波峰焊(hàn)接工藝技術的(de)研究

   作爲一種傳統(tǒng)焊接技術，目前(qian)波峰焊接技術(shù)依然在電子制(zhì)👌造領域發揮着(zhe)積極作用。介紹(shao)了波峰焊接技(ji)術的原理，并分(fèn)☀️别從焊接前的(de)質量控制、生産(chan)工藝材料及工(gōng)藝參數這三個(ge)方面探🐪讨了提(tí)高波峰焊質量(liàng)的有效方法。

   波(bo)峰焊是将熔化(huà)的焊料，經電動(dòng)泵或電磁泵噴(pen)流成設🔆計要💁求(qiu)的焊料波峰，使(shǐ)預先裝有電子(zǐ)元器件的印制(zhì)闆通過焊料波(bo)峰，實現元器件(jiàn)焊端或引腳與(yǔ)印制闆焊盤之(zhi)間機械與電氣(qì)連接的軟釺焊(hàn)。波峰焊用于💜印(yin)制闆裝💚聯已有(you)20多年的曆史，現(xian)在已成📧爲一種(zhong)非常🏃‍♀️成熟的電(dian)子裝聯工藝技(jì)術，目前主要用(yong)于通孔插裝❗組(zu)件和采用混🌈合(he)組裝方式的表(biǎo)面組件的焊接(jie)。
   1 波峰焊工藝技(jì)術介紹
波峰焊(han)有單波峰焊和(hé)雙波峰焊之分(fèn)。單波峰焊用于(yu)SMT時🚶，由👨‍❤️‍👨于焊料的(de)"遮蔽效應"容易(yì)出現較嚴重的(de)質量問題，如漏(lou)焊、橋接和焊縫(féng)不充實等缺陷(xian)。而雙波峰則較(jiao)好地克服了這(zhe)🧡個問題📧，大大減(jian)少漏焊、橋接和(hé)焊縫不充實等(děng)缺陷，因此目前(qián)在表面組裝中(zhong)廣泛采用雙波(bo)峰焊工藝和設(she)備，見圖1。

   波峰錫(xi)過程：治具安裝(zhuang)→噴塗助焊劑系(xì)統→預熱→一次波(bō)峰→二🚩次波峰→冷(lěng)卻。下面分别介(jiè)紹各步内容及(ji)作用。
1.1 治具安裝(zhuāng)
治具安裝是指(zhǐ)給待焊接的PCB闆(pan)安裝夾持的治(zhì)具，可以限制基(ji)闆受熱變形的(de)程度，防止冒錫(xī)現象的發生，從(cóng)而确保浸錫效(xiao)🔞果的穩定。
1.2 助焊(hàn)劑系統
助焊劑(ji)系統是保證焊(han)接質量的第一(yi)個環節，其主要(yào)作🔞用是均勻地(di)塗覆助焊劑，除(chu)去PCB和元器件焊(hàn)接🈲表面的氧㊙️化(huà)層和防止焊🤟接(jiē)過程中再氧化(huà)。助焊劑的塗覆(fu)一定要😄均勻，盡(jin)量不産生堆積(jī)，否則将導緻焊(han)接短路或開路(lu)。見圖2。

   助焊劑系(xì)統有多種，包括(kuò)噴霧式、噴流式(shì)和發泡式。目前(qian)一般使🌐用噴霧(wù)式助焊系統，采(cǎi)用免清洗助焊(hàn)劑，這是因爲免(miǎn)清洗助焊📧劑中(zhong)固體含量極少(shao)，不揮發無含量(liang)隻有1/5～1/20。所以必須(xu)采用噴霧式助(zhu)焊系統塗覆助(zhu)焊劑，同時在焊(han)接系統中⭐加防(fáng)氧化系統，保證(zheng)在PCB上得到一層(céng)均勻細密很薄(báo)的助焊劑塗層(ceng)，這樣才不會因(yīn)第一個波的擦(ca)洗作用和助焊(hàn)劑的揮發，造成(chéng)助焊劑量不足(zu)，而導👌緻焊料橋(qiáo)接和拉尖。
   噴霧(wù)式有兩種方式(shi)：一是采用超聲(sheng)波擊打助焊劑(ji)，使其顆粒變小(xiǎo)，再噴塗到PCB闆上(shang)。二是采用微細(xi)噴嘴在一定空(kōng)氣壓力下噴霧(wu)助焊劑。這種噴(pen)塗均勻、粒度小(xiao)、易于控制，噴霧(wu)高🐅度/寬度可自(zi)動調節，是今後(hou)發展的主流。
1.3 預(yu)熱系統
1.3.1預熱系(xi)統的作用
（1）助焊(han)劑中的溶劑成(cheng)份在通過預熱(rè)器時，将會受熱(rè)揮發。從而避免(mian)溶劑成份在經(jing)過液面時高溫(wēn)氣化造成炸裂(liè)的現象發生，最(zuì)終防止産生錫(xī)粒的品質隐患(huàn)。 （2）待浸錫産品搭(da)載🌍的部品📧在通(tōng)過預熱器時的(de)緩慢升溫，可避(bi)免過波峰時因(yin)驟熱産生的物(wù)理作🌍用造成部(bù)品損傷的情況(kuang)發生。
（3）預熱後的(de)部品或端子在(zai)經過波峰時不(bú)會因自身溫度(du)🌈較低的因素大(dà)幅度降低焊點(dian)的焊接溫度，從(cong)而确保焊接在(zài)規定的時♉間内(nèi)達到溫度要求(qiú)。
1.3.2 預熱方法
波峰(fēng)焊機中常見的(de)預熱方法有三(san)種：①空氣對流加(jiā)熱🔅；②紅外🏃加熱器(qì)加熱；③熱空氣和(he)輻射相結合的(de)方法加熱。
1.3.3 預熱(rè)溫度
一般預熱(rè)溫度爲130～150℃，預熱時(shí)間爲1～3min。預熱溫度(du)控制得好，可防(fang)止虛焊、拉尖和(he)橋接，減小焊料(liào)波峰對基闆的(de)熱沖擊，有效地(dì)解決焊接過程(chéng)中PCB闆翹曲、分層(céng)、變形問題。
1.4 焊接(jie)系統
焊接系統(tǒng)一般采用雙波(bō)峰。在波峰焊接(jie)時，PCB闆先接㊙️觸第(di)一個波♋峰，然後(hou)接觸第二個波(bo)峰。第一個波峰(feng)是由窄噴嘴噴(pēn)流出💃🏻的"湍流"波(bō)峰，流速快，對組(zǔ)件有較高的垂(chuí)直壓力，使焊料(liào)對尺寸小，貼裝(zhuāng)密度高的表面(miàn)組裝👈元器件的(de)🔱焊端有較好的(de)滲透♍性；通過湍(tuān)🥵流的熔融焊料(liao)在所有方向擦(cā)洗組件㊙️表面，從(cong)而提💔高了焊料(liao)的潤濕性，并克(kè)服了由于元器(qi)件的複雜☀️形狀(zhuàng)和取向帶來的(de)問題；同時也克(ke)服了焊料的"遮(zhe)蔽效應"湍流波(bo)向上的噴射力(li)足以使焊劑氣(qi)體排出。因此，即(ji)使印制闆上♈不(bu)設置排氣孔也(ye)不存💃在焊劑氣(qì)體的影響，從而(ér)大大減小了漏(lòu)焊、橋♉接和焊縫(féng)不充實等焊接(jie)缺陷，提高❌了焊(han)接可靠性。經過(guò)第一個波峰的(de)産品，因浸錫時(shi)❌間短以及部品(pin)自身的散❓熱等(deng)因素，浸錫後存(cún)在着很多的🔴短(duǎn)路，錫多，焊點光(guang)潔度不正常以(yǐ)及焊接強度不(bu)足等💞不良内容(róng)。因此，緊接着必(bi)須進行浸錫不(bu)良的📱修正，這個(gè)動作由噴流面(miàn)👌較平較寬闊，波(bo)峰較穩定的二(er)級噴流進行。這(zhè)是一個"平滑"的(de)波峰，流動速度(du)慢，有利于形成(cheng)充實的焊縫，同(tong)時也可有效地(dì)去除焊端上過(guo)量的🏃‍♀️焊料，并使(shi)所有焊接面上(shàng)焊料潤濕良好(hǎo)，修正了焊接面(mian)，消除了可能的(de)拉尖和橋接，獲(huò)得充㊙️實無缺陷(xian)的焊🧡縫，最終确(que)保了組件焊接(jie)的可靠性。雙波(bō)峰基本原理如(rú)圖3。

1.5 冷卻
浸錫後(hòu)适當的冷卻有(yǒu)助于增強焊點(diǎn)接合強度的功(gōng)能，同🌈時，冷卻後(hou)的産品更利于(yú)爐後操作人員(yuan)的作業‼️，因此，浸(jin)錫後産⭐品需💁進(jin)行冷卻處理。
2 提(ti)高波峰焊接質(zhì)量的方法和措(cuò)施
分别從焊接(jiē)前的質量控制(zhì)、生産工藝材料(liào)及工藝參數🚩這(zhè)三個💘方面探讨(tǎo)了提高波峰焊(han)質量的方法。
2.1 焊(hàn)接前對印制闆(pan)質量及元件的(de)控制
2.1.1 焊盤設計(jì)
（1）在設計插件元(yuan)件焊盤時，焊盤(pán)大小尺寸設計(ji)應合适。焊盤⚽太(tài)大，焊料鋪展面(miàn)積較大，形成的(de)焊點不飽滿，而(ér)較小的焊盤銅(tóng)箔表面張力太(tai)小，形成的焊點(diǎn)爲不浸潤焊點(diǎn)。孔徑與元件引(yǐn)線的配🏃🏻‍♂️合間隙(xi)太大✊，容易虛焊(han)，當孔徑比♋引線(xiàn)寬0.05～0.2mm，焊盤直徑爲(wèi)孔徑的2～2.5倍時，是(shì)焊接比較理想(xiǎng)的條件。
（2）在設計(ji)貼片元件焊盤(pan)時，應考慮以下(xià)幾點：①爲了盡量(liang)去除💘"陰⭕影效應(yīng)"，SMD的焊端或引腳(jiǎo)應正對着錫流(liú)的❌方向，以利于(yú)與錫流的接觸(chù)，減少虛焊和漏(lou)焊，波峰焊時推(tuī)薦采用的元件(jiàn)布置方向圖如(ru)♻️圖4所示；②波峰焊(han)接不适合于細(xi)間距QFP、PLCC、BGA和小間距(jù)SOP器件焊接，也就(jiù)是說在要波峰(fēng)焊接的這一面(mian)盡量不要布置(zhì)這類元🥰件；③較小(xiǎo)的元🧡件不應排(pai)在較大的元件(jiàn)後，以免較大元(yuan)件妨礙錫流與(yǔ)較小元🚶‍♀️件的焊(han)盤接觸，造成漏(lou)焊。

2.1.2 PCB平整度控制(zhi)
波峰焊接對印(yìn)制闆的平整度(du)要求很高，一般(bān)要求翹曲度要(yào)小于0.5mm，如果大于(yu)0.5mm要做平整處理(lǐ)。尤其是某👣些印(yìn)制闆厚度隻有(you)1.5mm左右⭕，其翹曲度(du)要求就更高，否(fou)則無法保證焊(hàn)接質量。
2.1.3 妥善保(bǎo)存印制闆及元(yuan)件，盡量縮短儲(chu)存周期
在焊接(jie)中，無塵埃、油脂(zhī)、氧化物的銅箔(bó)及元件引線有(yǒu)利于形成合格(ge)的焊點，因此印(yìn)制闆及元件應(yīng)保🧑🏾‍🤝‍🧑🏼存在幹燥、清(qing)潔🥰的環境下，并(bing)且盡量縮短儲(chǔ)存周期。對于放(fàng)置時間較長的(de)印制闆‼️，其表面(miàn)一般要做清🐅潔(jié)處理，這樣可提(ti)高可焊性，減少(shao)虛焊和橋接，對(duì)表🏃🏻‍♂️面有一定程(chéng)⛱️度氧化的元件(jiàn)引腳，應先除去(qù)其表面氧化層(céng)。
2.2 生産工藝材料(liao)的質量控制
在(zai)波峰焊接中，使(shǐ)用的生産工藝(yì)材料有：助焊劑(jì)和焊料。
2.2.1 助焊劑(ji)質量控制
助焊(hàn)劑在焊接質量(liàng)的控制上舉足(zú)輕重，其作用是(shi)：（1）除🏒去焊接表面(miàn)的氧化物；（2）防止(zhǐ)焊接時焊料和(he)焊接表面🥵再氧(yang)化；（3）降🌍低焊料的(de)🐅表面張力；（4）有助(zhu)于熱量傳遞到(dào)焊接區。目🧑🏽‍🤝‍🧑🏻前波(bō)峰焊接所采用(yòng)的多爲免清洗(xi)助焊劑。選擇助(zhù)焊劑時有以下(xià)要求：（1）熔點👨‍❤️‍👨比焊(han)料低；（2）浸潤擴散(san)速度比熔化焊(hàn)料快；（3）粘度和比(bǐ)重比焊料小；（4）在(zài)常溫下貯存穩(wen)定。
2.2.2 焊料的質量(liang)控制
錫鉛焊料(liào)在高溫下（250℃）不斷(duàn)氧化，使錫鍋中(zhong)錫－鉛焊料📱含錫(xi)量不斷☀️下降，偏(pian)離共晶點，導緻(zhi)流動性差，出現(xian)🌏連焊❓、虛焊、焊點(dian)強度⭐不夠等質(zhì)量問題。可采用(yòng)以下幾個方法(fa)來解決這個🍓問(wèn)題：①添加氧化🌈還(hai)原劑，使已氧化(huà)的SnO還原爲Sn，減小(xiao)錫渣的産生；②不(bu)斷除去浮渣； ③每(mei)次焊接前添加(jiā)一定量的錫；④采(cai)用含抗氧化磷(lín)的焊料；⑤采用氮(dan)氣保護，讓氮氣(qi)把焊料與空氣(qi)隔絕開來，取代(dài)普通氣體，這樣(yang)就避免了浮渣(zha)🛀的産生，這種方(fang)法要求對設備(bei)改型，并提供氮(dan)氣。
目前最好的(de)方法是在氮氣(qi)保護的氛圍下(xià)使用含磷的焊(hàn)料，可将浮渣率(lü)控制在最低程(chéng)度，焊接缺陷最(zuì)少，工藝控制最(zui)佳。
2.3 焊接過程中(zhōng)的工藝參數控(kong)制
焊接工藝參(cān)數對焊接表面(mian)質量的影響比(bi)較複雜，并涉及(ji)到💋較多的技術(shù)範圍。
2.3.1 預熱溫度(du)的控制
預熱的(de)作用：①使助焊劑(ji)中的溶劑充分(fèn)發揮，以免印制(zhi)🏃🏻‍♂️闆通過焊🐆錫時(shi)，影響印制闆的(de)潤濕和焊點的(de)形成；②印制闆在(zài)焊接前達到一(yi)定溫度，以免受(shòu)到熱沖擊産生(sheng)📞翹曲變形。一般(ban)預熱溫💋度控制(zhi)在180～210℃，預熱時間1～3min。
2.3.2 焊(han)接軌道傾角
軌(gui)道傾角對焊接(jiē)效果的影響較(jiao)爲明顯，特别是(shì)在焊接高密度(dù)♉SMT器件時更是如(rú)此。當傾角太小(xiao)時，較易出現橋(qiáo)接，特别是焊接(jiē)中🛀，SMT器件的"遮蔽(bi)區"更易出現橋(qiao)接；而♌傾角過大(dà)，雖然有利于橋(qiao)接的消除，但焊(hàn)點吃錫量太小(xiao)，容易産生虛焊(han)。軌道傾角應控(kong)制在5°～8°之間。
2.3.3 波峰(feng)高度
波峰的高(gao)度會因焊接工(gōng)作時間的推移(yi)而有一些變化(hua)，應在🌈焊接過程(cheng)中進行适當的(de)修正，以保證理(li)👅想高度進行焊(han)接波峰高度，以(yi)壓錫深度爲PCB厚(hou)度的1/2～1/3爲準。
2.3.4 焊接(jiē)溫度
焊接溫度(du)是影響焊接質(zhì)量的一個重要(yao)的工藝參數。焊(han)接溫度過低時(shí)，焊料的擴展率(lǜ)、潤濕性能變差(cha)，使焊🌏盤或元器(qì)件焊端由于不(bu)能充分的潤濕(shī)，從而産生虛焊(hàn)、拉尖、橋接等缺(que)陷；焊接溫度過(guo)高時，則加速了(le)焊盤、元器件引(yǐn)腳及焊料的氧(yǎng)化，易産生虛焊(hàn)💛。焊接溫度應🔱控(kong)制在250±5℃。
3 常見焊接(jiē)缺陷及排除
影(ying)響焊接質量的(de)因素是很多的(de)，表1列出的是一(yī)些😄常見缺陷及(jí)排除方法，以供(gong)參考。

  波峰焊接(jiē)是一項精細工(gōng)作，影響焊接質(zhi)量的因素也很(hen)多，還需我們更(geng)深一步地研究(jiu)和讨論，以期提(tí)高波峰焊的工(gōng)🌍藝知識。

 

        文章整(zhěng)理：昊瑞電子 /