波峰焊接技术.docx

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波峰焊接技术

波

峰

焊

接

技

术

LOA照明（上海）有限公司

生产内部培训资料

Andy

2010-3-28

第一节：

波峰焊简介

叙述什么叫浸焊，什么叫波峰焊？

答：

浸焊是让插好元器件的印制电路板水平接触浸焊设备中熔融的铅锡焊料，使整块电路板上的全部元器件同时完成焊接。

波峰焊（WaveSoldering）是利用焊锡槽内的机械式或电磁式离心泵，将熔融焊料压向喷嘴，形成一股向上平稳喷涌的焊料波峰，并源源不断地从喷嘴中溢出。

装有元器件的印制电路板以直线平面运动的方式通过焊料波峰，在焊接面上形成浸润焊点而完成焊接。

手浸时应注意哪些问题？

答：

操作浸焊机，应该注意以下几点：

·焊料温度控制。

一开始要选择快速加热，当焊料熔化后，改用保温档进行小功率加热，既防止由于温度过高加速焊料氧化，保证浸焊质量，也节省了电力消耗。

·焊接前，让电路板浸蘸助焊剂，应该保证助焊剂均匀涂敷到焊接面的各处。

有条件的，最好使用发泡装置，有利于助焊剂涂敷。

·在焊接时，要特别注意电路板面与锡液完全接触，保证板上各部分同时完成焊接，焊接的时间应该控制在3s左右。

电路板浸入锡液的时候，应该使板面水平地接触锡液平面，让板上的全部焊点同时进行焊接；离开锡液的时候，最好让板面与锡液平面保持向上倾斜的夹角，δ≈10~20°，这样不仅有利于焊点内的助焊剂挥发，避免形成夹气焊点，还能让多余的焊锡流下来。

·在浸锡过程中，为保证焊接质量，要随时清理刮除漂浮在熔融锡液表面的氧化物、杂质和焊料废渣，避免废渣进入焊点造成夹渣焊。

·根据焊料使用消耗的情况，及时补充焊料。

画出自动焊接工艺流程图。

答：

什么叫再流焊？

主要用在什么元件的焊接上？

答：

再流焊也叫做回流焊，是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的锡焊技术，主要应用于各类表面安装元器件的焊接。

预先在印制电路板的焊接部位施放适量和适当形式的焊锡膏，然后贴放表面组装元器件，焊锡膏将元器件粘在PCB板上，利用外部热源加热，使焊料熔化而再次流动浸润，将元器件焊接到印制板上。

请总结再流焊的工艺特点与要求。

答：

⑴与波峰焊技术相比，再流焊工艺具有以下技术特点：

·元件不直接浸渍在熔融的焊料中，所以元件受到的热冲击小（由于加热方式不同，有些情况下施加给元器件的热应力也会比较大）。

·能在前导工序里控制焊料的施加量，减少了虚焊、桥接等焊接缺陷，所以焊接质量好，可靠性高。

·假如前导工序在PCB上施放焊料的位置正确而贴放元器件的位置有一定偏离，在再流焊过程中，当元器件的全部焊端、引脚及其相应的焊盘同时浸润时，由于熔融焊料表面张力的作用，产生自定位效应（self-alignment），能够自动校正偏差，把元器件拉回到近似准确的位置。

·再流焊的焊料是能够保证正确组分的焊锡膏，一般不会混入杂质。

·可以采用局部加热的热源，因此能在同一基板上采用不同的焊接方法进行焊接。

·工艺简单，返修的工作量很小。

⑵再流焊的工艺要求有以下几点：

①要设置合理的温度曲线。

再流焊是SMT生产中的关键工序，假如温度曲线设置不当，会引起焊接不完全、虚焊、元件翘立（“竖碑”现象）、锡珠飞溅等焊接缺陷，影响产品质量。

②SMT电路板在设计时就要确定焊接方向，应当按照设计方向进行焊接。

③在焊接过程中，要严格防止传送带震动。

④必须对第一块印制电路板的焊接效果进行判断，适当调整焊接温度曲线。

检查焊接是否完全、有无焊膏熔化不充分或虚焊和桥接的痕迹、焊点表面是否光亮、焊点形状是否向内凹陷、是否有锡珠飞溅和残留物等现象，还要检查PCB的表面颜色是否改变。

在批量生产过程中，要定时检查焊接质量，及时对温度曲线进行修正。

第二节：

无铅焊接

无铅焊接的特点及技术难点是什么？

答：

无铅化电子组装主要指无铅化焊接，包括波峰焊和回流焊。

其主要特点是焊料中不含铅，符合环境卫生的要求。

需要解决的技术难点是焊料和焊接两个基本问题。

⑴焊料；无铅焊料通常是以锡为基体，添加少量的铜、银、铋、锌或铟等组成。

使用无铅焊料带来的问题：

熔点高（260℃以上），润湿差，成本高。

⑵焊接；由于焊料的成分和性能发生了变化，焊接过程中也出现了新的问题：

①由于成分不同而出现焊料的熔点及性能不同，焊接温度和设备的控制变得比铅锡焊料复杂；

②熔点的提高对设备和被焊接的元器件的耐热要求随之提高，对波峰炉材料、回流焊温区设置提出了新的要求。

对被焊接的元器件如LED、塑料件、PCB板提出了新的耐高温问题。

③由于无铅焊润湿性差，要求采用新的助焊剂和新的焊接设备，才能达到焊接效果。

要提高助焊剂的活性，延长预热区等措施。

④由于新焊料的成本较高，须设法减少焊料损耗，采用充氮工艺等。

焊料的种类和选用原则。

答：

按照组成的成分，有锡铅焊料、银焊料、铜焊料等多种。

一般要求焊料具有熔点低、凝固快的特点，熔融时应该有较好的润湿性和流动性，凝固后要有足够的机械强度。

请说明铅锡焊料具有哪些优点？

答：

·熔点低，低于铅和锡的熔点，有利于焊接；

　·机械强度高，合金的各种机械强度均优于纯锡和铅；

　·表面张力小、粘度下降，增大了液态流动性，有利于在焊接时形成可靠接头；

　·抗氧化性好，铅的抗氧化性优点在合金中继续保持，使焊料在熔化时减少氧化量。

第三节：

助焊剂

为什么要使用助焊剂？

对助焊剂的要求有哪些？

答：

金属同空气接触以后，表面会生成一层氧化膜。

温度越高，氧化就越厉害。

这层氧化膜会阻止液态焊锡对金属的润湿作用，犹如玻璃沾上油就会使水不能润湿一样。

助焊剂就是用于清除氧化膜、保证焊锡润湿的一种化学溶剂。

它不像电弧焊中的焊药那样参与焊接的冶金过程，仅仅起到清除氧化膜的作用。

①去除氧化膜。

其实质是助焊剂中的氯化物、酸类同焊接面上的氧化物发生还原反应，从而除去氧化膜。

反应后的生成物变成悬浮的渣，漂浮在焊料表面。

　　②防止氧化。

液态的焊锡及加热的焊件金属都容易与空气中的氧接触而氧化。

助焊剂融化以后，形成漂浮在焊料表面的隔离层，防止了焊接面的氧化。

　　③　减小表面张力。

增加熔融焊料的流动性，有助于焊锡润湿和扩散。

④使焊点美观。

合适的助焊剂能够整理焊点形状，保持焊点表面的光泽。

小结助焊剂的分类及应用。

答：

正磷酸（H3PO4）

无机系列

酸

盐酸（HCl）

氟酸

盐

氯化物（ZnCl2、NH4Cl、SnCl2等）

有机酸（硬脂酸、乳酸、油酸、氨基酸等）

助焊剂

有机系列

有机卤素（盐酸苯胺等）

胺基酰胺、尿素、CO（NH4）2、乙二胺等

松香

松香系列

活化松香

氧化松香

上面三类助焊剂中，以无机焊剂的活性最强，在常温下即能除去金属表面的氧化膜。

但这种焊剂的强腐蚀作用容易损伤金属及焊点，因此，除非特别准许，不允许使用无机焊剂焊接一般电子产品。

　　有机焊剂的活性次于氯化物，有较好的助焊作用，但是也有一定腐蚀性，残渣不易清理，且挥发物对操作者有害。

　　松香在常温下几乎没有任何化学活力，呈中性；当被加热到70℃以上时开始融化，液态松香有一定的化学活性，呈现较弱的酸性，可与金属表面的氧化物发生化学反应，变成松香酸铜等化合物悬浮在液态焊锡表面。

这也起到使焊锡表面不被氧化的作用，同时还能降低液态焊锡表面的张力，增加它的流动性。

焊接完毕恢复常温以后，松香又变成稳定的固体，无腐蚀性，绝缘性强。

因此，正确使用松香是获得合格焊点的重要条件。

　　松香很容易溶于酒精、丙酮等溶剂。

在电子焊接中，常常将松香溶于酒精制成“松香水”，松香同酒精的比例一般以1:

3为宜，也可以根据使用经验增减；但不宜过浓，否则使用时流动性变差。

　　在松香水中加入活化剂如三乙醇胺，可以增加它的活性。

不过这在一般手工焊接中并非必要，只是在浸焊或波峰焊的情况下才使用。

第四节：

波峰焊接基本参数

焊接基本条件的要求

●助焊剂：

助焊剂有多种，但无论选用哪种类型，其密度D必须控制在0.82~0.86g/cm3之间。

我们选用的是免清洗树脂型助焊剂。

该助焊剂除免清洗功能外，具有较好的可溶性，稀释剂容易挥发。

还能迅速清除印制板表面的氧化物并防止二次氧化，降低焊料表面张力，提高焊接性能。

在每天用机8小时以上的情况下，要求每隔一定的周期，对锡槽内的焊料进行化学或光谱分析，不符合要求时要进行更换。

●印制电路板：

选用印制板材料时，应当考虑材料的转化温度、热膨胀系数、热传导性、抗张模数、介电常数、体积电阻率、表面电阻率、吸湿性等因素。

常用是的环氧树脂玻璃布制成的印制板，其各方面的参数可达到有关规定的要求。

我们对印制板的物理变形作了相应的分析，厚度为1.6mm的印制板，长度100mm，翘曲度必须小于0.5mm。

因为翘曲度过大，压锡深度则不能保证一致，导致焊点的均匀度差。

●可焊性：

用于波峰焊接组装的元器件引线应有较好的可焊性。

●元器件本身的耐温能力：

采用波峰焊接技术的元器件，必须要考虑元件本身的耐温能力，必须能耐受2600C/10S。

对于无耐温能力的元器应剔除。

●助焊剂流量控制：

调节助焊剂的流量，雾化颗粒及喷漈均匀度可用一张白纸进行试验，目测助焊剂喷涂在白纸上的分布情况，通过计算机软件设置参数，再用调节器配合调节，直到理想状态为止。

通常板厚为1.6MM。

元器件为一般通孔器件的情况下，设定流量为1.8L/H.

●倾斜角的控制：

倾斜角是波峰顶水平面与传送到波峰处的印制板之间的夹角。

这个角度的夹角对于焊点质量致关重要。

由于地球的引力，焊锡从锡槽向外流动起始速度与流出的锡槽后的自由落体速度不一致。

如果夹角调节不当会导致印制板与焊锡的接触和分离的时间不同，焊锡对印制板的浸入力度也不同。

为避免这些问题，调节范围严格近控制在6º~10º之间。

●传送速度控制：

控制传送速度在设置参数时应考虑以下诸方面的因素：

1助焊剂喷涂厚度：

因为助焊剂的流量设定后，基本上是一个固定的参数。

传送速度的变化会使喷涂在印制板上的助焊剂厚度发生相应的变化。

2预热效果：

印制板从进入预热区到第一波峰这段时间里，印制板底面的温度要求能够达到设定的工艺温度。

传送速度的快慢会影响预热效果。

不同印制电路板在波峰焊时的预热温度

PCB类型

元器件种类

预热温度（℃）

单面板

THC+SMD

90~100

双面板

THC

90~110

双面板

THC+SMD

100~110

多层板

THC

110~125

多层板

THC+SMD

110~130

3板材的厚度：

传送速度与板材的厚薄具有相应的关系，厚板的传送速度应比薄板稍慢一点。

4单面板和双面板：

单面板和双面板的热传导性不同，所要求的预热温度也相应不同。

5无件的分布密度：

由于热传导的作用，印制板上元件的分布密度及元器件体积的大小，也应作为设置传送速度的重要因素之一。

经实际操作，总结的传送速度参数调节范围

印制板类别  传送速度调节范围（m/min）

单面板  1.5~1.8

双面板  1.0~1.2

6焊接温度：

波峰焊接温度取决于焊点形成最佳状态所需要的温度，这里是指焊料熔液的温度，往往实际温度与计算机设置的温度有些偏差，焊接之前，必须进行实际测量。

用校准的温度计或电子温度计测量锡槽各点温度。

按实际温度值修改计算机设置的参数。

当基本达到设计温度时，空载运行4分钟，使温度分布均匀后，再进行焊接。

波峰高度是指波棱到波峰顶点的距离，波峰过高或过低会影响被焊件与波峰的接触状况，波峰高度调节范围是在0~99%之间，实际对应高度约为0~10mm。

99%对应为机器的最大容限。

实际选用波峰高设为7mm左右。

压锡深度是指被焊印制板浸入焊锡的深度，一般压锡深度为板厚的1/2~3/4.压锡太深容易使焊锡溅上元件面；压锡太浅时，焊锡涂履力度不够，则会造成虚焊或漏焊。

第五节：

焊接质量

什么叫虚焊？

产生虚焊的原因是什么？

有何危害？

答：

（1）虚焊使焊点成为有接触电阻的连接状态。

（2）造成虚焊的主要原因是：

焊锡质量差；助焊剂的还原性不良或用量不够；被焊接处表面未预先清洁好，镀锡不牢；烙铁头的温度过高或过低，表面有氧化层；焊接时间掌握不好，太长或太短；焊接中焊锡尚未凝固时，焊接元件松动。

（3）它使焊点成为有接触电阻的连接状态，导致电路工作不正常，出现连接时好时坏的不稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。

此外，也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内，保持接触尚好，因此不容易发现。

但在温度、湿度和振动等环境条件的作用下，接触表面逐步被氧化，接触慢慢地变得不完全起来。

虚焊点的接触电阻会引起局部发热，局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化，最终甚至使焊点脱落，电路完全不能正常工作。

对焊点质量有何要求？

简述不良焊点常见的外观以及如何检查。

答：

①焊点质量要求

⑴可靠的电气连接

⑵足够的机械强度

⑶光洁整齐的外观

良好的焊点要求焊料用量恰到好处，表面圆润，有金属光泽。

外表是焊接质量的反映，注意：

焊点表面有金属光泽是焊接温度合适、生成合金层的标志，这不仅仅是美观的要求。

焊点的外观检查，除用目测（或借助放大镜，显微镜观测）焊点是否合乎上述标准以外，还包括从以下几个方面对整块印制电路板进行焊接质量的检查：

•没有漏焊；

•没有焊料拉尖；

•没有焊料引起导线间短路（即所谓“桥接”）；

•不损伤导线及元器件的绝缘层；

•没有焊料飞溅。

②不良焊点常见的外观及检查方法

焊点缺陷

外观特点

“虚焊”

焊锡与元器件引线和铜箔之间有明显黑色界限，焊锡向界限凹陷

“焊料堆积”

焊点呈白色、无光泽，结构松散

“焊料过多”

焊点表面向外凸出

“焊料过少”

焊点面积小于焊盘的80%，焊料未形成平滑的过渡面

“松香焊”

焊缝中夹有松香渣

“过热”

焊点发白，表面较粗糙，无金属光泽

“冷焊”

表面呈豆腐渣状颗粒，可能有裂纹

“浸润不良”

焊料与焊件交界面接触过大，不平滑

“不对称”

焊锡未流满焊盘

“松动”

导线或元器件引线课移动

“拉尖”

焊点出现尖端

“桥接”

相邻导线连接

“针孔”

目测或低倍放大镜可见焊点有孔

“气泡”

引线根部有喷火式焊料隆起，内部藏有空洞

“铜箔翘起”

铜箔从印制板上剥离

“剥离”

焊点从铜箔上剥落（不是铜箔与印制板剥离）

检查时，除目测外还要用指触、镊子拨动、拉线等办法检查有无导线断线、焊盘剥离等缺陷。

第六节：

焊接缺陷分析

熟记常见焊点缺陷及原因分析。

在今后的焊接工作中，如何避免这些缺陷的发生（提示：

参见下表）

答：

焊点缺陷

外观特点

危害

原因分析

“虚焊”

焊锡与元器件引线和铜箔之间有明显黑色界限，焊锡向界限凹陷

不能正常工作

1、元器件引线未清洁好、未镀好锡或锡氧化

2、印制板未清洁好，喷涂的助焊剂质量不好

“焊料堆积”

焊点呈白色、无光泽，结构松散

机械强度不足，可能虚焊

1、焊料质量不好

2、焊接温度不够

3、焊接未凝固前元器件引线松动

“焊料过多”

焊点表面向外凸出

浪费焊料，可能包藏缺陷

焊丝撤离过迟

“焊料过少”

焊点面积小于焊盘的80%，焊料未形成平滑的过渡面

机械强度不足

1、焊锡流动性差或焊锡撤离过早

2、助焊剂不足

3、焊接时间太短

“松香焊”

焊缝中夹有松香渣

强度不足，导通不良，可能时通时断

1、助焊剂过多或已失效

2、焊接时间不够，加热不足

3、焊件表面有氧化膜

“过热”

焊点发白，表面较粗糙，无金属光泽

焊盘强度降低，容易剥落

烙铁功率过大，加热时间过长

“冷焊”

表面呈豆腐渣状颗粒，可能有裂纹

强度低，导电性能不好

焊料未凝固前焊件抖动

“浸润不良”

焊料与焊件交界面接触过大，不平滑

强度低，不通或时通时断

1、焊件未清理干净

2、助焊剂不足或质量差

3、焊件未充分加热

“不对称”

焊锡未流满焊盘

强度不足

1、焊料流动性差

2、助焊剂不足或质量差

3、加热不足

“松动”

导线或元器件引线课移动

不导通或导通不良

1、焊锡未凝固前引线移动造成间隙

2、引线未处理好（不浸润或浸润差）

“拉尖”

焊点出现尖端

外观不佳，容易造成桥接短路

1、助焊剂过少而加热时间过长

2、烙铁撤离角度不当

“桥接”

相邻导线连接

电气短路

1、焊锡过多

2、烙铁撤离角度不当

“针孔”

目测或低倍放大镜可见焊点有孔

强度不足，焊点容易腐蚀

引线与焊盘孔的间隙过大

“气泡”

引线根部有喷火式焊料隆起，内部藏有空洞

暂时导通，但长时间容易引起导通不良

1、引线与焊盘孔间隙大

2、引线浸润性不良

3、双面板堵通孔焊接时间长，孔内空气膨胀

“铜箔翘起”

铜箔从印制板上剥离

印制板已被损坏

焊接时间太长，温度过高

“剥离”

焊点从铜箔上剥落（不是铜箔与印制板剥离）

断路

焊盘上金属镀层不良