第7章波峰焊接技术.ppt

1、第7章 波峰焊接技术,波峰焊接（Wave Soldering）技术主要用于传统通孔插装印制电路板的组装工艺，以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺，适合波峰焊接的表面贴装元器件有矩形和圆柱形片式元件、小外型晶体管SOT（Small Outline Transistor）以及较小的小外廓型封装SOP（Small Outline Package）等。波峰焊成为应用最普遍的一种焊接印制电路板的工艺方法，这种方法适宜成批、大量的焊接一面装有分立元件和集成电路的印制线电路板。与手工焊接相比较，波峰焊具有生产效率高、焊接质量好、可靠性高等优点。,7.1 波峰焊接原理及分类7.1.1 热浸焊波峰焊技术是由早

2、期的热浸焊接（Hot Dip Soldering）技术发展而来。热浸焊接是把整块插好电子元器件的PCB与焊料面平行地浸入熔融焊料缸中，使元器件引线、PCB铜箔进行焊接的流动焊接方法之一。如图所示，PCB组件按传送方向浸入熔融焊料中，停留一定时间，然后再离开焊料缸，进行适当冷却。有时焊料缸还作上下运动。视频,7.1.2 波峰焊接原理波峰焊机是在浸焊机的基础上发展起来的自动焊接设备，两者最主要的区别在于设备的焊锡槽。波峰焊是利用焊锡槽内的机械式或电磁式离心泵，将熔融焊料压向喷嘴，形成一股向上平稳喷涌的焊料波峰，并源源不断地从喷嘴中溢出。装有元器件的印制电路板以直线平面运动的方式通过焊料波峰，在焊接

3、面上形成浸润焊点而完成焊接。图是波峰焊机的焊锡槽示意图。,现在，波峰焊设备已经国产化，波峰焊成为应用最普遍的一种焊接印制电路板的工艺方法。这种方法适宜成批、大量地焊接一面装有分立元件和集成电路的印制线路板。凡与焊接质量有关的重要因素，如焊料与焊剂的化学成分、焊接温度、速度、时间等，在波峰焊机上均能得到比较完善的控制。图是波峰焊机的外观图。,传统插装元件的波峰焊工艺基本流程如图所示，包括准备、元器件插装、波峰焊、清洗等工序。,7.1.3 波峰焊的分类1单波峰焊单波峰焊是借助焊料泵把熔融状焊料不断垂直向上地朝狭长出口涌出，形成2040mm高的波峰。这样可使焊料以一定的速度与压力作用于PCB上，充分

4、渗透入待焊接的元器件引线与电路板之间，使之完全湿润并进行焊接。,2斜坡式波峰焊这种波峰焊机和一般波峰焊机的区别，在于传送导轨以一定角度的斜坡方式安装，如图所示。这样的好处是，增加了电路板焊接面与焊锡波峰接触的长度。假如电路板以同样速度通过波峰，等效增加了焊点浸润的时间，从而可以提高传送导轨的运行速度和焊接效率；不仅有利于焊点内的助焊剂挥发，避免形成夹气焊点，还能让多余的焊锡流下来。,3高波峰焊高波峰焊机适用于THT元器件“长脚插焊”工艺，它的焊锡槽及其锡波喷嘴如图所示。其特点是，焊料离心泵的功率比较大，从喷嘴中喷出的锡波高度比较高，并且其高度h可以调节，保证元器件的引脚从锡波里顺利通过。一般，

5、在高波峰焊机的后面配置剪腿机，用来剪短元器件的引脚。,4空心波峰焊顾名思义，空心波的特点是在熔融铅锡焊料的喷嘴出口设置了指针形调节杆，让焊料熔液从喷嘴两边对称的窄缝中均匀地喷流出来，使两个波峰的中部形成一个空心的区域，并且两边焊料熔液喷流的方向相反。由于空心波的伯努利效应（Bernoulli Effect，一种流体动力学效应），它的波峰不会将元器件推离基板，相反使元器件贴向基板。,5紊乱波峰焊用一块多孔的平板去替换空心波喷口的指针形调节杆，就可以获得由若干个小子波构成的紊乱波，如图所示。看起来像平面涌泉似的紊乱波，也能很好地克服一般波峰焊的遮蔽效应和阴影效应。,6宽平波峰焊如图所示，在焊料的喷

6、嘴出口处安装了扩展器，熔融的铅锡熔液从倾斜的喷嘴喷流出来，形成偏向宽平波（也叫片波）。逆着印制板前进方向的宽平波的流速较大，对电路板有很好的擦洗作用；在设置扩展器的一侧，熔液的波面宽而平，流速较小，使焊接对象可以获得较好的后热效应，起到修整焊接面、消除桥接和拉尖、丰满焊点轮廓的效果。,7双波峰焊 双波峰焊机是SMT时代发展起来的改进型波峰焊设备，特别适合焊接那些THTSMT混合元器件的电路板。双波峰焊机的焊料波型如图所示，使用这种设备焊接印制电路板时，THT元器件要采用“短脚插焊”工艺。电路板的焊接面要经过两个熔融的铅锡焊料形成的波峰：这两个焊料波峰的形式不同，最常见的波型组合是“紊乱波”“宽

7、平波”。,8选择性波峰焊近年来，SMT元器件的使用率不断上升，在某些混合装配的电子产品里甚至已经占到95%左右，按照以往的思路，对电路板A面进行再流焊、B面进行波峰焊的方案已经面临挑战。在以集成电路为主的产品中，很难保证在B面上只贴装耐受温度的SMC元件、不贴装SMD集成电路承受高温的能力较差，可能因波峰焊导致损坏；假如用手工焊接的办法对少量THT元件实施焊接，又感觉一致性难以保证。为此，国外厂商推出了选择性波峰焊设备。这种设备的工作原理是：在由电路板设计文件转换的程序控制下，小型波峰焊锡槽和喷嘴移动到电路板需要补焊的位置，顺序、定量喷涂助焊剂并喷涌焊料波峰，进行局部焊接。,7.2 波峰焊主要

8、材料及波峰焊机设备组成7.2.1 波峰焊主要材料1焊料2助焊剂3焊料添加剂,7.2.2 波峰焊机设备组成从图中可以知道一般波峰焊机由焊料波峰发生器、助焊剂涂覆系统、预热系统、焊接系统、传送系统、冷却系统、控制系统等几部分组成。,7.2.3 波峰焊接中合金化过程波峰焊接中PCB通过波峰时其热作用过程大致可分为三个区域，如图所示。,7.3 波峰焊接工艺7.3.1 插装元器件波峰焊接工艺1上机前的烘干处理2预热温度 3焊料温度4夹送速度5夹送倾角6波峰高度,7.3.2 表面安装组件（SMA）的波峰焊接技术1SMA波峰焊接工艺的特殊问题2SMC/SMD的焊接特性和安装设计中应注意的事项 3SMA波峰焊

9、接工艺要素的调整 4典型的表面组装元器件波峰焊的温度曲线 图为典型表面组装元器件波峰焊的温度曲线图，从图中可以看出，整个焊接过程被分为三个温度区域：预热、焊接、冷却。实际的焊接温度曲线可以通过对设备的控制系统编程进行调整。,7.4 波峰焊接缺陷与分析7.4.1 合格焊点锡必须与基板形成共结晶焊点，让锡成为基层的一部分，故要求：1在PCB焊接面上出现的焊点应为实心平顶的锥体；横切面之两外圆应呈现新月型之均匀弧状。通孔中之填锡应将零件均匀完整的包裹住。2焊点底部面积应与板子上的焊盘一致；3焊点之锡柱爬升高度大约为零件脚在电路板面突出的3/4，其最大高度不可超过圆形焊盘直径之一半或80%（否则容易造

10、成短路）；4锡量的多少应以填满焊盘边缘及零件脚为宜，而焊接接触角度应趋近于零，接触角度越小越好，表示有良好之沾锡性；5锡面应呈现光泽性，表面应平滑、均匀，6对贯穿孔的PCB而言，焊锡应自焊锡面爬进孔中升至零件面。（一般要求超过PCB厚度的50%以上）满足以上6个条件的焊点即被称为合格焊点，见合格焊点剖面图。,7.4.2 不良焊接发生原因：分析不良焊点的产生是一个复杂的问题，首先须判断是设计不良、焊接性问题、焊锡材料无效或是处理过程及设备的问题。此外，很多被认为不良的焊点，事实上是没有问题的，不过太多广被认同的检验标准，错误的强调焊点的美观而忽略了它的功能。针对一些问题我们做如下讨论：问题解决概

11、论当问题发生时，首先必须检查的是制造过程的基本条件，我们将它归类为以下三大因素:1材料问题 2焊锡性的不良3生产设备的偏差,7.4.3 常见缺陷分析1润焊不良、虚焊（1）现象：锡料未全面而且不均匀包覆在被焊物表面，让焊接物表面金属裸露，如图所示。润湿不良在焊接作业中是不能被接受的，它严重地降低了焊点的“耐久性”和“延伸性”，同时也降低了焊点的“导电性”及“导热性”。,（2）产生原因：a元件焊端、引脚、印制板基板的焊盘氧化或污染，或PCB受潮。 bChip元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。 cPCB设计不合理，波峰焊时阴影效应造成漏焊。 dPCB翘曲，使PCB翘起

12、位置与波峰焊接触不良。 e传送带两侧不平行（尤其使用PCB传输架时），使PCB与波峰接触不平行。 f波峰不平滑，波峰两侧高度不平行，尤其电磁泵波峰焊机的锡波喷口，如果被氧化物堵塞时，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。 HPCB预热温度过高，使助焊剂碳化，失去活性，造成润湿不良。h设置恰当的预热温度。,（3）解决方法：a元器件先到先用，不要存在潮湿的环境中，不要超过规定的使用日期。对PCB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，元件本体和焊端能经受两次以上的260波峰焊的温度冲击。cSMD/SMC采用波峰焊时元器件布局和排布方向应遵循

13、较小元件在前和尽量避免互相遮挡原则。另外，还可以适当加长元件搭接后剩余焊盘长度。dPCB板翘曲度小于0.81.0%。e调整波峰焊机及传输带或PCB传输架的横向水平。f清理波峰喷嘴。g更换助焊剂。h设置恰当的预热温度。,2锡球 （1）现象锡球大多数发生在PCB表面，因为焊料本身内聚力的因素，使这些焊料颗粒的外观呈球状。它们通常随着助焊剂固化的过程附着在PCB表面，有时也会埋藏在PCB塑胶物表面如防焊油墨或印刷油墨表面，因为这些油墨焊接时会有一段软化过程，也容易产生锡球。（2）产生原因:aPCB预热不够，导致表面的助焊剂未干。b助焊剂的配方中含水量过高。c工厂环境湿度过高。,3冷焊（1）现象冷焊的

14、定义是焊点表面不平滑，如“破碎玻璃”的表面一般。冷焊是焊点凝固过程中，零件与PCB相互的移动所形成，如图，这种相互移动的动作，影响锡铅合金该有的结晶过程，降低了整个合金的强度。当冷焊严重时，焊点表面甚至会有细微裂缝或断裂的情况发生。,（2）产生原因:a输送轨道的皮带振动不平衡。b机械轴承或马达转动不平衡。c抽风设备或电扇太强。dPCB已经流过输送轨道出口，锡还未干。（3）解决方法：PCB过锡后，保持输送轨道的平稳，让锡铅合金固化的过程中，得到完美的结晶，即能解决冷焊的因扰。当冷焊发生时可用补焊的方式整修，若冷焊严重时，则可考虑重新过一次锡。有关于零件的振动而影响焊点的固化，使焊点表面不平整或外

15、形不完全的情况，厂内的品管单位，必须建立一套焊点外观标准，让参与焊锡作业的人员有判断的依据。,4焊料不足（1）现象焊点干瘪、不完整、有空洞，插装孔及导通孔焊料不饱满，焊料未爬到元件面的焊盘上。焊料不足在电子业流传使用的名称很多，如“吹气孔”、“针孔”、“锡落”、“空洞”等。（2）产生原因:aPCB预热和焊接温度过高，使焊料的黏度过低；b插装孔的孔径过大，焊料从孔中流出； c插装元件细引线大焊盘，焊料被拉到焊盘上，使焊点干瘪； d金属化孔质量差或阻焊剂流入孔中； ePCB爬坡角度偏小，不利于焊剂排气。（3）解决方法：a预热温度90-130，元件较多时取上限，锡波温度250+/-5，焊接时间35S

16、。b插装孔的孔径比引脚直径大0.150.4mm，细引线取下限，粗引线取上线。c焊盘尺寸与引脚直径应匹配；d反映给PCB加工厂，提高加工质量；ePCB的爬坡角度为37。,5包锡（1）现象包锡即焊料过多。焊点的四周被过多的锡包覆而不能断定其是否为标准焊点，如图所示。过多的锡隐藏了焊点和PCB间润焊（wetting）的曲度，它也可能覆盖零件脚该露出之部份，使肉眼看不到。而且包锡并不能加强焊接物的坚牢度或导电度，只是浪费罢了。,（2）产生原因:a焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度过大；bPCB预热温度过低，焊接时元件与PCB吸热，使实际焊接温度降低； c助焊剂的活性差或比重过小； d焊盘、

17、插装孔或引脚可焊性差，不能充分浸润，产生的气泡裹在焊点中； e焊料中锡的比例减少，或焊料中杂质Cu的成份高，使焊料黏度增加、流动性变差。f焊料残渣太多。 （3）解决方法：a锡波温度250+/-5，焊接时间35S。 b根据PCB尺寸、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度，PCB底面温度在90-130。c更换焊剂或调整适当的比例； d提高PCB板的加工质量，元器件先到先用，不要存放在潮湿的环境中； 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每天结束工作时应清理残渣。,6冰柱（1）现象冰柱是指焊点顶部如冰柱状，如图所示。,（2）产生原因a PCB预热温度过低，使PC

18、B与元器件温度偏低，焊接时元件与PCB吸热； b焊接温度过低或传送带速度过快，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； d助焊剂活性差；e焊接元件引线直径与插装孔比例不正确，插装孔过大，大焊盘吸热量大。（3）解决办法a根据PCB、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度，预热温度在90-130； b锡波温度为250+/-5，焊接时间35S。温度略低时，传送带速度应调慢一些。 c波峰高度一般控制在PCB厚度的2/3处。插装元件引脚成型要求引脚露出PCB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，粗引线取上线）。,7桥接（1）现象桥接是指将相邻的两个焊点连接在一块。架桥发生时会造成PCB短路，其原因可能来自吃锡过剩如图所示，但造成短路有原因不单纯是架桥而已，问题可能发生在PCB防焊油墨包覆下的金属线路，或零件本身。当短路因PCB表面焊点的相连，才定义为桥接。,（2）产生原因：aPCB设计不合理，焊盘间距过窄；b插装元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；cPCB预热温度过低，焊接时元件与PCB吸热，使实际焊接温度降低；d焊接温度过低或