全面波峰焊工藝講解.ppt

2 3波峰焊工藝 參考 工藝 第7章 顧靄云 內(nèi)容 1 波峰焊原理2 波峰焊工藝對元器件和印制板的基本要求3 波峰焊材料4 波峰焊工藝流程5 波峰焊操作步驟6 檢驗7 波峰焊工藝參數(shù)控制要點8 波峰焊常見焊接缺陷分析及預(yù)防對策9 無鉛波峰焊特點及對策 波峰焊主要用于傳統(tǒng)通孔插裝印制電路板電裝工藝 以及表面組裝與通孔插裝元器件的混裝工藝 印刷貼片膠貼裝元器件膠固化插裝元器件波峰焊 波峰焊工藝 波峰焊是利用熔融焊料循環(huán)流動的波峰與裝有元器件的PCB焊接面相接觸 以一定速度相對運動時實現(xiàn)群焊的焊接工藝 與手工焊接相比較 波峰焊具有生產(chǎn)效率高 焊接質(zhì)量好 可靠性高等優(yōu)點 適用于SMD的波峰焊設(shè)備有雙波峰或電磁泵波峰焊機 適合波峰焊的表面貼裝元器件有矩形和圓柱形片式元件 SOT以及較小的SOP等器件 SMD波峰焊時造成陰影效應(yīng) 1 波峰焊原理下面以雙波峰機為例來說明波峰焊原理 當(dāng)完成點 或印刷 膠 貼裝 膠固化 插裝通孔元器件的印制板從波峰焊機的人口端隨傳送帶向前運行 通過助焊劑發(fā)泡 或噴霧 槽時 使印制板的下表面和所有的元器件端頭和引腳表面均勻地涂敷一層薄薄的助焊劑 隨傳送帶運行印制板進入預(yù)熱區(qū) 預(yù)熱溫度在90 130 預(yù)熱的作用 助焊劑中的溶劑被揮發(fā)掉 這樣可以減少焊接時產(chǎn)生氣體 助焊劑中松香和活性劑開始分解和活性化 可以去除印制板焊盤 元器件端頭和引腳表面的氧化膜以及其它污染物 同時起到保護金屬表面防止發(fā)生高溫再氧化的作用 使印制板和元器件充分預(yù)熱 避免焊接時急劇升溫產(chǎn)生熱應(yīng)力損壞印制板和元器件 印制板繼續(xù)向前運行 印制板的底面首先通過第一個熔融的焊料波 第一個焊料波是亂波 振動波或紊流波 使焊料打到印制板的底面所有的焊盤 元器件焊端和引腳上 熔融的焊料在經(jīng)過助焊劑凈化的金屬表面上進行浸潤和擴散 然后印制板的底面通過第二個熔融的焊料波 第二個焊料波是平滑波 平滑波將引腳及焊端之間的連橋分開 并將去除拉尖等焊接缺陷 當(dāng)印制板繼續(xù)向前運行離開第二個焊料波后 自然降溫冷卻形成焊點 即完成焊接 振動波平滑波 PCB運動方向 焊點的形成過程 當(dāng)PCB進入波峰面前端A處至尾端B處時 PCB焊盤與引腳全部浸在焊料中 被焊料潤濕 開始發(fā)生擴散反應(yīng) 此時焊料是連成一片 橋連 的 當(dāng)PCB離開波峰尾端的瞬間 由于焊盤和引腳表面與焊料之間金屬間合金層的結(jié)合力 潤濕力 使少量焊料沾附在焊盤和引腳上 此時焊料與焊盤之間的潤濕力大于兩焊盤之間焊料的內(nèi)聚力 使各焊盤之間的焊料分開 并由于表面張力的作用使焊料以引腳為中心 收縮到最小狀態(tài) 形成飽滿 半月形焊點 相反 如果焊盤和引腳可焊性差或溫度低 就會出現(xiàn)焊料與焊盤之間的潤濕力小于兩焊盤之間焊料的內(nèi)聚力 造成橋接 漏焊或虛焊 PCB與焊料波分離點位于B1和B2之間某個位置 分離后形成焊點 波峰焊時流體 錫波 在噴嘴與出口處的管道現(xiàn)象 0 0處PCB運動方向與流體的流向相逆 0 0 處PCB運動方向與流體的流向相同 PCB靜止V1 0時 緊貼PCB板面流速為零 波峰表面保持靜態(tài) V1 V2時 焊料容易被焊盤和引腳一起被帶著向前 易橋接和拉尖V1 V2時 可減少形成橋接和拉尖的發(fā)生幾率 但V1過快 過度檫洗反而會造成焊點吃錫量減少 使焊點干癟 甚至缺錫 虛焊 4 7 噴嘴 PCB 0 0 0 0 V1 V2 波峰噴嘴示意圖 增壓腔 噴嘴 液態(tài)焊料液面 平滑焊料波 傾斜角可調(diào)的傳送裝置 焊料從遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于液面處返回焊料槽 可調(diào)節(jié)的 側(cè)板 旋轉(zhuǎn) 側(cè)板 不同的傾斜角度 控制焊料流速 通過以上分析可以得出結(jié)論 除了與潤濕 毛細(xì)管現(xiàn)象 擴散 溶解 表面張力之間互相作用有直接影響外 還與PCB傳送速度 傳送角度 焊錫波溫度 粘度 焊錫波噴流的速度 B2處剩余錫的重力加速度有關(guān) 同時這種參數(shù)都不是獨立的 它們互相之間都存在一定制約關(guān)系 當(dāng)傳送角度 焊料波溫度 粘度等條件都一定的情況下 對某一特定的PCB 其PCB的傳送速度與液態(tài)焊料流體速度都有一個最佳的配合關(guān)系 因此 如何找到這個最佳的配合關(guān)系 正是波峰焊工藝要掌握和控制的難點 波峰焊焊點形成是一個非常復(fù)雜的過程 雙波峰焊理論溫度曲線 雙波峰焊實時溫度曲線 2波峰焊工藝對元器件和印制板的基本要求a應(yīng)選擇三層端頭結(jié)構(gòu)的表面貼裝元器件 元器件體和焊端能經(jīng)受兩次以上260 波峰焊的溫度沖擊 焊接后元器件體不損壞或變形 片式元件端頭無脫帽現(xiàn)象 外部電極 鍍鉛錫 中間電極 鎳阻擋層 內(nèi)部電極 一般為鈀銀電極 無引線片式元件端頭三層金屬電極示意圖 b如采用短插一次焊工藝 焊接面元件引腳露出印制板表面0 8 3mm c基板應(yīng)能經(jīng)受260 50s的耐熱性 銅箔抗剝強度好 阻焊膜在高溫下仍有足夠的粘附力 焊接后阻焊膜不起皺 d印制電路板翹曲度小于0 8 1 0 e對于貼裝元器件采用波峰焊工藝的印制電路板必須按照貼裝元器件的特點進行設(shè)計 元器件布局和排布方向應(yīng)遵循較小的元件在前和盡量避免互相遮擋的原則 3波峰焊材料 3 1焊料 有鉛焊料一般采用Sn63 Pb37棒狀共晶焊料 熔點183 使用過程中Sn和Pb的含量分別保持在 1 以內(nèi) 焊料的主要雜質(zhì)的最大含量控制在以下范圍內(nèi) Cu 0 08 Al 0 005 Fe 0 02 Bi 0 1 Zn 0 002 Sb 0 01 As 0 03 根據(jù)設(shè)備的使用情況定期 三個月至半年 檢測焊料的主要雜質(zhì)以及Sn和Pb的含量 不符合要求時更換焊錫或采取措施 例如當(dāng)Sn含量少于標(biāo)準(zhǔn)時 可摻加一些純Sn 無鉛焊料 Sn 0 7Cu或Sn 0 7Cu Ni合金 其熔點為227 添加少量的Ni可增加流動性和延伸率 Sn 3Ag 0 5Cu或Sn 3 5Ag 0 75Cu 其熔點為216 220 左右 用于高可靠產(chǎn)品 Sn 0 5Ag 0 7Cu Sn 1 0Ag 0 5Cu等低Ag的Sn Ag Cu焊料 熔點為217 227 性能鑒于SAC305和Sn 0 7Cu之間 3 2助焊劑和助焊劑的選擇a 助焊劑的作用 助焊劑中的松香樹脂和活性劑在一定溫度下產(chǎn)生活性化反應(yīng) 能去除焊接金屬表面氧化膜 同時松香樹脂又能保護金屬表面在高溫下不再氧化 助焊劑能降低熔融焊料的表面張力 有利于焊料的潤濕和擴散 b 助焊劑的特性要求 熔點比焊料低 擴展率 85 黏度和比重比熔融焊料小 容易被置換 不產(chǎn)生毒氣 焊劑的比重可以用溶劑來稀釋 一般控制在0 82 0 84 免清洗型助焊劑要求固體含量 2 0wt 不含鹵化物 焊后殘留物少 不產(chǎn)生腐蝕作用 絕緣性能好 絕緣電阻 1 1011 水清洗 半水清洗和溶劑清洗型助焊劑要求焊后易清洗 常溫下儲存穩(wěn)定 c 助焊劑的選擇 按照清洗要求助焊劑分為免清洗 水清洗 半水清洗和溶劑清洗四種類型 按照松香的活性分類可分為R 非活性 RMA 中等活性 RA 全活性 三種類型 要根據(jù)產(chǎn)品對清潔度和電性能的具體要求進行選擇 一般情況下軍用及生命保障類如衛(wèi)星 飛機儀表 潛艇通信 保障生命的醫(yī)療裝置 微弱信號測試儀器等電子產(chǎn)品必須采用清洗型的助焊劑 其他如通信類 工業(yè)設(shè)備類 辦公設(shè)備類 計算機等類型的電子產(chǎn)品可采用免清洗或清洗型的助焊劑 一般家用電器類電子產(chǎn)品均可采用免清洗型助焊劑或采用RMA 中等活性 松香型助焊劑可不清洗 3 3稀釋劑當(dāng)助焊劑的比重超過要求值時 可使用稀釋劑進行稀釋 不同型號的助焊劑應(yīng)采用相應(yīng)的稀釋劑 3 4防氧化劑防氧化劑是為減少焊接時焊料在高溫下氧化而加入的輔料 起節(jié)約焊料和提高焊接質(zhì)量作用 目前主要采用油類與還原劑組成的防氧化劑 要求防氧化劑還原能力強 焊接溫度下不碳化 3 5錫渣減除劑錫渣減除劑能使熔融的焊錫與錫渣分離 起到節(jié)省焊料的作用 3 6阻焊劑或耐高溫阻焊膠帶用于防止波峰焊時后附元件的插孔被焊料堵塞 以上材料除焊料外 其它焊接材料應(yīng)避光保存 期限為半年 4 波峰焊工藝流程焊接前準(zhǔn)備 開波峰焊機 設(shè)置焊接參數(shù) 首件焊接并檢驗 連續(xù)焊接生產(chǎn) 送修板檢驗 5 波峰焊操作步驟5 1焊接前準(zhǔn)備a 插裝前在待焊PCB 該PCB已經(jīng)過涂敷貼片膠 SMC SMD貼片 膠固化 后附元器件插孔的焊接面涂阻焊劑或粘貼耐高溫粘帶 以防波峰焊后插孔被焊料堵塞 如有較大尺寸的槽和孔也應(yīng)用耐高溫粘帶貼住 以防波峰焊時焊錫流到PCB的上表面 如水溶性助焊劑只能采用阻焊劑 涂敷后放置30min或在烘燈下烘15min再插裝元器件 焊接后可直接水清洗 然后插裝通孔元件 b 用比重計測量助焊劑比重 若比重大 用稀釋劑稀釋 c 將助焊劑倒入助焊劑槽5 2開爐a 打開波峰焊機和排風(fēng)機電源 b 根據(jù)PCB寬度調(diào)整波峰焊機傳送帶 或夾具 的寬度 5 3設(shè)置焊接參數(shù)a發(fā)泡風(fēng)量或助焊劑噴射壓力 根據(jù)助焊劑接觸PCB底面的情況確定 b預(yù)熱溫度 根據(jù)波峰焊機預(yù)熱區(qū)的實際情況設(shè)定 90 130 c傳送帶速度 根據(jù)不同的波峰焊機和待焊接PCB的情況設(shè)定 0 8 1 92m min d焊錫溫度 必須是打上來的實際波峰溫度為250 5 時的表頭顯示溫度 e測波峰高度 調(diào)到超過PCB底面 在PCB厚度的2 3處 5 4首件焊接并檢驗 待所有焊接參數(shù)達(dá)到設(shè)定值后進行 a把PCB輕輕地放在傳送帶 夾具 上 機器自動進行噴涂助焊劑 干燥 預(yù)熱 波峰焊 冷卻 b在波峰焊出口處接住PCB c進行首件焊接質(zhì)量檢驗 5 5根據(jù)首件焊接結(jié)果調(diào)整焊接參數(shù) 5 6連續(xù)焊接生產(chǎn)a方法同首件焊接 b在波峰焊出口處接住PCB 檢查后將PCB裝入防靜電周轉(zhuǎn)箱送修板后附工序 或直接送連線式清洗機進行清洗 c連續(xù)焊接過程中每塊印制板都應(yīng)檢查質(zhì)量 有嚴(yán)重焊接缺陷的印制板 應(yīng)立即重復(fù)焊接一遍 如重復(fù)焊接后還存在問題 應(yīng)檢查原因 對工藝參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整后才能繼續(xù)焊接 6 檢驗檢驗方法 目視或用2 5倍放大鏡觀察 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)外行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IPC A 610CIPC A 610D 檢測標(biāo)準(zhǔn) 通孔元件 優(yōu)良焊點的條件 外觀條件 a焊盤和引腳周圍全部被焊料潤濕b焊料量適中 避免過多或少c焊點表面表面應(yīng)完整 連續(xù)平滑d無針孔和空洞e焊料在插裝孔中100 填充f元件引腳的輪廓清晰可辨別內(nèi)部條件優(yōu)良的焊點必須形成適當(dāng)?shù)腎MC金屬間化合物 結(jié)合層 沒有開裂和裂紋 合格的焊點 IPC標(biāo)準(zhǔn) IPC標(biāo)準(zhǔn) 分三級 7 波峰焊工藝參數(shù)控制要點7 1焊劑涂覆量要求在印制板底面有薄薄的一層焊劑 要均勻 不能太厚 對于免清洗工藝特別要注意不能過量 焊劑涂覆量要根據(jù)波峰焊機的焊劑涂覆系統(tǒng) 以及采用的焊劑類型進行設(shè)置 焊劑涂覆方法主要有涂刷 發(fā)泡及定量噴射兩種方式 采用涂刷與發(fā)泡方式時 必須控制焊劑的比重 焊劑的比重一般控制在0 8 0 84之間 液態(tài)松香焊劑原液的比重 焊接過程中隨著時間的延長 焊劑中的溶劑會逐漸揮發(fā) 使焊劑的比重增大 其黏度隨之增大 流動性也隨之變差 影響焊劑潤濕金屬表面 妨礙熔融的焊料在金屬表面上的潤濕 引起焊接缺陷 因此采用傳統(tǒng)涂刷及發(fā)泡方式時應(yīng)定時測量焊劑的比重 如發(fā)現(xiàn)比重增大 應(yīng)及時用稀釋劑調(diào)整到正常范圍內(nèi) 但稀釋劑不能加入過多 比重偏低會使焊劑的作用下降 對焊接質(zhì)量也會造成不良影響 另外還要注意不斷補充焊劑槽中的焊劑量 不能低于最低極限位置 采用定量噴射方式時 焊劑是密閉在容器內(nèi)的 不會揮發(fā) 不會吸收空氣中水分 不會被污染 因此焊劑成分能保持不變 關(guān)鍵要求噴頭能夠控制噴霧量 應(yīng)經(jīng)常清理噴頭 噴射孔不能堵塞 7 2印制板預(yù)熱溫度和時間預(yù)熱的作用 a將焊劑中的溶劑揮發(fā)掉 這樣可以減少焊接時產(chǎn)生氣體b焊劑中松香和活性劑開始分解和活性化 可以去除印制板焊盤 元器件端頭和引腳表面的氧化膜以及其它污染物 同時起到保護金屬表面防止發(fā)生再氧化的作用c使印制板和元器件充分預(yù)熱 避免焊接時急劇升溫產(chǎn)生熱應(yīng)力損壞印制板和元器件 印制板預(yù)熱溫度和時間要根據(jù)印制板的大小 厚度 元器件的大小和多少 以及貼裝元器件的多少來確定 預(yù)熱溫度在90 130 PCB底面溫度 多層板以及有較多貼裝元器件時預(yù)熱溫度取上限 不同PCB類型和組裝形式的預(yù)熱溫度參考表8 1 參考時一定要結(jié)合組裝板的具體情況 做工藝試驗或試焊后進行設(shè)置 有條件時可測實時溫度曲線 預(yù)熱時間由傳送帶速度來控制 如預(yù)熱溫度偏低或和預(yù)熱時間過短 焊劑中的溶劑揮發(fā)不充分 焊接時產(chǎn)生氣體引起氣孔 錫球等焊接缺陷 如預(yù)熱溫度偏高或預(yù)熱時間過長 焊劑被提前分解 使焊劑失去活性 同樣會引起毛刺 橋接等焊接缺陷 因此要恰當(dāng)控制預(yù)熱溫度和時間 最佳的預(yù)熱溫度是在波峰焊前涂覆在PCB底面的焊劑帶有粘性 預(yù)熱溫度參考表 7 3焊接溫度和時間焊接過程是焊接金屬表面 熔融焊料和空氣等之間相互作用的復(fù)雜過程 必須控制好焊接溫度和時間 如焊接溫度偏低 液體焊料的黏度大 不能很好地在金屬表面潤濕和擴散 容易產(chǎn)生拉尖和橋連 焊點表面粗糙等缺陷 如焊接溫度過高 容易損壞元器件 還會產(chǎn)生焊點氧化速度加快 焊點發(fā)烏 焊點不飽滿等問題 根據(jù)印制板的大小 厚度 印制板上搭載元器件的大小和多少來確定波峰焊溫度 波峰溫度一般為250 5 必須測打上來的實際波峰溫度 由于熱量是溫度和時間的函數(shù) 在一定溫度下焊點和元件受熱的熱量隨時間的增加而增加 波峰焊的焊接時間通過調(diào)整傳送帶的速度來控制 傳送帶的速度要根據(jù)不同型號波峰焊機的長度 波峰的寬度來調(diào)整 以每個焊點接觸波峰的時間來表示焊接時間 一般焊接時間為3 4s 7 4印制板爬坡 傳送帶傾斜 角度和波峰高度印制板爬坡角度為3 7 有利于排除殘留在焊點和元件周圍由焊劑產(chǎn)生的氣體 有SMD時 通孔比較少 爬坡角度應(yīng)大一些 適當(dāng)?shù)呐榔陆嵌冗€可以少量調(diào)節(jié)焊接時間 適當(dāng)?shù)牟ǚ甯叨仁购噶喜▽更c增加壓力和流速有利于焊料潤濕金屬表面 流入小孔 波峰高度一般控制在印制板厚度的2 3處 a 爬坡角度小 焊接時間長 b 爬坡角度大 焊接時間短圖8 7傳送帶傾斜角度與焊接時間的關(guān)系 7 5工藝參數(shù)的綜合調(diào)整工藝參數(shù)的綜合調(diào)整對提高波峰焊質(zhì)量是非常重要的 焊接溫度和時間是形成良好焊點的首要條件 焊接溫度和時間與預(yù)熱溫度 焊料波的溫度 傾斜角度 傳輸速度都有關(guān)系 綜合調(diào)整工藝參數(shù)時首先要保證焊接溫度和時間 雙波峰焊的第一個波峰一般在235 240 1s左右 第二個波峰一般在240 260 3s左右 兩個波峰的總時間控制在10s以內(nèi) 焊接時間 焊點與波峰的接觸長度 傳輸速度焊點與波峰的接觸長度可以用一塊帶有刻度的耐高溫玻璃測試板走一次波峰進行測量 傳輸速度是影響產(chǎn)量的因素 在保證焊接質(zhì)量的前提下 通過合理的綜合調(diào)整各工藝參數(shù) 可以實現(xiàn)盡可能的提高產(chǎn)量的目的 7 6波峰焊質(zhì)量控制方法 1 嚴(yán)格工藝制度每小時記錄一次溫度等焊接參數(shù) 定時或?qū)γ繅K印制板進行焊后質(zhì)量檢查 發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題 及時調(diào)整參數(shù) 采取措施 2 根據(jù)波峰焊機的開機工作時間 定期 一般半年 檢測焊料鍋內(nèi)焊料的鉛錫比例和雜質(zhì)含量 如果錫的含量低于極限時 可添加一些純錫 如雜質(zhì)含量超標(biāo) 應(yīng)進行換錫處理 3 每天清理波峰噴嘴和焊料鍋表面的氧化物等殘渣 4 堅持定期設(shè)備維護 使設(shè)備始終保持在正常運行狀態(tài) 5 把日常發(fā)生的質(zhì)量問題記錄下來 定期做總結(jié) 分析 積累經(jīng)驗 8 波峰焊常見焊接缺陷分析及預(yù)防對策隨著目前元器件變得越來越小 PCB組裝密度越來越密 另外由于免清洗助焊劑不含鹵化物 固體含量不能超過2 因此去氧化和助焊作用大大減小 由于目前無鉛焊接高溫 潤濕性差 工藝窗口小的特點 使波峰焊工藝的難度越來越大 8 1影響波峰焊質(zhì)量的因素 a設(shè)備b材料c印制板d元器件ePCB設(shè)計f工藝 一 設(shè)備對波峰焊質(zhì)量的影響 波峰焊機介紹 助焊劑噴霧系統(tǒng) 氮氣保護裝置 錫爐進出及升降 自動加錫裝置自動調(diào)整液面高度 助焊劑涂覆裝置 超聲噴霧器 助焊劑噴嘴 滾筒助焊劑槽 發(fā)泡助焊劑槽 常見的幾種波峰結(jié)構(gòu) T形波 波 波 空心波 主要技術(shù)參數(shù) 波峰焊機的評估 助焊劑噴涂系統(tǒng)的可控制性 預(yù)熱區(qū)長度和加熱方式 預(yù)熱和焊接溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 波峰高度的穩(wěn)定性及可調(diào)整性 兩個波峰之間的距離 冷卻系統(tǒng)的可控制性 傳輸系統(tǒng)的平穩(wěn)性 以及是否配置了擾流 震動 波 熱風(fēng)刀 氮氣保護等功能 選擇性波峰焊機是無鉛波峰焊的良好選擇 二 材料對波峰焊質(zhì)量的影響 焊料質(zhì)量 合金配比與雜質(zhì)對焊接質(zhì)量的影響 焊劑防氧化劑的質(zhì)量以及正確的管理和使用 1 焊料質(zhì)量 合金配比與雜質(zhì)對焊接質(zhì)量的影響 3 隨時間延長 錫鍋中合金比例發(fā)生變化 雜質(zhì)也越來越多 引起熔點 黏度 表面張力的變化 造成波峰焊質(zhì)量不穩(wěn)定 嚴(yán)重時必須換錫 合金配比對焊接溫度的影響 1 熔融Sn擴散 Pb不擴散 Sn的比例隨時間延長越來越少 會提高熔點 焊接溫度會越來越高 2 Cu Ag Au等有浸析現(xiàn)象 因此Cu等雜質(zhì)隨時間延長越來越多 最佳焊接溫度線 液態(tài) 固態(tài) Cu等雜質(zhì)對焊接質(zhì)量的影響 波峰焊時元件引腳 PCB焊盤中的Cu溶解到焊料中 當(dāng)Cu含量超過1 時 焊料熔點上升 流動性變差 焊點易產(chǎn)生拉尖 橋接等缺陷 因此銅含量是經(jīng)常檢測的項目 隨時間延長 最初的設(shè)置溫度焊不成了 必須提高溫度才能焊好 這也是波峰焊的工藝難點之一 因為合金比例與雜質(zhì)變化是動態(tài)的 錫爐中焊料的維護 適當(dāng)補充純Sn 調(diào)整SnPb比例 利用重力法來分離銅溶解污染形成的金屬間化物Cu6Sn5 冷至188 靜置8h 由于Cu6Sn5比重為8 28 而SnPb比重為8 8 8 9 Cu6Sn5浮在表面可去除 而無鉛焊料比重為7 29 7 39 比Cu6Sn5輕 Cu6Sn5沉入鍋底 無法使用重力法來分離 加強設(shè)備的日常維護 2 助焊劑對波峰焊質(zhì)量的影響 在焊接過程中 助焊劑能凈化焊接金屬和焊接表面 因此助焊劑的活性直接影響浸潤性 a 去除被焊金屬表面的氧化物 b 防止焊接時焊料和焊接表面的再氧化 c 降低焊料的表面張力 增強潤濕性 d 有利于熱量傳遞到焊接區(qū) 助焊劑的作用 a 松香型焊劑b 水溶性助焊劑c 免清洗助焊劑d 無揮發(fā)性有機化合物 VOC 的免清洗焊劑近年來已開發(fā)出新一代無VOC免清洗助焊劑 以去離子水代替醇作為溶劑 再加入活性劑 發(fā)泡劑 潤濕劑 非VOC溶劑等按一定比例配制 水基無VOC免清洗助焊劑對波峰焊的預(yù)熱過程提出了新的要求 如果在波峰焊前 水未完成揮發(fā) 當(dāng)接觸熔融焊料時會引起焊料飛濺 氣孔和空洞 四類常用助焊劑 三 印制板對波峰焊質(zhì)量的影響 PCB焊盤鍍層及氧化程度金屬化孔厚度與質(zhì)量阻焊膜的質(zhì)量PCB的平整度PCB受潮與否 不要過早打開密封包裝 對受潮PCB進行去潮處理 以上因素直接影響焊接質(zhì)量 會造成浸潤性差 虛焊 漏焊 氣孔 錫珠等焊接缺陷 四 元器件對波峰焊質(zhì)量的影響 元器件焊端與引腳鍍層 元器件焊端與引腳污染 包括貼片膠污染 或氧化 直接影響浸潤性 會造成虛焊 漏焊 氣孔 錫珠等焊接缺陷 五 PCB設(shè)計對波峰焊質(zhì)量的影響 PCB焊盤設(shè)計與排布方向 盡量避免陰影效應(yīng) 以及插裝孔的孔徑和焊盤設(shè)計是否合理 也是影響波峰焊質(zhì)量的重要因素 與波峰焊有關(guān)的THC 通孔插裝元器件 焊盤設(shè)計 元件孔徑和焊盤設(shè)計 元器件孔距 IC焊盤設(shè)計 元件孔徑和焊盤設(shè)計 a 元件孔徑元件孔徑設(shè)計考慮的因素 元件引腳直徑 公差和鍍層厚度 孔徑公差 金屬化鍍層厚度 插裝元器件焊盤 孔徑過大 過小都會影響毛細(xì)作用 影響浸潤性和填充性同時會造成元件歪斜 元件孔一定要設(shè)計在基本格 1 2基本格 1 4基本格上 通常規(guī)定元件孔徑 d 0 2 0 5 mm d為引線直徑 插裝元器件焊盤孔與引線間隙在0 2 0 3mm之間 自動插裝機的插裝孔比引線大0 4mm 如果引線需要鍍錫 孔還要加大一些 通常焊盤內(nèi)孔不小于0 6mm 否則沖孔工藝性不好金屬化后的孔徑 0 2 0 3mm的引線直徑 這樣有利于波峰焊的焊錫往上爬 同時利于排氣 如果孔太小 氣體跑不出來 會夾雜在焊錫里 孔太大元件容易偏斜 例 設(shè)計時大于引腳0 2mm 鍍層厚度 25 m 引腳搪錫0 1mm 只剩0 2 0 025 0 1 0 075mm 的余量 如果 0 2mm 結(jié)果引腳肯定插不進去 只好打孔 造成質(zhì)量問題 不允許用錐子打孔 b 連接盤 焊環(huán) 連接盤直徑考慮的因素 打孔偏差 焊盤附著力和抗剝強度 連接盤過大 由于焊盤吸熱 容易造成焊點干癟 連接盤過小 影響可靠性 焊盤直徑大于孔直徑 焊盤寬度S 的最小要求 國標(biāo) 0 2mm 最小焊盤寬度大于0 1mm 航天部標(biāo)準(zhǔn) 0 4mm 一邊各留0 2mm的最小距離 美軍標(biāo)準(zhǔn) 0 26mm時 一邊各留0 13mm的最小距離 孔徑 焊盤直徑D 引線直徑d 焊盤寬度S 焊盤寬度S的最小要求 c 焊盤與孔的關(guān)系孔直徑 0 4mm的焊盤設(shè)計 D 2 5 3 d孔直徑 2mm的焊盤設(shè)計 D 1 5 2 d 孔徑 焊盤直徑D 引線直徑d 焊盤寬度S D d 連接盤的形狀由布線密度決定 一般有 圓形 橢圓 長方形 方形 淚滴形 可查標(biāo)準(zhǔn) 焊盤一定在2 54柵格上 f 焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm 這樣可以避免加工時導(dǎo)致焊盤缺損 g 焊盤的開口 波峰焊后補焊的元件 可對該焊盤開一小口 這樣波峰焊時內(nèi)孔就不會被封住 而且也不會影響正常的焊接 h 多層板外層 單雙面板上大的導(dǎo)電面積 應(yīng)局部開設(shè)窗口 并最好布設(shè)在元件面 如果大導(dǎo)電面積上有焊接點 焊接點應(yīng)在保持其導(dǎo)體連續(xù)性的基礎(chǔ)上作出隔離刻蝕區(qū)域 防止焊接時熱應(yīng)力集中 插裝元器件孔距應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化 不要齊根成型 跨接線通常只設(shè)7 5mm 10mm 元件名孔距R 1 4W 1 2W10mm 12 5mm 17 5mm R 1 2W L 2 3 mm L為元件身長 IN41487 5mm 10mm 12 5mm1N400系列10mm 12 5mm小瓷片 獨石電容2 54mm小三極管 3發(fā)光管2 54mm 元器件孔距 孔距過大 過小都會造成插裝困難 甚至損壞金屬化孔 IC孔徑 0 8mm 器件引腳間距 2 54 0 1英寸 封裝體寬度有寬 窄2種焊盤孔跨距為 7 6mm 0 3英寸 和15 2mm 0 6英寸 焊盤尺寸為 2 2mm IC焊盤設(shè)計 與波峰焊有關(guān)的SMC SMD 表面貼裝元器件 焊盤設(shè)計 SMD波峰焊時造成陰影效應(yīng) 波峰焊工藝的元器件排布方向 波峰焊料流動方向PCB運行方向aChip元件的長軸應(yīng)垂直于波峰焊機的傳送帶方向 SMD器件長軸應(yīng)平行于波峰焊機的傳送帶方向 b為了避免陰影效應(yīng) 同尺寸元件的端頭在平行于焊料波方向排成一直線 不同尺寸的大小元器件應(yīng)交錯放置 小尺寸的元件要排布在大元件的前方 防止元件體遮擋焊接端頭和引腳 當(dāng)不能按以上要求排布時 元件之間應(yīng)留有3 5mm間距 3 元器件的特征方向應(yīng)一致如 電解電容器極性 二極管的正極 三極管的單引腳端 集成電路的第一腳等 減小陰影效應(yīng)的措施 45 倒角處理 竊錫焊盤 延伸元件體外側(cè)的焊盤長度 尾部增加一個空焊盤 波峰方向 橢圓形焊盤 QFP焊盤設(shè)計 A Pitch 0 8 0 65mm焊盤外框尺寸Z L 0 6L 元件長 寬 方向公稱尺寸0 8焊盤長 寬 Y X 1 8 0 50 65焊盤長 寬 Y X 1 8 0 4 波峰焊時 1 QFP一般不建議波峰焊 只有單面板采用 2 45 布局3 設(shè)計橢圓形焊盤4 Z值增加0 4 0 6mm5 波峰尾部增加竊錫焊盤 c 波峰焊時 應(yīng)將導(dǎo)通孔設(shè)置在焊盤的尾部或靠近焊盤 導(dǎo)通孔的位置應(yīng)不被元件覆蓋 便于氣體排出 當(dāng)導(dǎo)通孔設(shè)置在焊盤上時 一般孔與元件端頭相距0 254mm 0 254mm波峰焊導(dǎo)通孔示意圖 六 工藝對波峰焊質(zhì)量的影響 助焊劑比重和噴涂量預(yù)熱和焊接溫度傳輸帶傾斜角度和傳輸速度波峰高度等參數(shù)的正確設(shè)置以及工藝參數(shù)的綜合調(diào)整 七 加強設(shè)備的日常維護 每天清理助焊劑噴頭 噴射孔不能堵塞 每天清理波峰噴嘴和焊料鍋表面的氧化物等殘渣 定期清洗傳送軌和PCB夾持爪 定期 一般半年 檢測焊料鍋內(nèi)焊料的鉛錫比例和雜質(zhì)含量 如果錫的含量低于極限時 可添加一些純錫 如雜質(zhì)含量超標(biāo) 應(yīng)進行換錫處理 堅持定期 日 周 月 季 半年 一年 設(shè)備維護 例如助焊劑噴涂系統(tǒng) 加熱系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng) PCB傳送運行系統(tǒng) 傳感器的清潔 潤滑 錫鍋溫度 預(yù)熱溫度 PCB夾送速度 助焊劑噴涂系統(tǒng)的啟動掃描速度和寬度等控制系統(tǒng)的精度 靈敏度校驗與維護 使設(shè)備始終保持在正常運行狀態(tài) 8 2波峰焊常見焊接缺陷分析及預(yù)防對策 1 焊料不足 焊料不足是指焊點干癟 焊點不完整 不飽滿 插裝孔及導(dǎo)通孔中焊料填充高度不足75 大多是半潤濕引起的 焊點不完整元件面上錫不好 插裝孔中焊料不飽滿 導(dǎo)通孔中焊料不飽滿 2 焊料過多 元件焊端和引腳周圍被過多的焊料包圍 或焊點中間裹有氣泡 不能形成標(biāo)準(zhǔn)的彎月面焊點 潤濕角 90 3 焊點拉尖 或稱冰柱 焊點頂部拉尖呈冰柱狀 小旗狀 4 焊點橋接或短路 橋接又稱連橋 元件端頭之間 元器件相鄰的焊點之間以及焊點與鄰近的導(dǎo)線 過孔等電氣上不該連接的部位被焊錫連接在一起 5 漏焊 虛焊 元器件焊端 引腳或印制板焊盤不沾錫或局部不沾錫 大多由于潤濕不良造成 6 焊料球 又稱焊錫球 焊錫珠 是指散布在焊點附近的微小珠狀焊料 7 氣孔 分布在焊點表面或內(nèi)部的氣孔 針孔 在焊點內(nèi)部比較大的吹氣孔也稱空洞 8 冷焊和焊點擾動 又稱焊點紋亂 焊點表面呈現(xiàn)焊錫紊亂痕跡 9 錫絲 錫網(wǎng) 元件焊端之間 引腳之間 焊端或引腳與通孔之間的微細(xì)錫絲 粘著在阻焊層的焊接殘留稱為錫網(wǎng) 焊縫起翹又稱焊點剝離 Lift off 元件損壞 產(chǎn)生原因 MELF在錫波中停留時間過長 可能碎裂 冷卻速度過快 由于無鉛高溫 容易產(chǎn)生元件損壞 焊料上吸 燈芯效應(yīng) 焊錫從焊接處向上流走 造成焊點焊錫量不足 產(chǎn)生原因 預(yù)熱溫度過高 焊接時間過長 熱撕裂或收縮孔 熱撕裂或收縮孔是無鉛的焊接缺陷 嚴(yán)重時縮孔或熱裂紋接觸到引腳或焊盤 這種情況則認(rèn)為是不可接受的 產(chǎn)生熱撕裂或收縮孔的主要原因 是無鉛焊焊料合金的熔點高 粘度大 表面張力大 焊接時氣體排不出來 焊點冷卻凝固時體積收縮等原因造成的 解決對策 選擇活性高的助焊劑 提高預(yù)熱溫度或延長預(yù)熱時間 適當(dāng)提高焊接溫度 降低熔融焊料的表面張力 增加流動性 其它 還有一些常見的問題 例如板面臟 主要由于焊劑固體含量高 涂覆量過多 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 白色殘留物 俗稱白霜 在焊接或溶劑清洗后基板表面的白色殘留物 通常是松香的殘留物 雖然不影響表面絕緣電阻 但客戶不接受 可先用助焊劑再用溶劑清洗 如果清洗不掉 可能由于助焊劑過期老化 或暴露在空氣中吸收水汽 也可能由于清洗劑 溶劑 中水分含量過高 或助焊劑與清洗劑不匹配 應(yīng)請供應(yīng)商協(xié)助或更換助焊劑或清洗劑 又例如焊接貼裝元器件時經(jīng)常發(fā)生掉片 丟片 現(xiàn)象 其主要原因是貼片膠質(zhì)量差或過期 點膠量和膠高度不合適 PCB表面污染 或由于貼片膠固化溫度不正確 固化溫度過低或過高都會降低粘接強度 波峰焊時由于經(jīng)不起高溫沖擊和波峰剪切力的作用 使貼裝元器件掉在焊料鍋中 又例如PCB變形 一般發(fā)生在大尺寸PCB 主要由于大尺寸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)計時盡量使元件分布均勻 在大尺寸PCB中間設(shè)計支撐帶 可設(shè)計5 10mm寬的非布元件區(qū) 焊點灰暗 有的焊后就灰暗 有的半年 一年后變暗 殘留在焊點上的有機助焊劑殘留物長時間會輕微腐蝕而呈灰暗色 焊接后立即清洗可改善 定期采樣分析 檢測錫槽內(nèi)合金比例及雜質(zhì)含量 焊點表面暗淡 粗糙 主要原因是金屬雜質(zhì)的結(jié)晶 可能是錫鍋中錫損耗 錫含量低的征兆 可添加純錫 外表粗糙 呈顆粒狀的焊點常常是由于焊料中的浮渣所致 錫槽液面高度太低 沉在四角底部的錫渣被泵打入錫槽內(nèi)再噴流出來 使焊點中混入錫渣 一般要求錫槽液面高度為 不噴流靜止時錫面離錫槽邊緣10mm 焊點發(fā)黃 一般由于焊錫溫度過高造成 應(yīng)立即查看溫度及溫度控制器是否故障 浮渣過多是一個令人棘手的問題 雙波峰的第一個波是擾流波 對SMD及高密度焊接很有幫助 但由于湍流 大大增加了暴露于大氣的液體焊料面積 加劇焊料氧化 產(chǎn)生更多的浮渣 錫鍋中焊料表面有了浮渣層的覆蓋 氧化速度就放慢了 在焊接中 常規(guī)方法是將浮渣撇去 如經(jīng)常進行撇的話 就會產(chǎn)生更多的浮渣 而且耗用的焊料更多 如果不及時補充焊料 液面下降 浮渣及沉在四角底部的錫渣被泵打入錫槽內(nèi)再噴流出來 浮渣夾雜于波峰中 導(dǎo)致波峰的不穩(wěn)定 甚至堵塞泵及噴嘴因此對錫鍋中焊料量 液面高度 的控制與維護非常重要 一般要求錫槽液面高度為 不噴流靜止時錫面離錫槽邊緣10mm A面回流后 B面波峰焊時 A面焊點二次熔錫問題 主要由于設(shè)計或溫度過高造成的 A面再流焊 B面波峰焊工藝時 BGA的導(dǎo)通孔應(yīng)設(shè)計盲孔 A面再流焊 B面波峰焊由于二次熔錫造成BGA焊點失效 還有一些肉眼看不見的缺陷 例如焊點晶粒大小 焊點