波(bō)峰焊接工藝技(jì)術的研究

   作(zuò)爲(wèi)一種(zhǒng)傳統(tǒng)焊接(jiē)技術(shù)，目前波峰(fēng)焊接(jiē)技術依(yī)然(rán)在電子制(zhì)造領(lǐng)域發(fā)揮着積極作(zuò)用(yòng)。介紹了波峰焊(hàn)接技術的(de)原理(lǐ)，并分(fèn)别從焊接(jiē)前的質量(liàng)控制(zhì)、生産工(gōng)藝(yì)材料(liào)及工藝參(cān)數這(zhè)三個(gè)方面探讨(tǎo)了提高波峰焊質(zhì)量(liàng)的有效方(fāng)法。

   波峰焊(hàn)是将(jiāng)熔化的焊(hàn)料，經(jīng)電動泵或電磁(cí)泵噴流成設計(jì)要求的焊料波峰，使(shǐ)預先裝有(yǒu)電子元(yuán)器件的印制闆通過焊(hàn)料波(bō)峰，實現元器(qì)件焊端或引(yǐn)腳與(yǔ)印制(zhì)闆焊盤之(zhī)間機(jī)械與(yǔ)電氣連接(jiē)的軟釺焊(hàn)。波峰焊用于印制闆(pǎn)裝聯(lián)已有20多(duō)年的曆(lì)史，現在已成爲一種非常成熟的電(diàn)子裝(zhuāng)聯工(gōng)藝技(jì)術，目前主(zhǔ)要用于通孔插裝組件和(hé)采用(yòng)混合(hé)組(zǔ)裝方式(shì)的表(biǎo)面(miàn)組件的(de)焊(hàn)接。
   1 波峰焊工(gōng)藝技(jì)術介紹
波(bō)峰焊有單波峰(fēng)焊和雙波峰焊(hàn)之分(fèn)。單波峰焊用于smt時(shí)，由于焊(hàn)料的(de)"遮蔽(bì)效(xiào)應(yīng)"容易(yì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的(de)質量(liàng)問題，如漏(lòu)焊、橋接和(hé)焊縫不充(chōng)實等缺陷。而雙波峰(fēng)則較好(hǎo)地克服了這(zhè)個問題，大(dà)大減少漏焊、橋(qiáo)接(jiē)和焊(hàn)縫不充(chōng)實等缺(quē)陷(xiàn)，因此目前(qián)在表(biǎo)面組(zǔ)裝中廣(guǎng)泛(fàn)采用(yòng)雙波(bō)峰焊工藝(yì)和設(shè)備(bèi)，見(jiàn)圖1。

   波(bō)峰錫(xī)過(guò)程：治具(jù)安裝→噴塗(tú)助焊(hàn)劑系統→預熱→一(yī)次波峰→二(èr)次波(bō)峰→冷卻(què)。下面分(fèn)别介紹各步内容及作用。
1.1 治具安裝
治具安裝(zhuāng)是指給待焊接(jiē)的(de)pcb闆安裝(zhuāng)夾持(chí)的治具，可以限(xiàn)制基闆(pǎn)受(shòu)熱變(biàn)形的(de)程(chéng)度(dù)，防止(zhǐ)冒錫(xī)現象的發(fā)生，從而确(què)保浸(jìn)錫效果(guǒ)的(de)穩定(dìng)。
1.2 助焊劑系統
助(zhù)焊劑系(xì)統(tǒng)是保(bǎo)證焊接質量的第(dì)一(yī)個環節，其主要作(zuò)用是均(jun1)勻地塗覆(fù)助焊劑，除去(qù)pcb和元器件焊(hàn)接表面的氧化層和防止(zhǐ)焊接過程(chéng)中再(zài)氧化。助焊劑的(de)塗覆一定要均(jun1)勻，盡(jìn)量不産生堆積，否則(zé)将導(dǎo)緻焊接短路或(huò)開路。見圖2。

   助焊劑系統有(yǒu)多種(zhǒng)，包括(kuò)噴(pēn)霧式、噴流式(shì)和發(fā)泡式(shì)。目前一般使用噴霧(wù)式(shì)助(zhù)焊系(xì)統，采(cǎi)用免(miǎn)清洗(xǐ)助焊劑(jì)，這是因(yīn)爲免清(qīng)洗助焊劑中固體含量(liàng)極少，不揮(huī)發無(wú)含量(liàng)隻有1/5～1/20。所以(yǐ)必須采用噴霧(wù)式助焊系統塗(tú)覆助焊劑，同時(shí)在焊接系統中(zhōng)加防氧(yǎng)化系統，保證(zhèng)在pcb上得到(dào)一層均(jun1)勻細密(mì)很薄的助焊劑塗層(céng)，這樣(yàng)才不(bú)會因第一個波(bō)的擦(cā)洗作用和(hé)助(zhù)焊(hàn)劑的(de)揮發(fā)，造成助焊劑量(liàng)不足，而(ér)導緻焊(hàn)料橋(qiáo)接(jiē)和拉尖(jiān)。
   噴霧式(shì)有(yǒu)兩種(zhǒng)方式：一是采用(yòng)超聲(shēng)波擊打助(zhù)焊劑，使其顆粒變小，再噴塗到(dào)pcb闆上(shàng)。二是(shì)采用微細(xì)噴嘴在一(yī)定空氣壓力下(xià)噴霧助(zhù)焊劑。這(zhè)種噴(pēn)塗(tú)均勻、粒(lì)度小(xiǎo)、易于控制，噴霧(wù)高(gāo)度(dù)/寬度可自(zì)動調節，是(shì)今後發展(zhǎn)的主流。
1.3 預(yù)熱(rè)系統
1.3.1預(yù)熱系統的(de)作用(yòng)
（1）助焊劑(jì)中的溶(róng)劑成份在通過預熱(rè)器時，将會(huì)受熱(rè)揮(huī)發。從而(ér)避免溶劑成份(fèn)在經過液面時高溫(wēn)氣化造成(chéng)炸裂的現象發生，最終防止産(chǎn)生錫粒的品質(zhì)隐患(huàn)。 （2）待浸錫産(chǎn)品搭(dā)載(zǎi)的部品(pǐn)在通過預(yù)熱器(qì)時的緩(huǎn)慢升溫(wēn)，可避免過波峰(fēng)時因驟熱産生(shēng)的物理(lǐ)作用造(zào)成部品損(sǔn)傷的(de)情況發生。
（3）預熱(rè)後的部品或端(duān)子在(zài)經(jīng)過(guò)波峰(fēng)時不會因自身(shēn)溫度較低(dī)的因(yīn)素大幅(fú)度降低焊點的焊(hàn)接溫(wēn)度，從而确保焊接在規定的(de)時(shí)間内達到(dào)溫度要求。
1.3.2 預熱方法(fǎ)
波峰焊(hàn)機中常(cháng)見的(de)預熱方法(fǎ)有三種：①空氣對(duì)流加(jiā)熱；②紅(hóng)外加(jiā)熱器加(jiā)熱(rè)；③熱空(kōng)氣和(hé)輻(fú)射相結(jié)合的方法加熱(rè)。
1.3.3 預熱(rè)溫度
一般(bān)預熱(rè)溫度爲130～150℃，預熱時間爲(wèi)1～3min。預熱(rè)溫度(dù)控制得好，可防止虛焊、拉(lā)尖和橋接，減小(xiǎo)焊料(liào)波峰對基(jī)闆的熱沖(chòng)擊，有(yǒu)效地(dì)解決焊接(jiē)過程(chéng)中pcb闆(pǎn)翹曲(qǔ)、分層、變(biàn)形問題(tí)。
1.4 焊接系(xì)統(tǒng)
焊接(jiē)系統一(yī)般采用(yòng)雙波峰。在(zài)波峰焊接時，pcb闆先接(jiē)觸第(dì)一個波峰，然後接觸第二(èr)個波峰。第一個(gè)波峰(fēng)是由窄噴(pēn)嘴噴流(liú)出的"湍(tuān)流"波(bō)峰(fēng)，流速快，對組(zǔ)件(jiàn)有較高的垂直壓力，使(shǐ)焊料對尺寸小，貼裝密度高的(de)表面組裝元器件的焊端(duān)有較(jiào)好的滲透(tòu)性；通(tōng)過湍流的熔融(róng)焊料(liào)在所(suǒ)有方向擦(cā)洗(xǐ)組件表面，從而(ér)提(tí)高了(le)焊料的潤濕性(xìng)，并克(kè)服了由于(yú)元器件(jiàn)的複雜(zá)形狀(zhuàng)和取向(xiàng)帶(dài)來的問題；同時(shí)也克服(fú)了焊料(liào)的"遮(zhē)蔽(bì)效應"湍流波向上的噴(pēn)射力足(zú)以使焊(hàn)劑氣(qì)體排出。因(yīn)此，即使印制闆(pǎn)上不(bú)設(shè)置(zhì)排氣(qì)孔也(yě)不存在焊(hàn)劑氣體的影(yǐng)響(xiǎng)，從而(ér)大(dà)大減小(xiǎo)了漏焊(hàn)、橋(qiáo)接和焊縫不充實等(děng)焊接缺陷(xiàn)，提高(gāo)了焊接可靠(kào)性。經過第(dì)一個波(bō)峰的(de)産品，因浸(jìn)錫時間短(duǎn)以及(jí)部品(pǐn)自身的散(sàn)熱等因素(sù)，浸錫(xī)後存(cún)在着(zhe)很多(duō)的短路，錫多，焊點光潔度不正(zhèng)常以及焊接強度不(bú)足等(děng)不良(liáng)内容。因(yīn)此，緊接着必須(xū)進行浸(jìn)錫不良的修正(zhèng)，這(zhè)個(gè)動作(zuò)由噴(pēn)流面較平(píng)較寬(kuān)闊，波(bō)峰較(jiào)穩定(dìng)的二級噴流進(jìn)行。這(zhè)是(shì)一個"平(píng)滑"的波峰，流動(dòng)速度(dù)慢，有利于(yú)形成充實(shí)的焊(hàn)縫，同時(shí)也可有(yǒu)效地(dì)去除焊端(duān)上過量(liàng)的(de)焊料(liào)，并使所有(yǒu)焊(hàn)接(jiē)面上焊料潤濕良好，修(xiū)正了焊接面(miàn)，消(xiāo)除了可(kě)能(néng)的拉(lā)尖和橋接，獲(huò)得充實無缺陷(xiàn)的焊縫，最(zuì)終确保了組件(jiàn)焊接(jiē)的可靠性。雙波(bō)峰基本原(yuán)理如圖(tú)3。

1.5 冷卻
浸(jìn)錫後(hòu)适當(dāng)的冷(lěng)卻有助(zhù)于增強焊點接(jiē)合強度(dù)的功能，同時，冷(lěng)卻後(hòu)的産品更(gèng)利于(yú)爐後(hòu)操作人員的(de)作業，因(yīn)此，浸錫後(hòu)産品需進(jìn)行(háng)冷(lěng)卻處(chù)理。
2 提高(gāo)波峰焊(hàn)接質(zhì)量(liàng)的方法(fǎ)和措(cuò)施(shī)
分(fèn)别從(cóng)焊接前的質量(liàng)控(kòng)制、生産工藝材料(liào)及工藝參(cān)數這三個方面探讨了提高波(bō)峰焊質量的方(fāng)法。
2.1 焊(hàn)接前(qián)對印(yìn)制闆質量(liàng)及元件的(de)控制
2.1.1 焊盤(pán)設計(jì)
（1）在(zài)設計插件元(yuán)件焊盤時(shí)，焊(hàn)盤大小(xiǎo)尺寸設計應合适。焊盤太大，焊(hàn)料鋪(pù)展面(miàn)積較大，形(xíng)成的焊(hàn)點不飽滿，而較小的焊(hàn)盤銅箔表面張(zhāng)力太小，形成的(de)焊點(diǎn)爲不浸潤焊點(diǎn)。孔徑與元件引線的(de)配合(hé)間隙太大，容易(yì)虛焊，當孔(kǒng)徑比(bǐ)引線(xiàn)寬0.05～0.2mm，焊盤直(zhí)徑爲(wèi)孔徑(jìng)的2～2.5倍(bèi)時，是(shì)焊接比較(jiào)理想的條件。
（2）在(zài)設計貼片元件(jiàn)焊盤時，應(yīng)考慮以下(xià)幾點：①爲了(le)盡量去(qù)除"陰影(yǐng)效應"，smd的焊(hàn)端(duān)或引腳應正對着錫流(liú)的(de)方向，以(yǐ)利于與錫流的(de)接觸，減(jiǎn)少虛焊(hàn)和漏焊，波峰焊(hàn)時推(tuī)薦采用的(de)元件布(bù)置方向(xiàng)圖如(rú)圖4所(suǒ)示；②波峰焊接不适合(hé)于細(xì)間距qfp、plcc、bga和(hé)小(xiǎo)間距sop器件(jiàn)焊接(jiē)，也就(jiù)是(shì)說在要(yào)波峰焊接(jiē)的這一面(miàn)盡量不要(yào)布置這類元(yuán)件；③較小的元件不(bú)應排在較大的(de)元件(jiàn)後，以免較(jiào)大元件妨礙錫(xī)流與較小元件的焊(hàn)盤接(jiē)觸，造成漏焊。

2.1.2 pcb平整度(dù)控制
波峰(fēng)焊接(jiē)對印(yìn)制闆(pǎn)的平(píng)整度要求很高(gāo)，一般(bān)要(yào)求(qiú)翹曲度要小(xiǎo)于0.5mm，如果大于0.5mm要(yào)做平整(zhěng)處(chù)理。尤其(qí)是某(mǒu)些印(yìn)制闆厚度(dù)隻有1.5mm左右，其翹曲度(dù)要(yào)求就更高，否則無(wú)法保證焊(hàn)接質量。
2.1.3 妥(tuǒ)善保存(cún)印制闆(pǎn)及元件，盡量縮(suō)短儲存周期
在焊接(jiē)中，無(wú)塵埃(āi)、油(yóu)脂(zhī)、氧化(huà)物的銅箔(bó)及(jí)元件引(yǐn)線有利(lì)于(yú)形成(chéng)合格的焊點，因(yīn)此印制闆及元(yuán)件(jiàn)應保存在幹(gàn)燥、清(qīng)潔的環境(jìng)下，并且盡(jìn)量縮(suō)短儲存周(zhōu)期。對(duì)于放置(zhì)時間較(jiào)長的印制闆，其(qí)表面一般(bān)要做清潔處(chù)理，這樣可提(tí)高(gāo)可(kě)焊性(xìng)，減少虛(xū)焊(hàn)和橋(qiáo)接，對表面(miàn)有一(yī)定程度氧化(huà)的元件(jiàn)引(yǐn)腳，應先(xiān)除去(qù)其(qí)表(biǎo)面氧(yǎng)化層(céng)。
2.2 生(shēng)産工藝材料的質量控(kòng)制
在(zài)波峰焊(hàn)接(jiē)中，使用(yòng)的生産(chǎn)工藝材(cái)料有：助(zhù)焊劑和焊料。
2.2.1 助焊劑(jì)質量控制(zhì)
助焊劑在(zài)焊接(jiē)質量(liàng)的控制上(shàng)舉足輕(qīng)重，其作用是(shì)：（1）除(chú)去焊接(jiē)表面的氧(yǎng)化物(wù)；（2）防止焊接時焊料和(hé)焊接(jiē)表面(miàn)再氧化；（3）降低焊(hàn)料的(de)表面(miàn)張力；（4）有(yǒu)助于(yú)熱(rè)量傳(chuán)遞到焊接(jiē)區(qū)。目(mù)前波(bō)峰(fēng)焊接所(suǒ)采用的(de)多(duō)爲免清洗助焊劑。選擇助焊劑(jì)時有以下要求：（1）熔點(diǎn)比焊料低；（2）浸潤擴散速(sù)度比熔(róng)化焊料快；（3）粘度(dù)和比(bǐ)重比焊料(liào)小；（4）在常(cháng)溫(wēn)下(xià)貯(zhù)存穩定。
2.2.2 焊料的(de)質量控制(zhì)
錫鉛(qiān)焊料(liào)在(zài)高溫下(xià)（250℃）不斷氧(yǎng)化(huà)，使錫(xī)鍋中錫(xī)－鉛焊料(liào)含錫量不斷下(xià)降，偏(piān)離共晶點(diǎn)，導緻(zhì)流動性差，出現連(lián)焊、虛焊(hàn)、焊點強度不夠等質量問(wèn)題。可(kě)采用以(yǐ)下幾個(gè)方法來解決這(zhè)個問題：①添加氧(yǎng)化還原劑，使已(yǐ)氧化(huà)的sno還(hái)原爲(wèi)sn，減小錫渣(zhā)的産(chǎn)生；②不(bú)斷除(chú)去浮(fú)渣； ③每次(cì)焊接前(qián)添加(jiā)一定(dìng)量的錫；④采用含抗氧(yǎng)化磷的焊料；⑤采用氮氣保護，讓(ràng)氮氣把焊料與(yǔ)空氣隔絕開(kāi)來(lái)，取代普通(tōng)氣體(tǐ)，這樣(yàng)就避(bì)免了(le)浮渣的産生，這(zhè)種方(fāng)法要求對(duì)設備改型，并提(tí)供氮(dàn)氣(qì)。
目前最好的方法是在氮氣(qì)保護的氛(fēn)圍下使(shǐ)用(yòng)含磷(lín)的焊(hàn)料，可将浮(fú)渣率控(kòng)制在最低程(chéng)度，焊接缺(quē)陷最(zuì)少，工(gōng)藝控(kòng)制(zhì)最佳。
2.3 焊接過(guò)程中的工藝參(cān)數控制
焊接工(gōng)藝參(cān)數對焊接(jiē)表面(miàn)質量的影(yǐng)響比較複雜，并(bìng)涉及到較多的(de)技術(shù)範圍(wéi)。
2.3.1 預熱溫度(dù)的(de)控制
預(yù)熱的作用：①使助焊(hàn)劑中的溶劑(jì)充分(fèn)發揮，以免印制(zhì)闆通過焊(hàn)錫時，影(yǐng)響印制闆的潤濕和焊(hàn)點的形成；②印制闆在(zài)焊接前(qián)達到一(yī)定溫度，以免受到熱沖擊(jī)産生翹曲(qǔ)變形。一般預熱溫度(dù)控制在180～210℃，預熱時間1～3min。
2.3.2 焊(hàn)接軌道傾(qīng)角
軌(guǐ)道傾角對焊接效果(guǒ)的影(yǐng)響較爲明顯，特(tè)别是(shì)在焊(hàn)接(jiē)高密度smt器件(jiàn)時更(gèng)是如(rú)此。當傾角(jiǎo)太小時，較易出現(xiàn)橋接，特别是(shì)焊接中，smt器(qì)件的"遮蔽(bì)區"更易出(chū)現橋接；而傾角(jiǎo)過大，雖然有利(lì)于橋接的消除(chú)，但焊點吃錫量(liàng)太小，容易産生(shēng)虛焊(hàn)。軌(guǐ)道傾角(jiǎo)應控(kòng)制(zhì)在5°～8°之間(jiān)。
2.3.3 波峰高(gāo)度
波峰(fēng)的高度會因焊接工(gōng)作時(shí)間的(de)推移而有一些變化，應(yīng)在焊接(jiē)過程中進行适(shì)當的(de)修(xiū)正(zhèng)，以保(bǎo)證理想(xiǎng)高(gāo)度進(jìn)行焊(hàn)接(jiē)波峰高(gāo)度，以(yǐ)壓錫(xī)深度爲pcb厚(hòu)度的1/2～1/3爲準(zhǔn)。
2.3.4 焊接溫度
焊(hàn)接(jiē)溫度(dù)是影(yǐng)響焊(hàn)接質(zhì)量(liàng)的(de)一個(gè)重要(yào)的工藝參(cān)數。焊接溫(wēn)度過(guò)低時(shí)，焊料的擴(kuò)展率(lǜ)、潤濕性能(néng)變差(chà)，使焊盤或(huò)元器(qì)件焊(hàn)端由于(yú)不能(néng)充分的(de)潤濕，從而産生(shēng)虛焊、拉尖(jiān)、橋接(jiē)等缺陷；焊接溫度過(guò)高時，則加速了焊盤、元器(qì)件引(yǐn)腳及焊料(liào)的氧化，易産生(shēng)虛焊。焊(hàn)接溫度(dù)應控制在(zài)250±5℃。
3 常見(jiàn)焊接缺(quē)陷(xiàn)及排(pái)除
影響焊接質(zhì)量的因素是很多的，表(biǎo)1列出的(de)是一(yī)些常(cháng)見缺(quē)陷及(jí)排(pái)除(chú)方法(fǎ)，以供(gòng)參考(kǎo)。

  波峰焊接是一項精細工(gōng)作(zuò)，影響焊(hàn)接質量的(de)因素(sù)也(yě)很多，還需我(wǒ)們更深一步地(dì)研究和(hé)讨論，以(yǐ)期提(tí)高波(bō)峰焊(hàn)的工(gōng)藝知識。

 

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