波峰焊接工(gong)藝技術的研(yan)究

   作爲一種(zhǒng)傳統焊接技(ji)術，目前波峰(feng)焊接技術依(yī)然🌈在電子制(zhi)造領域發揮(hui)着積極作用(yong)。介紹了波峰(feng)焊🌂接技📧術的(de)原理，并分别(bie)從焊接前的(de)質量控制、生(sheng)産工藝材料(liao)及工藝參數(shù)這三個⛱️方面(miàn)探讨了提高(gāo)波峰焊質量(liàng)的有效方法(fa)。

   波峰焊是将(jiang)熔化的焊料(liào)，經電動泵或(huò)電磁泵噴流(liu)成設👌計要求(qiu)的焊料波峰(fēng)，使預先裝有(yǒu)電子元器件(jiàn)🥵的印制闆📧通(tong)過焊料波峰(fēng)👈，實現元器件(jian)焊端或引腳(jiao)與印制🌈闆焊(han)盤之間機械(xie)與電🌈氣連接(jiē)的軟釺焊。波(bō)✔️峰焊用于印(yin)制闆裝聯已(yǐ)有20多年的曆(li)史，現在已成(cheng)🤞爲一種非常(chang)成熟的電子(zi)裝聯工藝技(ji)術，目前主要(yao)🌈用于通孔插(cha)裝組件和采(cai)用混合組裝(zhuāng)方式的⚽表面(mian)組件的焊接(jiē)。
   1 波峰焊工藝(yi)技術介紹
波(bō)峰焊有單波(bo)峰焊和雙波(bō)峰焊之分。單(dan)波峰焊用㊙️于(yú)⛱️SMT時，由于焊料(liao)的"遮蔽效應(ying)"容易出現較(jiào)嚴重的質量(liang)問題，如漏焊(han)、橋接和焊縫(féng)不充實等缺(que)陷。而雙波峰(fēng)則較好地克(ke)服了這個問(wèn)題，大大減少(shǎo)漏焊、橋接和(he)焊縫不充實(shi)等缺陷，因此(ci)目✔️前在表面(miàn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻組裝中廣泛(fan)采用雙波峰(feng)焊工藝和設(shè)備，見圖1。

   波峰(fēng)錫過程：治具(jù)安裝→噴塗助(zhù)焊劑系統→預(yu)熱→一次波🤟峰(feng)→二次波峰→冷(lěng)卻。下面分别(bie)介紹各步内(nei)容及作用。
1.1 治(zhi)具安裝
治具(jù)安裝是指給(gěi)待焊接的PCB闆(pǎn)安裝夾持的(de)治具，可以限(xiàn)制👄基闆受熱(rè)變形的程度(dù)，防止冒錫現(xian)象的發生，從(cóng)✊而确保浸✌️錫(xī)效果的穩定(dìng)。
1.2 助焊劑系統(tǒng)
助焊劑系統(tǒng)是保證焊接(jie)質量的第一(yi)個環節，其主(zhu)要作用💯是均(jun)勻地塗覆助(zhù)焊劑，除去PCB和(hé)元器件焊接(jiē)表面的氧化(huà)層和防止焊(hàn)接過程中再(zai)氧化。助焊劑(jì)的塗覆一定(ding)要均勻，盡量(liàng)不産生堆積(jī)，否則将導緻(zhì)焊接短路或(huo)開路。見圖2。

   助(zhu)焊劑系統有(yǒu)多種，包括噴(pen)霧式、噴流式(shì)和發泡式🔞。目(mu)前一般使用(yong)噴霧式助焊(han)系統，采用免(miǎn)清洗助焊😘劑(jì)，這是因🈲爲免(mian)清洗助焊劑(jì)中固體含量(liàng)極少，不揮發(fā)無含量隻有(yǒu)1/5～1/20。所以必💰須采(cǎi)用噴霧式🔅助(zhu)焊系統塗覆(fù)助焊劑，同時(shí)在焊接系統(tǒng)中加防氧化(huà)系統，保證🔞在(zài)PCB上得到一層(ceng)均勻細密很(hěn)薄的助焊劑(jì)塗層，這樣才(cai)不會因第☔一(yi)個波的擦洗(xǐ)作🛀用和助焊(han)劑的揮發，造(zao)成助焊劑量(liàng)不足，而導緻(zhi)焊料橋接和(he)拉尖。
   噴霧式(shì)有兩種方式(shì)：一是采用超(chao)聲波擊打助(zhù)焊劑，使其顆(kē)粒變小，再噴(pen)塗到PCB闆上。二(èr)是采用微細(xì)噴嘴在一定(ding)空氣壓力下(xia)噴霧助焊劑(jì)。這種噴塗均(jun)勻、粒度小、易(yi)♻️于控制，噴霧(wù)高度/寬度可(ke)自動✌️調節，是(shì)今後發展的(de)主流。
1.3 預熱系(xì)統
1.3.1預熱系統(tǒng)的作用
（1）助焊(han)劑中的溶劑(ji)成份在通過(guò)預熱器時，将(jiāng)會受熱揮發(fa)。從而避🍓免溶(róng)劑成份在經(jing)過液面時高(gao)溫氣化🌈造成(cheng)炸裂的現象(xiàng)發生，最🤩終防(fáng)止産生錫粒(lì)的品質隐患(huàn)。 （2）待浸錫産品(pin)搭載的部品(pǐn)🙇‍♀️在通過預熱(re)器時的🛀🏻緩慢(màn)升溫‼️，可避免(mian)過波峰時因(yin)驟熱産生㊙️的(de)物理作用造(zao)成部品損傷(shang)的情況發生(shēng)。
（3）預熱後的部(bu)品或端子在(zài)經過波峰時(shi)不會因自身(shen)溫度較低的(de)因素大幅度(du)降低焊點的(de)焊接溫度，從(cong)而确保焊接(jie)在規定的時(shí)間内達到溫(wen)度要求。
1.3.2 預熱(re)方法
波峰焊(han)機中常見的(de)預熱方法有(you)三種：①空氣對(dui)流加熱👅；②紅外(wai)🏒加熱器加熱(rè)；③熱空氣和輻(fu)射相結合的(de)方法🔅加熱。
1.3.3 預(yu)熱溫度
一般(ban)預熱溫度爲(wèi)130～150℃，預熱時間爲(wèi)1～3min。預熱溫度控(kong)制得好，可防(fang)止🛀虛焊、拉尖(jian)和橋接，減小(xiǎo)焊料波峰對(dui)基闆的熱沖(chong)擊，有效地解(jiě)決焊接過程(chéng)中PCB闆翹曲、分(fen)層、變形問題(ti)。
1.4 焊接系統
焊(han)接系統一般(ban)采用雙波峰(fēng)。在波峰焊接(jie)時，PCB闆先接🔴觸(chu)第一個波峰(feng)，然後接觸第(dì)二個波峰。第(dì)一個波峰是(shì)由窄噴嘴噴(pēn)💯流出的"湍流(liú)"波峰，流速快(kuai)，對組件有較(jiao)高的垂直壓(ya)力，使焊料對(duì)尺寸小，貼裝(zhuang)密度高的表(biao)面組裝元器(qì)件的焊端有(you)較好的滲透(tòu)性；通過湍流(liu)的熔融焊料(liào)在所有方向(xiang)擦洗組件表(biao)面，從而提高(gao)了焊料的潤(rùn)㊙️濕性，并克服(fu)了由于元器(qi)件的複雜形(xíng)狀和取向帶(dai)來✊的問題🧡；同(tóng)時也克服了(le)焊料的"遮蔽(bì)效應"湍流波(bō)向上的噴射(shè)力足以使✂️焊(hàn)👈劑氣體排出(chu)。因此，即使印(yìn)制闆上不設(shè)置排氣孔也(yě)不存在焊劑(jì)氣體的影響(xiang)，從而大大減(jiǎn)小了漏焊、橋(qiao)接和焊縫不(bú)充實等焊接(jie)缺陷，提高了(le)焊接可靠性(xìng)。經過第一個(gè)波峰的産品(pin)，因浸錫時間(jiān)短以及部品(pǐn)自身的散熱(re)等因素，浸錫(xi)後存在着很(hen)多的✍️短路🤟，錫(xī)❓多，焊點光潔(jié)度不正常以(yi)💰及焊接強度(dù)不足等✊不良(liang)内容。因🔞此，緊(jǐn)接着必須進(jin)行浸錫不良(liáng)的修正，這個(gè)動作由噴流(liú)面較平較寬(kuan)闊，波峰較穩(wen)定的二級噴(pēn)流進行。這是(shì)一個"平滑"的(de)波峰，流動速(su)度慢，有利于(yu)形成充實🤩的(de)焊縫，同時也(ye)可有效地去(qù)除焊端上過(guò)量的焊料，并(bìng)使所有🏒焊接(jiē)面上焊料潤(run)濕良好，修正(zhèng)了焊接面✊，消(xiāo)除了可能的(de)拉尖和橋接(jie)，獲得充實無(wú)缺陷🔴的焊縫(féng)，最終确保了(le)組件焊接的(de)可靠性。雙波(bo)峰基本原☂️理(li)如圖3。

1.5 冷卻
浸(jìn)錫後适當的(de)冷卻有助于(yú)增強焊點接(jie)合強度的功(gōng)✉️能，同時，冷卻(que)後的産品更(geng)利于爐後操(cāo)作人員的作(zuò)業，因此，浸錫(xī)後産品需進(jin)行冷卻處理(lǐ)。
2 提高波峰焊(hàn)接質量的方(fāng)法和措施
分(fen)别從焊接前(qian)的質量控制(zhi)、生産工藝材(cái)料及工藝參(can)數這三㊙️個方(fang)面探讨了提(ti)高波峰焊質(zhì)量的方法。
2.1 焊(hàn)接前對印制(zhi)闆質量及元(yuan)件的控制
2.1.1 焊(han)盤設計
（1）在設(shè)計插件元件(jian)焊盤時，焊盤(pán)大小尺寸設(she)計應合适。焊(han)盤太大，焊料(liao)鋪展面積較(jiào)大，形成的焊(hàn)點不飽滿，而(ér)較小🔞的焊盤(pán)銅箔表面張(zhāng)力太小，形成(cheng)的焊點爲不(bú)浸潤焊點。孔(kǒng)徑與元件引(yǐn)線的配合間(jiān)隙太大❤️，容易(yì)虛焊，當孔徑(jìng)比引線寬0.05～0.2mm，焊(han)盤直徑爲孔(kǒng)徑的2～2.5倍時，是(shi)焊接比較理(li)想的條件。
（2）在(zài)設計貼片元(yuan)件焊盤時，應(yīng)考慮以下幾(jǐ)點：①爲了盡量(liang)去除"陰✨影效(xiào)應"，SMD的焊端或(huo)引腳應正對(duì)着錫流的⛱️方(fāng)向🆚，以利于與(yǔ)錫流的接🚩觸(chu)，減少虛焊和(he)漏焊，波峰🤞焊(han)時推薦采用(yong)👅的元件布置(zhi)方向圖如圖(tu)4所示；②波峰焊(han)接不适‼️合于(yú)細間距QFP、PLCC、BGA和小(xiǎo)間距SOP器件焊(hàn)接，也就是說(shuō)在要波峰焊(han)接的這一面(miàn)盡量不要布(bu)置這類元件(jian)；③較小的元🐉件(jian)不應排在較(jiào)大的元件後(hòu)，以免較大元(yuán)件妨礙錫流(liu)與較小元件(jiàn)的焊盤接觸(chu)，造成漏焊。

2.1.2 PCB平(ping)整度控制
波(bō)峰焊接對印(yin)制闆的平整(zheng)度要求很高(gao)，一般要求翹(qiào)🛀🏻曲度要小于(yu)0.5mm，如果大于0.5mm要(yao)做平整處理(li)。尤其是某些(xiē)印✊制闆⛱️厚度(du)🛀🏻隻有1.5mm左右，其(qi)翹曲度要求(qiú)就更高，否則(ze)無法保證焊(hàn)接質量。
2.1.3 妥善(shan)保存印制闆(pǎn)及元件，盡量(liang)縮短儲存周(zhou)期
在焊接中(zhōng)，無塵埃、油脂(zhi)、氧化物的銅(tóng)箔及元件引(yin)線有利于形(xing)成🏃‍♀️合格的焊(hàn)點，因此印制(zhi)闆及元件應(yīng)保存在幹燥(zao)☁️、清潔的環境(jing)下，并且盡量(liang)縮短儲存周(zhōu)期。對于放置(zhi)時間較長的(de)🐇印制闆，其表(biao)面一般要做(zuò)清潔處理，這(zhe)樣可提高可(ke)焊性，減少虛(xū)焊和橋接，對(dui)表面有一定(dìng)程度氧化的(de)元件引腳，應(yīng)先除去其表(biao)面⭐氧化層。
2.2 生(sheng)産工藝材料(liao)的質量控制(zhi)
在波峰焊接(jie)中，使用的生(sheng)産工藝材料(liao)有：助焊劑和(he)焊料。
2.2.1 助焊劑(jì)質量控制
助(zhù)焊劑在焊接(jie)質量的控制(zhì)上舉足輕重(zhong)，其作用是：（1）除(chu)去焊接表🙇‍♀️面(mian)的氧化物；（2）防(fang)止焊接時焊(hàn)料和焊接表(biao)面再氧💛化；（3）降(jiang)低焊料的表(biǎo)面張力；（4）有助(zhù)于熱量傳遞(di)到焊接區。目(mù)前波峰❄️焊接(jie)所采用的多(duo)爲免清洗助(zhu)焊劑。選擇助(zhu)焊劑時有以(yǐ)下🐕要求：（1）熔點(dian)🐕比焊料低；（2）浸(jin)潤擴散速度(dù)比熔化焊料(liao)快；（3）粘度和比(bi)重比焊料小(xiao)；（4）在常溫下貯(zhù)存穩定。
2.2.2 焊料(liao)的質量控制(zhi)
錫鉛焊料在(zai)高溫下（250℃）不斷(duàn)氧化，使錫鍋(guō)中錫－鉛焊料(liào)含💔錫量🛀不斷(duan)下降，偏離共(gong)晶點，導緻流(liú)動性差，出現(xian)🐉連焊、虛焊😍、焊(hàn)點強度不夠(gou)等質量問題(ti)。可采用以下(xià)幾個方法來(lái)解決這個問(wèn)題：①添加氧化(huà)還原劑，使已(yǐ)氧化的SnO還原(yuan)爲Sn，減小錫渣(zha)的産生；②不斷(duan)除👣去浮渣； ③每(mei)次焊接前添(tian)加一定量的(de)錫；④采用含抗(kàng)氧化磷的焊(han)料；⑤采用氮氣(qi)保護，讓氮氣(qi)把焊料與空(kōng)氣隔絕開來(lai)，取代普通氣(qi)體，這樣就避(bì)免了浮渣🐆的(de)産生，這種方(fang)法要求對設(shè)備改型，并提(ti)供氮氣。
目前(qian)最好的方法(fǎ)是在氮氣保(bao)護的氛圍下(xià)使用含磷♊的(de)焊料🏃，可将浮(fu)渣率控制在(zài)最低程度，焊(han)接缺陷🏃🏻‍♂️最少(shao)，工藝控制最(zui)佳🈲。
2.3 焊接過程(chéng)中的工藝參(can)數控制
焊接(jie)工藝參數對(dui)焊接表面質(zhi)量的影響比(bǐ)較複雜♌，并涉(shè)🌈及到較多的(de)技術範圍。
2.3.1 預(yù)熱溫度的控(kòng)制
預熱的作(zuò)用：①使助焊劑(ji)中的溶劑充(chōng)分發揮，以免(miǎn)印制闆通⭐過(guò)焊錫時，影響(xiang)印制闆的潤(rùn)濕和焊點的(de)形成；②印制闆(pan)在焊接前達(dá)到一定溫度(dù)，以免受到熱(re)沖🎯擊産生翹(qiao)曲變形。一般(bān)💃預熱溫度控(kòng)制在180～210℃，預熱時(shi)間1～3min。
2.3.2 焊接軌道(dao)傾角
軌道傾(qing)角對焊接效(xiào)果的影響較(jiao)爲明顯，特别(bie)是在焊接高(gao)密😄度SMT器件時(shí)更是如此。當(dang)傾角太小時(shí)，較易⚽出現橋(qiáo)接，特别是焊(hàn)接中，SMT器件的(de)"遮蔽區"更易(yi)出現橋接；而(er)傾角過大，雖(sui)然有利于橋(qiao)接的消除，但(dàn)焊點吃錫量(liàng)太小，容易産(chǎn)生虛焊。軌道(dao)傾角應🥰控制(zhì)在5°～8°之間。
2.3.3 波峰(fēng)高度
波峰的(de)高度會因焊(han)接工作時間(jian)的推移而有(yǒu)一些變化，應(yīng)在焊🤩接過程(cheng)中進行适當(dang)的修正，以保(bǎo)證理🛀🏻想高度(dù)進行焊接波(bo)🍓峰高度，以壓(ya)錫深度爲PCB厚(hou)度的1/2～1/3爲準。
2.3.4 焊(han)接溫度
焊接(jiē)溫度是影響(xiang)焊接質量的(de)一個重要的(de)工藝參數。焊(hàn)接溫度過低(di)時，焊料的擴(kuo)展率、潤濕性(xing)能變差，使焊(hàn)🚶‍♀️盤或☂️元器件(jian)焊端由于不(bu)能充分的潤(run)濕，從而産生(sheng)虛🌈焊、拉尖、橋(qiáo)接等缺陷；焊(han)接溫度✨過高(gāo)時，則加速了(le)焊盤、元器件(jiàn)引腳及焊料(liào)的氧化，易産(chǎn)生虛焊。焊接(jie)溫度應控制(zhi)在250±5℃。
3 常見焊接(jie)缺陷及排除(chu)
影響焊接質(zhì)量的因素是(shì)很多的，表1列(liè)出的是一些(xie)常見缺陷🏃及(ji)排除方法，以(yi)供參考。

  波峰(fēng)焊接是一項(xiang)精細工作，影(ying)響焊接質量(liang)的因素也😘很(hěn)多，還🐆需我們(men)更深一步地(di)研究和讨論(lun)，以期提🔞高波(bo)💞峰焊的工❄️藝(yi)知識。

 

        文章整(zheng)理：昊瑞電子(zi) /