 行走速度应尽可能的在满足焊接时间的条件下进行调节 预热温度的设定则在满足助焊剂的活化条件 以上任何环节的不协调 低温 高温 锡温不正确 浸锡时间不足等 都会造成桥连的形成 另一方面 速度的匹配与焊料波峰的相对流速也存在一定的联系 当PCB前行的 力 与焊料波峰向前导流槽流动 力 能相互抵消时 此状态为最佳的焊接状态 此时PCB在焊料上形成的脱锡点为 0 点 这种情况针对于IC及排插类元器件应用性相对较强 34 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 11桥连8 PCB板焊接角度 理论上角度越大 焊点在脱离波峰时前后焊点脱离波峰时共面的几率越小 桥连的几率也越小 但由于焊料本身的浸润特性决定了焊接的角度 一般来讲有铅焊接角度在4 到9 之间根据PCB板设计可调节 无铅焊接在4 到6 之间根据客户PCB板设计可调节 需要注意在大角度的焊接工艺中 PCB板的浸锡前端会出现吃锡不足成不上锡的情况 这时由于PCB板受热向中间凹所造成的 若出现此类情况应当适当减低焊接角度 35 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 11桥连9 PCB设计不良 此类情况常见于元件密度大时焊盘形状设计不良或者排插及IC类元器件的焊接方向错误 10 PCB板变形 此情况会导致PCB左中右三处压波深度不一致 且造成吃锡深的地方锡流不畅 易产生桥连 PCB变形的因素大致有如下 1 预热或焊料温度过高 2 PCB板夹持起过紧 3 传送速度太慢 PCB板在高温下时间过长 36 WS350PC B无铅波峰焊 9 1 2 7 7 12拉尖 PCB板经过波峰焊后 焊点上焊料呈乳石状或水柱形状称之为拉尖 其本质可理解为焊料受重力大于焊料内部应力 产生原因分析如下 1 PCB传送速度不合适 传送速度的设定请满足焊接工艺要求 一般若速度适合焊接工艺 则拉尖的形成可与此项不相干 2 浸锡过深 它会造成焊点在脱离前助焊被完全焦化 因PCB板表面温度过高 在PCB脱锡焊料会因漫流性变差在焊点上堆积大量焊料 形成拉尖 应适当减少吃锡深度或加大焊接角度