波峰焊的原理、工艺及异常处理PPT演示课件

波峰焊的原理、工艺及异常处理,旭科电子制品有限公司,1,内容,第一节：概述第二节：焊接辅材第三节：波峰焊原理第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求第五节：波峰焊接可接受要求第六节：波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法第七节：波峰焊工艺参数控制要点第八节：PCB设计对波峰焊接质量的影响,2,波峰焊接是我们生产装配过程中的一道非常关键的工序，波峰焊接质量的好坏直接影响着整机产品的质量。因此，波峰焊工序一直是生产过程中重点控制的关键工序之一。,第一节：概述,3,1.0手焊二十年代至四十年代，电子产品生产普遍是使用烙铁焊接方式。2.0浸焊此为最早出现的简单做法，系针对焊点较简单的大批量焊接法，系将安插完毕的板子，水平安装在框架中接触熔融锡面，而达到全面同时焊妥的做法。3.0波峰焊系利用已融之液锡在马达帮浦驱动下，向上扬起的单波或双波，对斜向上升输送而来的板子，从下向上压迫使液锡进孔，或对点胶定位SMT组件的空脚处，进行填锡形成焊点，称为波峰。,a、波峰焊的进化,4,c、波峰焊接中的几个条件,纯手工插件波峰焊接单面贴装单面插件波峰焊接双面贴装单面插件波峰焊接点红胶贴装插件波峰焊接,b、常见的波峰焊接方式,助焊剂焊料波峰焊设备加热形成冶金连接,5,助焊剂,第二节：焊接辅材,a、助焊剂的成份主要成份：有机溶剂、松香树脂及其衍生物、合成树脂表面活性剂、有机酸活化剂、防腐蚀剂、助溶剂、成膜剂。简单地说是各种固体成份溶解在各种液体中形成均匀透明的混合溶液，其中各种成份所占比例各不相同，所起的作用也不同。,b、助焊剂的作用去除被焊金属表面的氧化物导热：促使热从热源向焊接区传递降低融熔焊料表面张力,增强润湿性防止焊接时焊料和焊接面的再氧化,6,7,C、助焊剂的特性要求熔点比焊料低，扩展率85%；黏度和比重比熔融焊料小，容易被置换，不产生毒气。焊剂的比重可以用溶剂来稀释,一般控制在0.820.84；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110；水清洗、半水清洗和溶剂清洗型助焊剂要求焊后易清洗；常温下储存稳定。,焊料无铅锡条成份：由锡、银和铜组成的合金化合物，Sn：96.5%、Ag：3.0%；Cu：0.5%,熔点：217C；,8,第三节：波峰焊原理,第1、2波峰,9,喷涂助焊剂已插完成元器件的电路板，将其嵌入治具，由机器入口处的接驳装置以一定的倾角和传送速度送入波峰焊机内，然后被连续运转的链爪夹持，途径传感器感应，喷头沿着治具的起始位置来回匀速喷雾，使电路板的裸露焊盘表面、焊盘过孔以及元器件引脚表面均匀地涂敷一层薄薄的助焊剂。,PCB板预加热进入预热区域，PCB板焊接部位被加热到润湿温度，同时，由于元器件温度的升高，避免了浸入熔融焊料时受到大的热冲击。预热阶段，PCB表面的温度应在75130之间为宜。预热的作用：助焊剂中的溶剂被挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体；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高温再氧化的作用；使PCB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PCB板和元器件。,10,温度补偿进入温度补偿阶段，经补偿后的PCB板在进入波峰焊接中减小热冲击。,第一波峰（扰流波）第一波峰是由狭窄的喷口喷出的“湍流”波峰，流速快，对治具有影阴的焊接部位有较好的渗透性。同时，湍流波向上的喷射力可以使焊剂气体顺利排出，大大减少了漏焊及垂直填充不足的缺陷。,第二波峰（平流波）第二波峰是一个“平流”波，焊锡流动速度慢，能有效去除端子上的过量焊锡，使所有的焊接面润湿良好，并能对第一波峰所造成的拉尖和桥接进行充分的修正。,11,冷却阶段制冷系统使PCB板的温度急剧下降可明显改善无铅焊料共晶生产时产生的空泡及焊盘剥离问题。,12,波峰焊接温度曲线原理图,说明:1.预热温度:80-130时间:110130S升温速率:=230,焊接时间:36S3.冷却速率:3/Sec4.链速:8501300mm/min,13,第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求,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，焊接后元器件体不损坏或变形，片式元件端头无脱帽现象。,无引线片式元件端头三层金属电极示意图,14,如采用短插一次焊工艺，焊接面元件引脚露出印制板表面1.5-2.0mm；仍有基板应能经受260/50s的耐热性，铜箔抗剥强度好，阻焊膜在高温下足够的粘附力，焊接后阻焊膜不起皱；印制电路板翘曲度小于0.8-1.0%；对于贴装元器件采用波峰焊工艺的印制电路板必须按照贴装元器件的特点进行设计，元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则。,15,第五节：波峰焊可接受要求,图5-1,图5-2,良好的焊点（摘自IPC-A-610D）,16,可接受焊点,17,可接受焊点,18,第六节：波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法,6.1波峰焊接中存在的缺陷,波峰焊接是产生PCB组件缺陷的主要原因，在整个组装过程中它引起的缺陷高达50%。当PCB有上千个焊点时，焊接必须要有很高的成功率才行。波峰焊接过程中基本上都是在PCB上来进行的，因此在PCB上焊接缺陷主要反映在虚焊、不润湿、反润湿、焊点轮廓敷形（以下简称敷形）不良、连焊（或桥连）、拉尖、空洞、针孔、“放炮”孔、扰动焊点或断裂焊点、暗色焊点或颗料状焊点等方面。,19,6.2影响波峰焊接效果的一些主要因素：,图形大小,图形间隔,20,6.3.1虚焊焊点表面呈粗糙的粒状、光泽差、流动性不好是虚焊的外观表现。从本质上讲，凡是在钎接的连接界面上未形成适宜厚度的铜锡合金层，都称为虚焊。,在显微组织上虚焊的界面主要是氧化层；而良好接头界面显微金相组织主要是铜锡合金薄层。国内有试验报告称：合金层的厚度为1.33.5um的比较合适。这种合金的显微组织结构，如图6-1所示。,21,（1）形成原因,钎接温度低热量供给不足a）钎料槽温度低。焊点接合部的金属不能加热到能生层金属化合物的最适宜的温度；b）传送速度过快。即使钎料槽已处于最佳温度状态，但由于传送速度过快，焊点接合部金属也不能获得足够的热量，接合部温度上升不到最佳润湿温度区间钎料浸润不完善，不能形成理想的合金层。c）PCB设计不合理。导致了热容量相差悬殊的许多零部件引线在同一时间、同一温度下进行焊接时，将使各元器件焊点上温度出现明显的差异。热容量大的，因吸取的热量不足而温度偏低，引起浸润条件恶化形成不了理想的合金层。,22,PCB或元器件引线可焊性差a）被接合的基体金属表面氧化、污染；b）钎料槽温度过高。由于钎料槽温度过高，钎料与母材表面加速氧化而造成钎料表面张力增加、附着力减小，而且高温还溶蚀了母材的粗糙表面，使毛细作用减少，漫流性下降，如图6-2所示；波峰焊焊接中钎料槽的温度超过270时就可能出现此现象。,图6-2,23,c）钎料槽温度偏低d）焊接时间过长加热时间增加而润湿性变差的主要原因是由于弱润湿现象所致，即当“润湿”已经发生，焊接面已经产生合金层，但若焊料保持熔化状态的时间过长，则金属间化合物层会生长得太厚，而焊料对这层金属间化合物的润湿要比对裸露的基体金属母材的润湿更困难，因此在波峰焊接中焊接时间应控制在36S之间比较合适。如图6-3所示：,24,（2）解决办法,a）避免用手直接触摸PCB焊接面和元器件引线，可采取一些防护性措施（如戴手套和手指套），确保可焊性；b）调整钎料槽的温度，63Sn37Pb设定温度：240255，SAC设定温度：260270。c）调整助焊剂的喷雾量，使其均匀地喷涂在各个焊接部位；d）合理的选择焊接时间；e）PCB储存环境要求，储存温度：1727，相对湿度(RH)：3060%；,25,6.3.2不润湿融化后的焊料不能与基底金属（母材)形成金属性结合。焊料没有润湿到需要焊盘的盘或端子上，如图6-4所示：焊料覆盖率不满足具体可焊端类型的要求，如图6-5所示：,图6-4,图6-5,26,（1）形成原因,基体金属不可焊使用助焊剂的活性不够或助焊剂变质失效表面上的油或油脂类物质使助焊剂和焊料不能与被焊表面接触波峰焊接时间和温度控制不当。例如，焊接温度过高或者与熔化焊料的接触时间过长，金属间化合物层长得太厚导致焊料又会剥落下来。其影响与虚焊相似。,27,6.3.3反润湿熔化的焊料先覆盖表面然后退缩成一些形状不规律的焊料堆，其间的空当处有薄薄的焊料膜覆盖，未暴露基底金属或表面涂覆层。反润湿现象导致焊接不满足通孔插装的焊料填充要求。PTH-孔的垂直填充要求如图6-6所示：,28,（2）反润湿的原因类似于非润湿情况。当钎料槽内里的金属杂质含量超标时，也会产生半润湿状态。在那种由于表面严重污染而导致可焊性不良的极端情况下，在同一表面会同时出现非润湿和半润湿共存的状态。,改善被焊金属的可焊性；选用活性强的助焊剂；合理调整好焊接温度和焊接时间；彻底清除被焊金属表面油、油脂及有机污染物；保持钎料槽中的钎料纯度。,（3）解决办法：,29,6.3.4焊点的轮廓敷形,A、焊料过多（堆焊）焊料在焊点上堆集过多而形成凸状表面外形，看不见引脚轮廓，如图6-7所示：,30,B、焊料过少（干瘪）波峰焊接中焊料未达到规定的焊料量，不能完全封住被连接的导线，使其部分暴露在外。从外观上看，吃锡量严重不足、干瘪、一般表现为接触角230/3s6s左右。两个波峰的总时间应控制在8s以内。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。传输速度是影响产量的因素。在保证焊接质量的前提下，通过合理的综合调整各工艺参数，可以实现尽可能的提高产量的目的。,51,7.6波峰焊质量控制方法,严格工艺制度,每月更新一次波峰焊工艺参数参考表。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。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。每天清理波峰喷嘴和焊料锅表面的氧化物等残渣。坚持定期设备维护，使设备始终保持在正常运行状态。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。,52,第八节：PCB设计对波峰焊接质量的影响,PCB焊盘设计与排布方向（尽量避免阴影效应），以及插装孔的孔径和焊盘设计是否合理，也是影响波峰焊接质量的重要因素。,53,8.1元件直径、PCB孔径及焊盘设计,8.1.1PCB插件焊盘设计考虑的因素元件引脚直径、公差和镀层厚度PCB孔径、公差和金属化镀层厚度插装元器件焊盘孔径过大、过小都会影响毛细作用，影响浸润性和填充性，孔径过大还会造成元件歪斜或起翘。,通常规定插装元器件焊盘孔=d+(0.20.5)mm（d为引脚直径）如果引线需要镀锡，孔还要加大一些通常焊盘孔不小于0.6mm，否则冲孔工艺性不好金属化后的孔径0.20.3mm的引线直径。这样有利于波峰焊的焊锡往上爬，同时利于排气，如果孔太小，气体跑不出来，会夹杂在焊锡里。孔太大元件容易偏斜。例：设计时大于引脚0.2mm，镀层厚度25m，引脚搪锡0.1mm，只剩0.2-0.025-0.10.075mm.的余量。如果0.2mm，结果引脚肯定插不进去，只好打孔，造成质量问题。*不允许用锥子打孔。,54,8.1.2连接盘（焊环）（1）连接盘直径考虑的因素：打孔偏差；焊盘附着力和抗剥强度。连接盘过大，由于焊盘吸热，容易造成焊点干瘪，连接盘过小，影响可靠性。,（2）焊盘直径大于孔直径（焊盘宽度S）的最小要求，如图9-1所示：国标：0.2mm，最小焊盘宽度大于0.1mm。航天部标准：0.4mm，一边各留0.2mm的最小距离。美军标准：0.26mm时,一边各留0.13mm的最小距离。,55,（3）焊盘与孔的关系,图9-1焊盘宽度S的最小要求,孔直径0.4mm的焊盘设计：D=(2.53)d孔直径2mm的焊盘设计：D=(1.52)d,其它情况：,56,（4）连接盘的形状由布线密度决定，一般有：圆形、椭圆、长方形、方形、泪滴形,可查标准。当焊盘直径为1.5mm时，为了增加抗剥强度，可采用长园形焊盘，尺寸为长1.5mm，宽1.5mm。这在集成电路引脚中常见。同时也好走线、焊接、提高附着力。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成泪滴形，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。,（5）焊盘一定在2.54栅格上。,（6）焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。,（7）相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔，成锐角会造成波峰焊困难，而且有桥接的危险，大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接。,57,8.2元器件孔距,（1）插装元器件孔距应标准化，不要齐根成型。（2）跨接线通常只设7.5mm，10mm。（3）元件名孔距R-1/4W、1/2W10mm;12.5mm;17.5mm；R1/2W(L+(23)mm（L为元件身长）IN41487.5mm，10mm，12.5mm1N400系列10mm，12.5mm小瓷片、独石电容2.54mm小三极管、3发光管2.54mm,孔距过大、过小都会造成插装困难，甚至损坏金属