波峰焊焊接知識(shí)BL20150730

1、1波峰焊接知識(shí)介紹波峰焊接知識(shí)介紹撰寫(xiě)：白浪撰寫(xiě)：白浪時(shí)間：時(shí)間：2015年年8月月7日日2導(dǎo)導(dǎo) 言言 波峰焊波峰焊（Wave SolderingWave Soldering）是指將熔融的液態(tài)焊料借助葉泵的作用，在焊料液面形成特定形狀的焊料波峰，而裝載了元器件的PCB以某一特定角度，并以一定的浸入深度穿過(guò)焊料波峰來(lái)實(shí)現(xiàn)連接點(diǎn)的焊接過(guò)程。 波峰焊接設(shè)備一般由助焊劑系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、夾送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。按波峰數(shù)量可以分為單波峰和雙波峰。波峰焊焊接工藝流程如下圖所示。送板送板助焊劑涂覆助焊劑涂覆預(yù)熱預(yù)熱波峰焊接波峰焊接冷卻冷卻一、助焊劑的作用及功能一、助焊劑的作用及功能1、除去被焊機(jī)體金

2、屬表面的銹膜（金屬氧化物）、除去被焊機(jī)體金屬表面的銹膜（金屬氧化物）被焊金屬表面的氧化膜通常不溶于任何溶液，但這些氧化膜可以與某些材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成能溶于液態(tài)助焊劑的化合物。利用這一原理，可以去除氧化膜以達(dá)到凈化被焊金屬表面的目的。除此外，也可以把金屬氧化膜還原為純金屬表面的化學(xué)反應(yīng)。PS:第一種化學(xué)反應(yīng)的助焊劑主要是以松香助焊劑為代表，松香的主要成份是松香酸，用作助焊劑時(shí)，通常用酒精作為溶劑，當(dāng)在氧化了的銅表面涂上該助焊劑并加熱時(shí)，松香酸與氧化銅化合生成松香酸銅，松香酸銅易于和沒(méi)有反應(yīng)的松香酸混合在一起，從而為焊料潤(rùn)濕提供潔凈的金屬表面。松香酸對(duì)氧化銅層下面的機(jī)體銅沒(méi)有任何浸蝕作用。當(dāng)借

3、助有機(jī)溶劑清除殘留的助焊劑時(shí)，松香酸銅也一起被清除掉。2、防止加熱過(guò)程中基體金屬的二次氧化、防止加熱過(guò)程中基體金屬的二次氧化波峰焊接時(shí)，必須將基體金屬加熱到焊料發(fā)生潤(rùn)濕的溫度，隨著溫度的升高，金屬表面再度氧化現(xiàn)象也會(huì)加劇。因此，助焊劑必須在焊接溫度下為已凈化的基體金屬表面提供保護(hù)層，即助焊劑應(yīng)在整個(gè)金屬表面形成一層薄膜。包住基體金屬，使其同空氣隔絕，起到在焊接的加熱過(guò)程中防止二次氧化的作用。43、降低液態(tài)焊料的表面張力、降低液態(tài)焊料的表面張力焊接區(qū)域中的助焊劑，能夠以促進(jìn)焊料漫流的方式影響表面能量平衡，降低液態(tài)焊料的表面張力，減小接觸角。二、二、PCB預(yù)熱預(yù)熱1、促使助焊劑活性充分發(fā)揮。、促使

4、助焊劑活性充分發(fā)揮。助焊劑在起作用前，需要把助焊劑中的活化劑進(jìn)行激活，然后這些化學(xué)成分與基體表面氧化物相互作用，使氧化物從基體金屬表面清楚。如松香助焊劑需要加熱到104 左右，并在此溫度下停留足夠的時(shí)間。2、除去助焊劑中過(guò)多的揮發(fā)物來(lái)改善焊接質(zhì)量、除去助焊劑中過(guò)多的揮發(fā)物來(lái)改善焊接質(zhì)量PCB在進(jìn)入焊料波峰之前，大多數(shù)助焊劑中的揮發(fā)性材料與松香混在一起。如果這種狀態(tài)下直接進(jìn)行波峰焊接，那么焊料槽的熱量就會(huì)使溶劑迅速氣化，這不僅使焊料本身產(chǎn)生噴濺現(xiàn)象，而且這些蒸汽被截留在填充焊料中形成氣孔。另外大量送機(jī)的揮發(fā)需要吸收錫槽中大量的熱量，導(dǎo)致PCB實(shí)際焊接溫度降低，從而導(dǎo)致虛焊、短路、拉尖等不良現(xiàn)象。

5、53、減小波峰焊接時(shí)的熱沖擊、減小波峰焊接時(shí)的熱沖擊預(yù)熱可以使PCB溫度逐步均勻加熱，從而使波峰焊接時(shí)的熱沖擊減至最少，緩和了熱應(yīng)力，使PCB的翹曲和變形最小，改善了PCB的機(jī)械平整度。也是熱敏元器件損壞的危險(xiǎn)程度降至最低。三、合金焊接三、合金焊接1、Sn/Pb共晶合金概念共晶合金概念在所有的Sn/Pb合金配比中，只有63 Sn/37Pb合金配比有共晶點(diǎn)，所以63 Sn/37Pb合金稱(chēng)為共晶合金。6合金的塑性范圍對(duì)質(zhì)量影響很大，塑性范圍大的合金，在合金凝固形成焊點(diǎn)時(shí)需要較長(zhǎng)時(shí)間。如果在合金凝固過(guò)程中如果PCB和元器件發(fā)生振動(dòng)，都會(huì)造成焊點(diǎn)不良或焊點(diǎn)開(kāi)裂。液相線溫度等于熔點(diǎn)溫度，固相線溫度等于軟

6、化溫度，對(duì)于給定的合金成分，在液相線和固相線之間的溫度范圍是液相和固相共存范圍，被稱(chēng)為塑性范圍或黏稠范圍。液相線溫度和固相線溫度相等的合金稱(chēng)為共晶合金。此溫度稱(chēng)為共晶點(diǎn)。因此共晶合金在融化和凝固過(guò)程中沒(méi)有塑性范圍。72、Sn/Pb合金中合金中Pb的作用的作用降低熔點(diǎn)，便于操作降低熔點(diǎn)，便于操作錫的熔點(diǎn)是232 ，而鉛的熔點(diǎn)是327 ,如果按照合理比例混合就可得到熔點(diǎn)較低的Sn/Pb合金（熔點(diǎn)為183 ），由于熔點(diǎn)低，所以便于生產(chǎn)操作。改善力學(xué)性能改善力學(xué)性能錫的抗拉強(qiáng)度為1.5Kg/ ,剪切強(qiáng)度約為2Kg/ .鉛的抗拉力強(qiáng)度為1.4 Kg/ ，剪切強(qiáng)度約為1.4Kg/ .如果兩則混合起來(lái)制作合

7、金焊料，抗拉力強(qiáng)度可以達(dá)到4 5Kg/ ，剪切力約為3 3. 5Kg/ 。2mm2mm2mm2mm2mm2mm降低焊料表面張力降低焊料表面張力液態(tài)焊料的擴(kuò)散性（即潤(rùn)濕性）會(huì)因表面張力及黏性的下降而得到改善，從而增大了流動(dòng)性。配比配比% %表面張力（表面張力（N/mN/m）黏度（黏度（MPa.sMPa.s）SnPb20804672.7230704702.4550504762.1963374901.9780205141.9283、Sn/Pb合金焊接原理合金焊接原理5665SnCuCuSn正是由于 的存在，才能將元器件與PCB焊牢。顯然，在焊接過(guò)程中，溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素，焊料首先要熔化，鋪展并完全潤(rùn)

8、濕被焊金屬。如果溫度低于190 ，即使焊料處于熔融狀態(tài)也形成不了 或者說(shuō)形成的 不夠厚，在較低溫度下形成的焊點(diǎn)稱(chēng)為冷焊，此焊點(diǎn)沒(méi)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。通常在230 250 ，1 3s時(shí)間內(nèi)，便可生產(chǎn)錫銅合金層。初期錫銅合金的結(jié)構(gòu)為 。此化合物中Cu含量約為40%。若溫度進(jìn)一步升高，或時(shí)間延長(zhǎng)，化合物中的Cu含量由40%上升至66%， 會(huì)轉(zhuǎn)換為56SnCu56SnCu56SnCu56SnCu56SnCuSnCu3分子式分子式形成形成位置位置顏色顏色性質(zhì)性質(zhì)焊料潤(rùn)濕到Cu是立即生成Sn與Cu之間的界面白色良性，強(qiáng)度較高溫度高，焊接時(shí)間長(zhǎng)引起Cu與 之間灰色惡性，強(qiáng)度差，脆性 與 兩種金屬間化合物比較5

9、6SnCuSnCu356SnCuSnCu356SnCu94、焊接過(guò)程介紹、焊接過(guò)程介紹考慮到許多組裝板需要經(jīng)過(guò)雙面回流，有的焊點(diǎn)甚至經(jīng)受多次焊接，因此無(wú)論再流焊還是波峰焊，都不建議采用過(guò)高的溫度進(jìn)行焊接，同時(shí)要控制液態(tài)時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)，避免金屬合金層強(qiáng)度變差。當(dāng)PCB進(jìn)入波峰面前端（A）時(shí)，基板與引腳被加熱，并在未離開(kāi)波峰面尾端（B）之前，整個(gè)PCB浸在焊料中，即被焊料所橋連，但在離開(kāi)波峰尾端的瞬間，少量的焊料由于潤(rùn)濕力的作用，黏附在焊盤(pán)上并透過(guò)焊盤(pán)孔與元器件引腳間隙上升到PCB另一側(cè)元器件根部，并由于表面張力的原因，會(huì)以引線為中心收縮至最小狀態(tài)，此時(shí)錫料與焊盤(pán)之間的潤(rùn)濕力大于兩焊盤(pán)之間焊料的內(nèi)聚

10、力，因此就會(huì)形成飽滿、圓整的焊點(diǎn)，離開(kāi)波峰尾端的多余焊料，由于重力的原因，回落到錫槽中。相反，若焊盤(pán)的可焊性差，焊接溫度不夠，則會(huì)出現(xiàn)錫料與焊盤(pán)之間的潤(rùn)濕力不足以克服兩焊盤(pán)之間的焊料內(nèi)聚力，就會(huì)造成橋連。5、焊接參數(shù)介紹、焊接參數(shù)介紹焊接溫度和時(shí)間焊接溫度和時(shí)間焊接溫度偏低，熔融焊料黏度大，不能很好地在金屬表面潤(rùn)濕和擴(kuò)散，容易產(chǎn)生拉尖和短路、焊點(diǎn)表面粗糙等缺陷；若焊接溫度過(guò)高，容易損壞器件，還會(huì)由于助焊劑碳化而失去活性，產(chǎn)生焊點(diǎn)發(fā)烏、焊點(diǎn)不飽滿等問(wèn)題。波峰溫度一般控制在250 5 。焊點(diǎn)與焊料分離速度太快，焊接時(shí)間太短，將會(huì)導(dǎo)致橋接不良，分離速度太慢，焊接時(shí)間太長(zhǎng)容易造成焊點(diǎn)干癟、少錫不良。因

11、此焊接時(shí)間一般為3 5s。PCB爬坡角度爬坡角度PCB爬坡角度是通過(guò)調(diào)節(jié)傳送裝置的傾角來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一般控制在3 7度。適當(dāng)?shù)呐榔陆嵌扔欣谂懦龤埩粼诤更c(diǎn)和元器件周為由焊劑產(chǎn)生的氣體（通孔較少的板子可以適當(dāng)增加爬坡角度）。爬坡角度影響焊接時(shí)間，傾斜角度越大，每個(gè)焊點(diǎn)與波峰基礎(chǔ)時(shí)間越短，焊接時(shí)間就越短；傾斜角度越小。焊接時(shí)間就越長(zhǎng)。爬坡角度影響焊點(diǎn)與焊料的剝離，加大PCB爬坡角度有利于多余的焊料返回錫鍋中。波峰高度波峰高度波峰高度是指波峰焊接中PCB的吃錫高度。適當(dāng)?shù)牟ǚ甯叨瓤稍黾雍噶喜▽?duì)焊點(diǎn)的壓力和流速，有利于焊料潤(rùn)濕金屬表面、流入插裝孔和通孔中。波峰高度一般控制在PCB后的1/2或2/3處。傳送

12、速度傳送速度波峰焊機(jī)預(yù)熱區(qū)長(zhǎng)度越長(zhǎng)、波峰寬度越寬，傳送帶速度越快；產(chǎn)品越簡(jiǎn)單，傳送帶速度越快；傳送帶傾斜角度越小，焊點(diǎn)接觸波峰的寬度越寬，相當(dāng)于增加了波峰寬度，因此傳送帶速度也越快。傳送帶速度一般為0.8 1.92m/min。四、常見(jiàn)缺陷分析四、常見(jiàn)缺陷分析1、拉尖、拉尖形成的原因：形成的原因：基板的可焊性差，焊盤(pán)氧化，污染。助焊劑用量少。預(yù)熱不當(dāng)，基板翹曲。焊料槽溫度低夾送速度不合適，焊接時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)。PCB壓波深度過(guò)大銅箔面積過(guò)大。助焊劑選用不合適或變質(zhì)失效。焊料純度變差，雜質(zhì)容量超標(biāo)。改善措施：改善措施：凈化被焊表面。調(diào)整和優(yōu)選助焊劑。合理選擇預(yù)熱溫度。調(diào)整焊料槽溫度。調(diào)整加送速度。調(diào)

13、整波峰高度。焊料槽中銅的含量控制在0.3%以下?；迳系拇竺娣e銅箔可以用綠油阻焊膜分割為310mm來(lái)改善。 2、錫珠、錫珠形成的原因：形成的原因：PCB在制造或存儲(chǔ)過(guò)程中受潮。環(huán)境濕度大，廠房?jī)?nèi)部 沒(méi)有采取驅(qū)潮措施。PCB和原件拆封后在線滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加了吸潮機(jī)會(huì)。助焊劑吸潮夾水。預(yù)熱溫度選擇不合理。改善措施：改善措施：改進(jìn)PCB制造工藝，改進(jìn)PCB包裝工藝及存儲(chǔ)環(huán)境。盡可能縮短在線滯留時(shí)間，從PCB開(kāi)封到波峰焊生產(chǎn)完畢應(yīng)在24H內(nèi)完成，特別是在濕熱地區(qū)特別重要。PCB上線前應(yīng)予烘烤（120 2H）。波峰焊場(chǎng)地環(huán)境溫度應(yīng)為23 5 ，相對(duì)濕度小于65%。正確選擇助焊劑，特別是助焊劑所用溶劑的

14、揮發(fā)速度要合適。同時(shí)做好助焊劑的管理，避免助焊劑受潮。合理選擇預(yù)熱溫度和時(shí)間，溫度過(guò)低，時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致助焊劑中的溶劑不宜揮發(fā)，殘留的溶劑過(guò)多時(shí)進(jìn)入波峰后溫度會(huì)急劇升高，溶劑劇烈揮發(fā)，在熔融的焊料內(nèi)形成高壓汽泡，爆噴后形成大量錫珠。3、焊料不足、焊料不足形成的原因：形成的原因：PCB預(yù)熱或者焊接溫度過(guò)高，使熔融焊料的黏度過(guò)低。插件孔孔徑過(guò)大，焊料從孔中流出。插件零件細(xì)引腳大焊盤(pán)，焊料被拉到焊盤(pán)上，使焊點(diǎn)干癟。焊盤(pán)可焊性差，元器件引腳氧化。波峰高度不足，不能是印制板對(duì)焊料產(chǎn)生壓力，不利于上錫。改善措施：改善措施：預(yù)熱溫度在90 130 ，元器件較多或較為復(fù)雜的PCB,取溫度的上限值，錫波溫度為2

15、50 5 ，焊接時(shí)間為3 5s。插裝孔的孔徑比引腳直徑大0.15 0.4mm（細(xì)引腳取下限，大引腳取上限）。焊盤(pán)尺寸與引腳直徑應(yīng)該匹配，要有利于形成彎月面的焊點(diǎn)。反饋PCB廠家，提高加工質(zhì)量，元器件先到先用，避免受潮。波峰高度一般控制在PCB厚度的2/3處。4、焊料過(guò)多、焊料過(guò)多形成的原因：形成的原因：焊接溫度過(guò)低或傳送帶速度過(guò)快，是熔融的焊料的黏度增大。PCB預(yù)熱溫度太低，由于PCB和元器件溫度低，導(dǎo)致焊接過(guò)程中吸熱，拉底實(shí)際焊接溫度。助焊劑活性差或噴涂量過(guò)少。焊盤(pán)，插裝孔或引腳可焊性差，不能充分潤(rùn)濕。焊料中錫的比例減少，或焊料中Cu的含量過(guò)高時(shí)熔融焊料黏度增加，流動(dòng)性變差。改善措施：改善措

16、施：錫波溫度為250 5 ，焊接時(shí)間為3 5s。預(yù)熱溫度在90 130 ，元器件較多或較為復(fù)雜的PCB,取溫度的上限值。更換助焊劑或加大噴涂量。提高PCB加工質(zhì)量，元器件先到先用，避免受潮。錫鉛焊料中Sn的含量小于61.4%時(shí)，可以適當(dāng)添加一些純錫，還可以清除一些Cu的化合物（例如 的密度為8.28g/ ,Sn/Pb的密度8.9g/ ，因此銅的化合物漂浮在表面，可以用不銹鋼網(wǎng)制成小勺撇掉） 。56SnCu3cm3cm165、焊點(diǎn)短路、焊點(diǎn)短路形成的原因：形成的原因：PCB設(shè)計(jì)不合理，焊盤(pán)間距過(guò)小。插件元器件引腳不規(guī)則或歪斜，焊接前引腳就搭接在一起。PCB預(yù)熱溫度過(guò)低，由于PCB和元器件溫度過(guò)低導(dǎo)致，焊接過(guò)程中實(shí)際焊接溫度不夠，焊料黏度過(guò)大。焊接溫度過(guò)低或傳送速度過(guò)快，使焊料的黏度過(guò)大。助焊劑活性差或噴涂量不夠。改善措施：改善措施：根據(jù)相關(guān)DFM規(guī)范進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。插裝元器件引腳應(yīng)根據(jù)PCB的孔距及裝配要求進(jìn)行成形，焊接面元件引腳應(yīng)露出印制板表面0.8 3mm,插裝時(shí)要求元件體端正。根據(jù)PCB的尺寸，層數(shù)，元件密度設(shè)置預(yù)熱溫度，預(yù)熱溫度一般在90 130 范圍內(nèi)調(diào)整。錫波溫度為250 5 ，焊接時(shí)間為3 5s ，溫度略低時(shí)應(yīng)該將傳送速度調(diào)慢。更換助焊劑或加大噴涂量。176、漏焊、虛焊、漏焊、虛焊形成的