波峰焊接工(gōng)藝技術的研(yan)究

   作爲一種(zhǒng)傳統焊接技(jì)術，目前波峰(feng)焊接技術依(yi)然在電子制(zhì)🔅造🙇‍♀️領域發揮(hui)着積極作用(yòng)。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(shēng)産工藝材料(liao)及工藝參數(shù)🐕這三個㊙️方面(mian)探讨了提高(gao)波峰焊質量(liang)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(liú)🏃‍♀️成設🔱計要🐆求(qiu)的焊料波峰(feng)，使預先裝有(you)電子元器件(jiàn)🥵的印📐制闆通(tong)過焊料波峰(feng)🔴，實現元器件(jiàn)焊端或引腳(jiǎo)與印制闆焊(han)盤之間機械(xiè)與電氣連接(jie)的軟釺焊。波(bō)⁉️峰焊用于印(yìn)制闆裝聯已(yǐ)有20多年的曆(lì)史，現在已成(cheng)🔆爲一種非常(chang)成熟的電子(zǐ)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(zhuang)方式的表面(miàn)組件的焊接(jiē)。
   1 波峰焊工藝(yì)技術介紹
波(bo)峰焊有單波(bō)峰焊和雙波(bo)峰焊之分。單(dān)波峰焊用于(yu)SMT時，由于焊料(liao)的"遮蔽效應(yīng)"容易出現較(jiao)嚴重的質量(liàng)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(kè)服了這🌏個問(wen)題，大大減少(shǎo)漏焊、橋接和(he)焊縫不充實(shí)等缺陷，因此(ci)目前在表面(mian)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(yù)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(zhì)具安裝
治具(jù)安裝是指給(gei)待焊接的PCB闆(pǎn)安裝夾持的(de)治具，可以限(xian)制♌基闆受熱(rè)變形的程度(dù)，防止冒錫現(xiàn)象的發生，從(cóng)⭐而确保浸錫(xi)效果的穩定(dìng)。
1.2 助焊劑系統(tong)
助焊劑系統(tong)是保證焊接(jie)質量的第一(yī)個環節，其主(zhǔ)要作用是均(jun1)勻地塗覆助(zhù)焊劑，除去PCB和(he)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(dìng)要均勻，盡🏃量(liàng)不産生堆積(ji)，否則将導緻(zhì)焊接短路或(huò)開路。見圖2。

   助(zhù)焊劑系統有(you)多種，包括噴(pen)霧式、噴流式(shi)和發泡式。目(mu)前一般使用(yong)噴霧式助焊(hàn)系統，采用免(mian)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(fa)無含♈量隻有(you)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(shi)在焊接系統(tǒng)中加防氧化(huà)♌系統，保證🈚在(zai)PCB上得到一層(ceng)均勻細密很(hen)薄的助焊劑(jì)塗層，這樣才(cái)不會因第🌈一(yi)個波的擦洗(xi)作用和助焊(han)劑的❌揮發，造(zào)成助焊劑量(liang)不足，而導☂️緻(zhì)焊料橋接和(he)拉尖。
   噴霧式(shì)有兩種方式(shi)：一是采用超(chāo)聲波擊打助(zhù)焊劑，使其顆(ke)粒變小，再噴(pēn)塗到PCB闆上。二(èr)是采用微細(xi)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(yì)于控制，噴霧(wù)高😘度/寬度可(kě)自動調節，是(shi)今後發展的(de)主流。
1.3 預熱系(xi)統
1.3.1預熱系統(tǒng)的作用
（1）助焊(han)劑中的溶劑(jì)成份在通過(guo)預熱器時，将(jiāng)會受熱揮發(fa)。從❗而避免溶(róng)劑成份在經(jīng)過液面時高(gāo)溫氣化造成(cheng)炸裂的現象(xiang)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(pin)在通過預熱(rè)器時的緩慢(man)升溫👣，可避免(miǎn)過波峰時因(yīn)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(shēn)☁️溫度較💘低的(de)因素大幅度(dù)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(wēn)度要求。
1.3.2 預熱(re)方法
波峰焊(hàn)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(wài)加熱器加熱(re)；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(bān)預熱溫度爲(wei)130～150℃，預熱時間爲(wei)1～3min。預熱溫度控(kòng)制得好，可防(fang)止虛焊、拉尖(jian)和橋接，減小(xiao)焊料波峰對(duì)基闆的熱沖(chòng)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(feng)。在波峰焊接(jie)時，PCB闆先接觸(chù)第一個波峰(fēng)，然後接觸第(dì)二個波峰。第(di)一個波峰是(shi)由窄噴嘴噴(pen)流出的"湍流(liú)"波峰，流速快(kuài)，對組件有較(jiao)高的垂直壓(ya)♊力，使焊料對(duì)尺寸小，貼裝(zhuāng)密度高的表(biǎo)面組裝元器(qì)件的焊端有(you)較好的滲透(tou)性；通過湍流(liú)的熔融焊料(liào)在所有方向(xiàng)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(qì)件的複雜形(xíng)狀和取向帶(dài)來的問題；同(tong)時也克服了(le)焊料的"遮蔽(bi)效應"湍流波(bo)向上的噴射(shè)力足以使焊(hàn)⭐劑氣體排出(chu)。因此，即使印(yin)制闆上不設(she)置排氣孔也(ye)不存♻️在焊劑(ji)氣體的影響(xiang)，從而大大減(jiǎn)小了漏焊、橋(qiáo)接和焊縫🔞不(bu)充實等焊接(jiē)缺陷，提高了(le)焊接可靠性(xing)。經過第一個(ge)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(xī)後存在着很(hěn)多的短路，錫(xi)多，焊點光潔(jié)度不正常以(yi)及焊🏃‍♂️接強度(dù)不足等不良(liáng)内容。因此，緊(jǐn)接着必須進(jin)行浸錫不良(liang)的修正，這個(gè)動作由噴流(liu)面較平較寬(kuān)闊，波峰較✔️穩(wěn)定的二級噴(pen)流進行。這是(shi)一個"平滑"的(de)波峰，流動速(sù)度慢，有利于(yu)形成充實的(de)焊縫，同時也(ye)可有效地去(qu)除焊端上過(guò)量的焊料，并(bing)使所有焊接(jiē)面上焊料潤(rùn)濕良好，修正(zheng)了焊接面，消(xiāo)除了可能的(de)拉尖和橋接(jiē)，獲得充實無(wu)缺陷的焊縫(féng)，最終确保✔️了(le)組件焊接的(de)可靠性。雙波(bō)峰基本原理(lǐ)如圖3。

1.5 冷卻
浸(jìn)錫後适當的(de)冷卻有助于(yu)增強焊點接(jiē)合強度的功(gōng)能，同時👉，冷卻(què)後的産品更(gèng)利于爐後操(cāo)作人員的作(zuo)業，因此，浸錫(xi)後産品需進(jin)行冷卻處理(lǐ)。
2 提高波峰焊(hàn)接質量的方(fang)法和措施
分(fèn)别從焊接前(qian)的質量控制(zhì)、生産工藝材(cái)料及工藝參(cān)數這🌈三個方(fang)面探讨了提(ti)高波峰焊質(zhi)量的方法。
2.1 焊(han)接前對印制(zhi)闆質量及元(yuán)件的控制
2.1.1 焊(hàn)盤設計
（1）在設(she)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(han)點不飽滿，而(er)較小的焊盤(pan)銅箔表面張(zhang)力太小，形成(chéng)的焊點❓爲不(bu)浸⛷️潤焊點。孔(kong)徑與元件引(yǐn)線的配合間(jiān)隙太大，容易(yì)虛焊，當孔徑(jing)比引線寬0.05～0.2mm，焊(han)盤直徑爲孔(kǒng)徑的2～2.5倍✂️時，是(shì)焊接比較理(li)想的條件。
（2）在(zai)設計貼片元(yuán)件焊盤時，應(yīng)考慮以下幾(jǐ)點：①爲了盡量(liàng)去除"陰影☁️效(xiào)應"，SMD的焊端或(huo)引腳應正對(dui)着錫流的🌈方(fang)向，以利🈲于與(yǔ)錫流的接觸(chu)，減少虛焊和(hé)漏焊，波峰焊(hàn)時推😄薦采用(yong)的元件布置(zhì)方📐向圖如圖(tú)4所示；②波峰焊(hàn)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(shuo)在要波峰焊(han)接的這一面(mian)盡量不要布(bù)置這類元⭐件(jian)；③較小的元件(jian)不應排在較(jiao)大的元件後(hou)，以免較大元(yuán)件妨礙錫流(liú)與較小元件(jiàn)的焊盤接觸(chù)，造成漏焊。

2.1.2 PCB平(ping)整度控制
波(bo)峰焊接對印(yin)制闆的平整(zheng)度要求很高(gao)，一般要求翹(qiao)曲度💯要小于(yu)0.5mm，如果大于0.5mm要(yao)做平整處理(lǐ)。尤其是某些(xiē)印制闆厚度(dù)隻有👄1.5mm左右📱，其(qí)翹曲度要求(qiu)就更高，否則(zé)無法保證焊(han)接質量。
2.1.3 妥善(shàn)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(han)點，因此印制(zhi)闆及元件應(ying)保存在幹燥(zào)、清潔的環境(jìng)下⚽，并且盡量(liang)縮短儲存周(zhōu)期。對于放置(zhì)時間較長的(de)印制闆，其表(biǎo)面一般要做(zuò)清潔處理，這(zhe)樣可提高可(kě)焊性，減少虛(xū)焊和橋接，對(dui)表面有一定(ding)程度氧化的(de)元件引腳，應(ying)先🔴除去其表(biao)面氧化層。
2.2 生(sheng)産工藝材料(liào)的質量控制(zhi)
在波峰焊接(jiē)中，使用的生(shēng)産工藝材料(liao)有：助焊劑和(hé)🥵焊料。
2.2.1 助焊劑(jì)質量控制
助(zhu)焊劑在焊接(jie)質量的控制(zhi)上舉足輕重(zhong)，其作用是㊙️：（1）除(chu)去焊接♍表面(miàn)的氧化物；（2）防(fang)止焊接時焊(hàn)料和焊接表(biǎo)面再氧🌍化；（3）降(jiàng)低焊料的🈲表(biǎo)面張力；（4）有助(zhù)于熱量傳遞(dì)到焊接區。目(mu)前波峰焊接(jie)所采用的多(duō)爲免清洗助(zhu)焊劑。選擇助(zhù)焊劑時有以(yi)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(bǐ)重比焊料小(xiǎo)；（4）在常溫下貯(zhu)存穩定。
2.2.2 焊料(liao)的質量控制(zhi)
錫鉛焊料在(zài)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(gòng)晶點，導緻流(liu)動性差，出現(xian)連焊、虛焊🐉、焊(han)點強度不夠(gòu)等質量問題(ti)。可采用以下(xia)幾個方法來(lái)解決這個問(wèn)題：①添♻️加氧化(huà)還原劑，使已(yi)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(qì)把焊料與空(kōng)氣隔絕開來(lai)，取代普通氣(qi)體，這⭕樣就避(bi)免了浮渣的(de)産生，這種方(fāng)法要求對設(she)備改型，并提(ti)供氮氣。
目前(qian)最好的方法(fǎ)是在氮氣保(bǎo)護的氛圍下(xia)使用含磷的(de)焊料，可将浮(fu)渣率控制在(zai)最低程度，焊(hàn)接缺陷最少(shao)，工藝控制最(zuì)佳。
2.3 焊接過程(cheng)中的工藝參(can)數控制
焊接(jiē)工藝參數對(duì)焊接表面質(zhì)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(chong)分發揮，以免(mian)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(pǎn)在焊接前達(da)到一定溫度(du)，以免受到熱(re)沖擊産生翹(qiao)曲變形。一般(bān)預熱溫度控(kong)制在180～210℃，預熱時(shi)間🌈1～3min。
2.3.2 焊接軌道(dào)傾角
軌道傾(qīng)角對焊接效(xiào)果的影響較(jiào)爲明顯，特别(bié)是在💃焊接高(gāo)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(yì)出現橋接；而(ér)傾角過大，雖(sui)然有利于橋(qiáo)接的🔞消除，但(dàn)焊點吃錫量(liàng)太小，容易産(chan)生虛焊。軌道(dào)傾角應控制(zhi)在5°～8°之🔴間。
2.3.3 波峰(feng)高度
波峰的(de)高度會因焊(han)接工作時間(jiān)的推移而有(you)一些變化，應(ying)在焊💚接過程(chéng)中進行适當(dang)的修正，以保(bǎo)證理想高度(dù)進行焊接波(bō)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(jie)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(dī)時，焊料的擴(kuò)展率、潤濕性(xing)能變差，使焊(han)盤或元器件(jiàn)焊端由于不(bú)能充分的潤(rùn)濕，從而産生(sheng)虛焊、拉尖、橋(qiao)接等缺陷；焊(hàn)㊙️接溫度過高(gao)時，則加速了(le)焊盤😘、元器件(jiàn)引腳及焊料(liao)的氧化，易産(chǎn)生虛焊👈。焊接(jiē)溫度應控制(zhì)在250±5℃。
3 常見焊接(jie)缺陷及排除(chu)
影響焊接質(zhi)量的因素是(shì)很多的，表1列(lie)出的是一些(xiē)🌈常見缺陷🏃‍♂️及(ji)排除方法，以(yǐ)供參考。

  波峰(fēng)焊接是一項(xiang)精細工作，影(yǐng)響焊接質量(liàng)的因素也很(hen)多，還需❤️我們(men)更深一步地(di)研究和讨論(lùn)，以期提高波(bō)峰焊的工藝(yì)知識。

 

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