波峰焊工作原理

波峰焊是種借助泵壓作用，使熔融的液態(tài)焊料表面形成特定形狀的焊料波，當(dāng)插裝了元器件的裝聯(lián)組件以定角度通過焊料波時，在引腳焊區(qū)形成焊點(diǎn)的工藝技術(shù)

波峰焊機(jī)的主要部件構(gòu)成

   一臺波峰焊機(jī)，主要由傳送帶、加熱器、錫槽、泵、助焊劑發(fā)泡（或噴霧）裝置等組成。主要分為助焊劑添加區(qū)、預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)、冷卻區(qū)，如下圖所示

組件在由鏈?zhǔn)絺魉蛶魉偷倪^程中，先在焊機(jī)預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱(組件預(yù)熱及其所要達(dá)到的溫度依然由預(yù)定的溫度曲線控制)。實(shí)際焊接中，通常還要控制組件面的預(yù)熱溫度，因此許多設(shè)備都增加了相應(yīng)的溫度檢測裝置(如紅外探測器)。預(yù)熱后，組件進(jìn)入鉛槽進(jìn)行焊接。錫槽盛有熔融的液態(tài)焊料，鋼槽底部噴嘴將熔碰焊料噴出定形狀的波峰，這樣，在組件焊接面通過波時就被焊料波加熱，同時焊料波也就潤濕焊區(qū)并進(jìn)行擴(kuò)展填充，終實(shí)現(xiàn)焊接過程。其工作原理如下圖所示。

波峰焊是采用對流傳熱原理對焊區(qū)進(jìn)行加熱的。熔融的焊料波作為熱源，一方面流動以沖刷引腳焊區(qū)，另一方面也起到了熱傳導(dǎo)作用，引腳焊區(qū)正是在此作用下加熱的。為了保證焊區(qū)升溫，焊料波通常具有一定的寬度，這樣，當(dāng)組件焊接面通過波時就有充分的加熱、潤濕等時間。傳統(tǒng)的波峰焊中，一般采用單波，而且波比較平坦。隨著鉛焊料的使用，目前多采取雙波形式。如下圖所示

元器件的引腳為固態(tài)，焊料浸入金屬化通孔提供了條途徑。當(dāng)引腳接觸到焊料波后，借助于表面張力的作用，液態(tài)焊料沿引腳和孔壁向上爬升。金屬化通孔的毛細(xì)管作用進(jìn)步促進(jìn)了焊料的爬升。焊料到達(dá)PcB部焊盤后，在焊盤的表面張力作用下鋪展開來。上升中的焊料排出了通孔中的焊劑氣體和空氣，從而填充了通孔，在冷卻后終形成了焊點(diǎn)。

A、 焊料不足

 焊點(diǎn)干癟/不完整/有空洞，插裝孔及導(dǎo)通孔焊料不飽滿，焊料未爬到元件面的焊盤上。

原因： 

a)PCB預(yù)熱和焊接溫度過高，使焊料的黏度過低； 
b)插裝孔的孔徑過大，焊料從孔中流出； 
c) 插裝元件細(xì)引線大焊盤，焊料被拉到焊盤上，使焊點(diǎn)干癟； 
d) 金屬化孔質(zhì)量差或阻焊劑流入孔中； 
e) PCB爬坡角度偏小，不利于焊劑排氣。 

對策：

a) 預(yù)熱溫度90-130℃，元件較多時取上限，錫波溫度250+/-5℃，焊接時間3～5S。 
b) 插裝孔的孔徑比引腳直徑大0.15～0.4mm，細(xì)引線取下限，粗引線取上線。 
c) 焊盤尺寸與引腳直徑應(yīng)匹配，要有利于形成彎月面； 
d）反映給PCB加工廠，提高加工質(zhì)量； 
e) PCB的爬坡角度為3～7℃。 

B、焊料過多： 

  元件焊端和引腳有過多的焊料包圍，潤濕角大于90°。 

原因： 
a)焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度過大；
b) PCB預(yù)熱溫度過低，焊接時元件與PCB吸熱，使實(shí)際焊接溫度降低； 
c) 助焊劑的活性差或比重過?。?nbsp;
d) 焊盤、插裝孔或引腳可焊性差，不能充分浸潤，產(chǎn)生的氣泡裹在焊點(diǎn)中； 
e) 焊料中錫的比例減少，或焊料中雜質(zhì)Cu的成份高，使焊料黏度增加、流動性變差。
f) 焊料殘渣太多。 

對策： 
a) 錫波溫度250+/-5℃，焊接時間3～5S。 
b) 根據(jù)PCB尺寸、板層、元件多少、有無貼裝元件等設(shè)置預(yù)熱溫度，PCB底面溫度在90-130。 
c) 更換焊劑或調(diào)整適當(dāng)?shù)谋壤?nbsp;
d) 提高PCB板的加工質(zhì)量，元器件先到先用，不要存放在潮濕的環(huán)境中； 
e) 錫的比例<61.4%時，可適量添加一些純錫，雜質(zhì)過高時應(yīng)更換焊料； 
f) 每天結(jié)束工作時應(yīng)清理殘渣。 

C、焊點(diǎn)橋接或短路 
原因： 
a) PCB設(shè)計不合理，焊盤間距過窄； 
b) 插裝元件引腳不規(guī)則或插裝歪斜，焊接前引腳之間已經(jīng)接近或已經(jīng)碰上； 
c) PCB預(yù)熱溫度過低，焊接時元件與PCB吸熱，使實(shí)際焊接溫度降低； 
d) 焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度降低； 
e）阻焊劑活性差。 

對策： 
a) 按照PCB設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。兩個端頭Chip元件的長軸應(yīng)盡量與焊接時PCB運(yùn)行方向垂直，SOT、SOP的長軸應(yīng)與PCB運(yùn)行方向平行。將SOP最后一個引腳的焊盤加寬（設(shè)計一個竊錫焊盤）。 
b) 插裝元件引腳應(yīng)根據(jù)PCB的孔距及裝配要求成型，如采用短插一次焊工藝，焊接面元件引腳露出PCB表面0.8～3mm，插裝時要求元件體端正。 
c）根據(jù)PCB尺寸、板層、元件多少、有無貼裝元件等設(shè)置預(yù)熱溫度，PCB底面溫度在90-130。 
d) 錫波溫度250+/-5℃，焊接時間3～5S。溫度略低時，傳送帶速度應(yīng)調(diào)慢些。 
f) 更換助焊劑。 

D、潤濕不良、漏焊、虛焊 
原因： 
a) 元件焊端、引腳、印制板基板的焊盤氧化或污染，或PCB受潮。 
b) Chip元件端頭金屬電極附著力差或采用單層電極，在焊接溫度下產(chǎn)生脫帽現(xiàn)象。 
c) PCB設(shè)計不合理，波峰焊時陰影效應(yīng)造成漏焊。 
d) PCB翹曲，使PCB翹起位置與波峰焊接觸不良。 
e) 傳送帶兩側(cè)不平行（尤其使用PCB傳輸架時），使PCB與波峰接觸不平行。 
f) 波峰不平滑，波峰兩側(cè)高度不平行，尤其電磁泵波峰焊機(jī)的錫波噴口，如果被氧化物堵塞時，會使波峰出現(xiàn)鋸齒形，容易造成漏焊、虛焊。 
g) 助焊劑活性差，造成潤濕不良。 
h) PCB預(yù)熱溫度過高，使助焊劑碳化，失去活性，造成潤濕不良。 

對策： 
a) 元器件先到先用，不要存在潮濕的環(huán)境中，不要超過規(guī)定的使用日期。對PCB進(jìn)行清洗和去潮處理； 
b) 波峰焊應(yīng)選擇三層端頭結(jié)構(gòu)的表面貼裝元器件，元件本體和焊端能經(jīng)受兩次以上的260℃波峰焊的溫度沖擊。 
c) SMD/SMC采用波峰焊時元器件布局和排布方向應(yīng)遵循較小元件在前和盡量避免互相遮擋原則。另外，還可以適當(dāng)加長元件搭接后剩余焊盤長度。 
d) PCB板翹曲度小于0.8～1.0％。 
e) 調(diào)整波峰焊機(jī)及傳輸帶或PCB傳輸架的橫向水平。 
f) 清理波峰噴嘴。 
g) 更換助焊劑。 
h) 設(shè)置恰當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度。 

E、焊點(diǎn)拉尖 
原因： 
a) PCB預(yù)熱溫度過低，使PCB與元器件溫度偏低，焊接時元件與PCB吸熱； 
b) 焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度過大； 
c) 電磁泵波峰焊機(jī)的波峰高度太高或引腳過長，使引腳底部不能與波峰接觸。因?yàn)殡姶疟貌ǚ搴笝C(jī)是空心波，空心波的厚度為4～5mm； 
d) 助焊劑活性差； 
e) 焊接元件引線直徑與插裝孔比例不正確，插裝孔過大，大焊盤吸熱量大。 

對策： 
a) 根據(jù)PCB、板層、元件多少、有無貼裝元件等設(shè)置預(yù)熱溫度，預(yù)熱溫度在90-130℃； 
b) 錫波溫度為250+/-5℃，焊接時間3～5S。溫度略低時，傳送帶速度應(yīng)調(diào)慢一些。 
c) 波峰高度一般控制在PCB厚度的2/3處。插裝元件引腳成型要求引腳露出PCB焊接面0.8～3mm
d) 更換助焊劑； 
e) 插裝孔的孔徑比引線直徑大0.15～0.4mm（細(xì)引線取下限，粗引線取上線）。 

F、其它缺陷 
a) 板面臟污：主要由于助焊劑固體含量高、涂敷量過多、預(yù)熱溫度過高或過低，或由于傳送帶爪太臟、焊料鍋中氧化物及錫渣過多等原因造成的； 
b) PCB變形：一般發(fā)生在大尺寸PCB，由于大尺寸PCB重量大或由于元器件布置不均勻造成重量不平衡。這需要PCB設(shè)計時盡量使元器件分布均勻，在大尺寸PCB中間設(shè)計工藝邊。 
c) 掉片（丟片）：貼片膠質(zhì)量差，或貼片膠固化溫度不正確，固化溫度過高或過低都會降低粘接強(qiáng)度，波峰焊接時經(jīng)不起高溫沖擊和波峰剪切力的作用，使貼裝元件掉在料鍋中。 
d) 看不到的缺陷：焊點(diǎn)晶粒大小、焊點(diǎn)內(nèi)部應(yīng)力、焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋、焊點(diǎn)發(fā)脆、焊點(diǎn)強(qiáng)度差等，需要X光、焊點(diǎn)疲勞試驗(yàn)等檢測。這些缺陷主要與焊接材料、PCB焊盤的附著力、元器件焊端或引腳的可焊性及溫度曲線等因素有關(guān)。

波峰焊錫珠產(chǎn)生原因及解決方法

產(chǎn)生原因

1）波峰焊產(chǎn)生的錫珠 錫珠的形成原因錫珠是在線路板離開液態(tài)焊錫的時候形成的。當(dāng)線路板與錫波分離時，線路板會拉出錫柱，錫柱斷裂落回錫缸時，濺起的焊錫會在落在線路板上形成錫珠。因此，在設(shè)計錫波發(fā)生器和錫缸時，應(yīng)注意減少錫的降落高度。小的降落高度有助于減少錫渣和濺錫現(xiàn)象。

2）氮?dú)獾氖褂脮觿″a珠的形成。氮?dú)夥漳芊乐购稿a表面形成氧化層，增加了錫珠形成的概率，同時，氮?dú)庖矔绊懞稿a的表面張力。

3）錫珠形成的第二個原因是線路板材和阻焊層內(nèi)揮發(fā)物 質(zhì)的釋氣。如果線路板通孔的金屬層上有裂縫的話，這 些物質(zhì)加熱后揮發(fā)的氣體就 會從裂縫中逸出，在線路板的元件面形成錫珠。

4）錫珠形成的第三個原因與助焊劑有關(guān)。助焊劑會殘留在元器件的下面或是線路板和搬運(yùn)器（選擇性焊接使用的托盤）之間。如果助焊劑沒能被充分預(yù)熱并在線路板接觸到錫波之前燒盡，就會產(chǎn)生濺錫并形成錫珠。因此，應(yīng)該嚴(yán)格遵循助焊劑供應(yīng)商推薦的預(yù)熱參數(shù)。

5）阻焊層 錫珠是否會粘附在線路板上取決于基板材料。如果錫珠和線路板的粘附力小于錫珠的重力，錫珠就會從就會從 線路板上彈開落回錫缸中。 在這種情況下，線路板上的阻焊層是個非常重要的因 素。比較粗燥（rough）的阻焊層會和錫珠有更小的接觸 面，錫珠不易粘在線路板上。在無鉛焊接過程中，高溫會使阻焊層更柔滑（SOFter），更易造成錫珠粘在線路板上。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

1）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定 一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對錫珠進(jìn)行了闡釋。分類從MIL-STD- 2000標(biāo)準(zhǔn)中的不允許有錫珠，到IPC-A-610C標(biāo)準(zhǔn)中的每平方英寸少于5個。 ?在IPC-A-610C標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定最小絕緣間隙0.13毫米，直徑在此之內(nèi)的錫珠被認(rèn)為是合格的；而直徑大于或 等于0.13毫米的錫珠是不合格的，制造商必須采取糾正措 施，避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。

2）無鉛焊接制訂的最新版IPCA- 610D標(biāo)準(zhǔn)沒有對錫珠現(xiàn)象做清楚的規(guī)定。有關(guān)每平方英 寸少于5個錫珠的規(guī)定已經(jīng)被刪除。

3）有關(guān)汽車和軍用產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)則不允許出現(xiàn)任何錫珠，所以線路板在焊接后必須被清洗，或?qū)㈠a珠手工去除。影響錫珠形成的重要因素 防止錫珠的產(chǎn)生 歐洲一個研究小組的研究表明,線路板上的阻焊層是影 響錫珠形成最重要的一個因素。

解決方法

在大多數(shù)情況下，選擇適當(dāng) 的阻焊層能避免錫珠的產(chǎn)生。使用一些特殊設(shè)計的助焊劑能幫助避免錫珠的形成。另外，要保證使用足夠多的助焊劑， 這樣在線路板離開波峰的時候，會有一些助焊劑殘留在線路板上，形成一層非常薄的膜，以防止錫珠附著在線路板上。 同時，助焊劑必須和阻焊層相兼容，助焊劑的噴涂必須采用助焊劑噴霧系統(tǒng)嚴(yán)格控制。

以下建議可以幫助您減少錫珠現(xiàn)象：

1、盡可能地降低焊錫溫度；

2、使用更多地助焊劑可以減少錫珠，但將導(dǎo)致更多的助焊劑殘留；

3、盡可能提高預(yù)熱溫度，但要遵循助焊劑預(yù)熱參數(shù)，否 則助焊劑的活化期太短

4、更快的傳送帶速度也能減少錫珠。

（一），助焊劑方面的原因分析及預(yù)防控制辦法

1. 助焊劑中的水份含量較大或超標(biāo)，在經(jīng)過預(yù)熱時未能充分揮發(fā)；

2. 助焊劑中有高沸點(diǎn)物質(zhì)或不易揮發(fā)物，經(jīng)預(yù)熱時不能充分揮發(fā)；

這兩種原因是助焊劑本身“質(zhì)量”問題所引起的，

在實(shí)際焊接工藝中，

可以通過“提高

預(yù)熱溫度或放慢走板速度等來解決”。

除此之外，

在選用助焊劑前應(yīng)針對供商所提供樣品進(jìn)

行實(shí)際工藝的確認(rèn)，

并記錄試用時的標(biāo)準(zhǔn)工藝，

在沒有“錫珠”出現(xiàn)的情況下，

審核供應(yīng)商

所提供的其他說明資料，在以后的收貨及驗(yàn)收過程中，應(yīng)核對供應(yīng)商最初的說明資料。

（二），工藝方面的原因分析及預(yù)防控制辦法

1. 預(yù)熱溫度偏低，助焊劑中溶劑部分未完全揮發(fā)；

2. 走板速度太快未達(dá)到預(yù)熱效果；

3.鏈條（或PCB板面）傾角過小，錫液與焊接面接觸時中間有氣泡，氣泡爆裂后產(chǎn)生錫珠；

4. 助焊劑涂布的量太大，多余助焊劑未能完全流走或風(fēng)刀沒有將多余焊劑吹下；

      這四種不良原因的出現(xiàn)，都和標(biāo)準(zhǔn)化工藝的確定有關(guān)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照已經(jīng)訂好的作業(yè)指導(dǎo)文件進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的校正，對已經(jīng)設(shè)定好的參數(shù)，不能隨意改動，相關(guān)參數(shù)及所涉及技術(shù)層面主要有以下幾點(diǎn)：

（1），關(guān)于預(yù)熱：一般設(shè)定在90-110攝氏度，這里所講“溫度”是指預(yù)熱后PCB板焊接面的實(shí)際受熱溫度，而不是“表顯”溫度；如果預(yù)熱溫度達(dá)不到要求，則焊后易產(chǎn)生錫珠。

（2），關(guān)于走板速度：一般情況下，建議用戶把走板速度定在1.1-1.4米/分鐘，但這不是絕對值；如果要改變走板速度，通常都應(yīng)以改變預(yù)熱溫度作配合；

比如：要將走板速度加快，那么為了保證PCB焊接面的預(yù)熱溫度能夠達(dá)到預(yù)定值，就應(yīng)當(dāng)把預(yù)熱溫度適當(dāng)提高；如果預(yù)熱溫度不變，走板速度過快時，焊劑有可能揮發(fā)不完全，從而在焊接時產(chǎn)生“錫珠”。

（3），關(guān)于鏈條（或PCB板面）的傾角：這一傾角指的是鏈條（或PCB板面）與錫液平面的角度，當(dāng)PCB板走過錫液平面時，應(yīng)保證PCB零件面與錫液平面只有一個切點(diǎn)；而不能有一個較大的接觸面；當(dāng)沒有傾角或傾角過小時，易造成錫液與焊接面接觸時中間有氣泡，氣泡爆裂后產(chǎn)生“錫珠”。

（4），在波峰爐使用中，“風(fēng)刀”的主要作用是吹去PCB板面多余的助焊劑，并使助焊劑在PCB零件面均勻涂布；一般情況下，風(fēng)刀的傾角應(yīng)在10度左右；如果“風(fēng)刀”角度調(diào)整的不合理，會造成PCB表面焊劑過多，或涂布不均勻，不但在過預(yù)熱區(qū)時易滴在發(fā)熱管上，影響發(fā)熱管的壽命，而且在浸入錫液時易造成“炸錫”現(xiàn)象，并因此產(chǎn)生“錫珠”。在實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)合自身波峰焊的實(shí)際狀況，對相關(guān)材料進(jìn)行選型，同時制訂嚴(yán)格《波峰焊操作規(guī)程》，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，在嚴(yán)格落實(shí)工藝技術(shù)的條件下，完全可以克服因?yàn)椤安ǚ搴负附庸に噯栴}”產(chǎn)生的“錫珠”。

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