無(wú)鉛波峰焊工藝與設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)探討無(wú)鉛波峰焊工藝與設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)探討胡強(qiáng)，李忠鎖，張幫國(guó)（日東電子無(wú)鉛焊接研發(fā)中心，廣東深圳518103）趙智力（哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150001）摘要介紹了無(wú)鉛波峰焊工藝的特點(diǎn)，并從波峰焊接工藝流程分別介紹了無(wú)鉛波峰焊設(shè)備的各個(gè)子系統(tǒng)。從無(wú)鉛焊料的潤(rùn)濕性、易氧化性、金屬間化合物的形成特點(diǎn)等方面分析了無(wú)鉛焊接相對(duì)于SNPB焊接的工藝特點(diǎn)，提出了無(wú)鉛焊接過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題及解決的方法。從無(wú)鉛焊接工藝特點(diǎn)分析，整個(gè)波峰焊接過(guò)程是一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，任何一個(gè)參數(shù)的改變都可能影響焊接接頭的性能。通過(guò)分析需要對(duì)波峰焊接過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，得到優(yōu)良的焊接接頭。關(guān)鍵詞無(wú)鉛波峰焊；噴霧；預(yù)熱；冷卻；軌道傳輸；N2保護(hù)鉛是一種具有毒性的金屬元素，長(zhǎng)期與含鉛物質(zhì)接觸將對(duì)人體健康造成危害。隨著人類環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，大范圍內(nèi)禁止使用含鉛物質(zhì)的呼聲越來(lái)越高，其中一個(gè)主要的方向就是推進(jìn)電子行業(yè)中的無(wú)鉛化。2003年2月13日，歐盟正式公布了WEEE和ROHS指令，并于2006年7月1日起，全面禁止鉛在電子產(chǎn)品中的使用。這兩相指令的公布，極大的推動(dòng)了電子產(chǎn)品中的無(wú)鉛化進(jìn)程。隨著電子產(chǎn)品無(wú)鉛化的推進(jìn)，無(wú)鉛焊料、無(wú)鉛助焊劑、無(wú)鉛焊接設(shè)備的研究都取得了很大的成功，另外PCB和電子元器件的無(wú)鉛化也得到了很大的發(fā)展。對(duì)于無(wú)鉛焊接設(shè)備，主要是無(wú)鉛波峰焊和無(wú)鉛回流焊，下面就無(wú)鉛波峰焊設(shè)備及其工藝方面的技術(shù)特點(diǎn)作一個(gè)簡(jiǎn)要的概敘。綜觀整個(gè)波峰焊工藝過(guò)程，包括助焊劑涂敷系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、波峰焊接系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和軌道傳輸系統(tǒng)。每一個(gè)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)焊接工藝來(lái)說(shuō)都是非常重要的，直接影響到PCB焊接接頭的質(zhì)量。在傳送帶上的印制電路板組件按照規(guī)定的路線通過(guò)這些工藝系統(tǒng)。通常情況下，在波峰焊接設(shè)備的左側(cè)進(jìn)入，右側(cè)輸出。對(duì)于無(wú)鉛波峰焊來(lái)說(shuō)，另外一個(gè)主要的系統(tǒng)就是氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。1助焊劑涂敷系統(tǒng)隨著電子設(shè)備的小型化、輕型化，特別是高密度組裝技術(shù)的發(fā)展，對(duì)PCB焊接質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而助焊劑是保證焊接質(zhì)量的一個(gè)重要因素。傳統(tǒng)的助焊劑焊后固體殘余物較多，需要清洗，而清洗工藝一直采用CFC氟氯烴產(chǎn)品及1，1，1三氯乙烷等作為PCB焊后的清洗劑，以消除PCB表面殘留的導(dǎo)電物質(zhì)或其它污染物，保證產(chǎn)品可靠使用，但是CFC等清洗劑中含有ODS（臭氧耗竭物質(zhì)），破壞生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重威脅人類的安全14。免清洗助焊劑是隨著電子工業(yè)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)的需要而產(chǎn)生的一種新型助焊劑。它解決了不使用CFC類清洗劑減少環(huán)境污染方面和解決因細(xì)間隙、高密度元器件組裝帶來(lái)的清洗困難方面具有重要的意義。對(duì)于無(wú)鉛波峰焊來(lái)說(shuō)，免清洗助焊劑的使用已經(jīng)成為一種必然的趨勢(shì)，但是由于免清洗助焊劑的固體含量一般都比較低，一般在2左右。這就對(duì)助焊劑涂敷系統(tǒng)提出了更高的要求。目前，無(wú)鉛波峰焊助焊劑采用的涂敷方法主要有二種發(fā)泡和噴霧。發(fā)泡法是借助一個(gè)浸在助焊劑液體中的鼓風(fēng)機(jī)，噴出低壓清潔的空氣發(fā)泡，并沿著煙囪型的噴管吹向表面，通過(guò)噴嘴，使焊接面接融泡沫，涂上一層均勻的助焊劑。其優(yōu)點(diǎn)是和連續(xù)焊接工藝相容，發(fā)泡要求精度不高，適用于混合組裝基板。但其缺點(diǎn)是蒸發(fā)損失相當(dāng)大，因?yàn)槿芤悍悬c(diǎn)高，預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，且不是所有助焊劑都有好的發(fā)泡性能。另外就是涂覆不均勻，印制板上有殘余物，不能控制助焊劑涂敷量，需要時(shí)常監(jiān)視助焊劑的變化及經(jīng)常更換助焊劑，助焊劑消耗量大。發(fā)泡的方法對(duì)于固體含量高于5的助焊劑來(lái)說(shuō)，效果是比較好的。然而，對(duì)于無(wú)鉛焊接的免清洗助焊劑和無(wú)殘?jiān)竸?，其固體含量一般都低于5，多數(shù)免清洗助焊劑的固體含量為2，而固體含量低的助焊劑發(fā)泡不充分，不適合發(fā)泡應(yīng)用。這就需要另一種助焊劑涂敷方式，即噴霧法。噴霧法是免清洗焊接工藝中一種頗受歡迎的方法。它可以精確地控制助焊劑沉積量。助焊劑噴霧系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成單通路系統(tǒng)，由單通路系統(tǒng)中的非再循環(huán)的封閉容器供給焊劑。為此就不需要監(jiān)控焊劑的固體含量。助焊劑噴霧系統(tǒng)是利用噴霧裝置，將焊劑霧化后噴到PCB上，預(yù)熱后進(jìn)行波峰焊。噴霧涂敷工藝由于具有涂敷均勻、用量少、不需進(jìn)行任何滴定或比重的監(jiān)控，不需定期排放舊助焊劑，可控制板上的助焊劑沉積量及封閉式系統(tǒng)，消除了助焊劑污跡問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，被眾多的用戶認(rèn)可。用噴霧方式進(jìn)行免清洗焊劑的涂敷已成為今后的發(fā)展方向。影響助焊劑量的參數(shù)有四個(gè)基板傳送速度，空氣壓力，噴嘴擺速和助焊劑濃度。通過(guò)這些參數(shù)的控制可使噴射的層厚控制在110微米之間。助焊劑噴霧方式的優(yōu)點(diǎn)是可以用于大多數(shù)液態(tài)助焊劑，涂層厚度可以控制，預(yù)熱時(shí)間短。對(duì)于無(wú)鉛波峰焊來(lái)說(shuō)，由于無(wú)鉛焊料的潤(rùn)濕性比SNPB焊料要差，為了保證良好的焊接質(zhì)量，對(duì)助焊劑的選擇和涂敷的要求更高。一般無(wú)鉛波峰焊采用免清洗助焊劑，這種助焊劑一般具有較低的活性，而且殘留物活性在很大程度上依賴于過(guò)程操作，這就需要波峰焊設(shè)備在助焊劑噴霧上要求均勻涂敷，而且涂敷的助焊劑的量要求適中。當(dāng)助焊劑的涂敷量過(guò)大時(shí)，就會(huì)使PCB焊后殘留物過(guò)多，影響外觀，而且這種殘留物對(duì)PCB具有一定的腐蝕性，有可能在使用過(guò)程中造成電路的破壞。另外過(guò)多的助焊劑在預(yù)熱過(guò)程中有可能滴落在發(fā)熱管上引起著火，影響發(fā)熱管的使用壽命。當(dāng)助焊劑的涂敷量不足或涂敷不均勻時(shí)，就可能造成漏焊、虛焊或連焊。2預(yù)熱系統(tǒng)在基板涂敷助焊劑之后，首先是蒸發(fā)助焊劑中多余的溶劑，增加粘性。這就要在焊接前進(jìn)行預(yù)熱基板。如果粘性太低，助焊劑會(huì)被熔融的錫過(guò)早的排擠出，造成表面潤(rùn)濕不良。干燥助焊劑也可加強(qiáng)其表面活性，加快焊接過(guò)程。在預(yù)熱階段，基板和元器件被加熱到100105，使基板和熔錫接觸時(shí)，降低了熱沖擊，減少基板翹曲的可能5。在通過(guò)波峰焊接之前預(yù)熱，有以下幾個(gè)理由1）提升了焊接表面的溫度，因此從波峰上要求較少的溫帶能量，這樣有助于助焊劑表面的反應(yīng)和更快速的焊接。2）預(yù)熱也減少波峰對(duì)元器件的熱沖擊，當(dāng)元器件暴露在突然的溫度梯度下時(shí)可能被削弱或變成不能運(yùn)行。3）預(yù)熱加快揮發(fā)性物質(zhì)從PCB上的蒸發(fā)速度。這些揮發(fā)性物質(zhì)主要來(lái)自于助焊劑，但也可能來(lái)自較早的操作、儲(chǔ)存條件和處理。揮發(fā)物在波峰上的出現(xiàn)可能引起焊錫飛濺和PCB上的錫球?？刂祁A(yù)熱溫度梯度、預(yù)熱溫度和預(yù)熱時(shí)間對(duì)于達(dá)到良好的焊接接頭是關(guān)鍵的。保證助焊劑在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間正確地激發(fā)和保持，直到PCB離開(kāi)波峰。預(yù)熱必須將PCB帶到足夠高的溫度，以提供正在使用的助焊劑的活性化。多數(shù)助焊劑供應(yīng)商發(fā)布推薦的溫度上升率、最大和最小頂面與底面預(yù)熱溫度。對(duì)于任何助焊劑，不足的預(yù)熱時(shí)間和溫度將造成較多的焊后殘留物，或許活性不足，造成潤(rùn)濕性WETTING差。預(yù)熱低也可能導(dǎo)致焊接時(shí)有氣體放出造成焊料球，當(dāng)在波峰前沒(méi)有提供足夠的預(yù)熱來(lái)蒸發(fā)水分時(shí)，液體溶劑到達(dá)波峰時(shí)容易造成焊錫飛濺。這種情況在低揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC,VOLATILEORGANICCOMPOUND的水基助焊劑上特別明顯。當(dāng)預(yù)熱溫度過(guò)高或預(yù)熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致助焊劑的活性成分過(guò)度揮發(fā)，則助焊劑有可能在達(dá)到波峰之前就已經(jīng)失去作用。助焊劑在波峰上的主要作用是降低焊錫的表面張力，提高潤(rùn)濕性。如果助焊劑的活性成分過(guò)早的揮發(fā)，則可能的造成橋連或冰柱ICICLE。最佳的預(yù)熱溫度是在波峰上留下足夠的助焊劑，以幫助在PCB退出波峰時(shí)焊錫從金屬表面的剝落。波峰焊預(yù)熱長(zhǎng)度由產(chǎn)量和傳送帶速度來(lái)決定，產(chǎn)量越高，傳送帶的速度越快。為使板子達(dá)到所需的浸潤(rùn)溫度就需要更長(zhǎng)的預(yù)熱區(qū)。另外，由于雙面板和多層板的熱容量較大，因此它們比單面板更需要較高的預(yù)熱溫度。目前波峰焊機(jī)基本上采用熱輻射方式進(jìn)行預(yù)熱，最常用的波峰焊預(yù)熱方法有強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流、電熱板對(duì)流、電熱棒加熱及紅外線加熱等。3波峰焊接系統(tǒng)波峰焊的焊接機(jī)理是將熔融的液態(tài)焊料，借助動(dòng)力泵的作用，在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波，插裝了元器件的PCB置與傳送帶上，經(jīng)過(guò)某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過(guò)焊料波峰而實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)焊接的過(guò)程。焊料波的表面被一層均勻的氧化皮覆蓋，它在沿焊料波的整個(gè)長(zhǎng)度方向上幾乎都保持靜態(tài)，在波峰焊接過(guò)程中，PCB接觸到焊料波的前沿表面，氧化皮破裂，PCB前面的焊料波無(wú)皸褶地推向前進(jìn)，這說(shuō)明整個(gè)氧化皮與PCB以同樣的速度移動(dòng)。當(dāng)PCB進(jìn)入波峰面前端時(shí)，基板與引腳被加熱，并在未離開(kāi)波峰面之前，整個(gè)PCB浸在焊料中，即被焊料所橋聯(lián)，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，粘附在焊盤(pán)上，并由于表面張力的原因，會(huì)出現(xiàn)以引線為中心收縮至最小狀態(tài)，此時(shí)焊料與焊盤(pán)之間的潤(rùn)濕力大于兩焊盤(pán)之間的焊料的內(nèi)聚力。因此會(huì)形成飽滿、圓整的焊點(diǎn)，離開(kāi)波峰尾部的多余焊料，由于重力的原因，回落到錫鍋中。31無(wú)鉛焊料的氧化性問(wèn)題同SNPB合金焊料相比，高SN含量的無(wú)鉛焊料在高溫焊接中更容易氧化，從而在錫爐液面形成氧化物殘?jiān)⊿NO2），影響焊接質(zhì)量，同時(shí)也造成浪費(fèi)。典型的錫渣結(jié)構(gòu)是90的可用金屬在中心，外面包含10的氧化物組成6。產(chǎn)生錫渣的原因有1）原始焊料的質(zhì)量。2）焊接溫度。3）波峰高度。4）波峰的擾度。溫度升高，增加無(wú)鉛焊料的氧化性，高溫下錫爐表面氧化物的厚度如下表示7其中KK0EXP（B/T）；MMASS（KG）；AAREA（M2）；KGROWTHCOEFFICIENT；BISACONSTANT；TABSOLUTETEMPERATURE（K）研究表明，相同條件下，純錫的K值是SNPB合金K值的兩倍，而且無(wú)鉛焊料的焊接溫度比SNPB合金焊料的要高，故其具有更強(qiáng)的氧化率。為了防止無(wú)鉛焊料的氧化，解決辦法是改善錫爐噴口，最好的對(duì)策是加氮?dú)獗Ｗo(hù)。改善錫爐噴口的結(jié)構(gòu)，主要就是控制波峰的高度和擾度，減少無(wú)鉛焊料的氧化。氮?dú)獗Ｗo(hù)就是減小氧氣的濃度，從氧化性的本質(zhì)上減小無(wú)鉛焊料的氧化，其效果是顯著的。隨著O2濃度的降低，無(wú)鉛焊料的氧化量是明顯減少的。當(dāng)N2保護(hù)中O2的含量在50PPM或以下時(shí)，無(wú)鉛焊料基本上不產(chǎn)生氧化，N2流量為16M3/H是降低O2含量的臨界值。32錫爐的腐蝕性問(wèn)題波峰焊接PCB上的插裝電子元器件，當(dāng)采用無(wú)鉛焊料時(shí)，由于無(wú)鉛焊料的焊接溫度比SNPB合金焊料高約3050，另外無(wú)鉛焊料中SN的含量大幅度提高，一般都在95以上，造成了波峰焊時(shí)無(wú)鉛焊料對(duì)錫爐和噴口的腐蝕性加強(qiáng)。國(guó)內(nèi)一般錫爐采用的材料是SUS304和SUS316型不銹鋼。實(shí)驗(yàn)表明，不銹鋼材料在高溫條件下6個(gè)月就被高SN無(wú)鉛焊料明顯腐蝕。最容易受到腐蝕的是與流動(dòng)焊料接觸的部位，如泵的葉輪、輸送管和噴口。不銹鋼具有防腐蝕性能的原因就是合金元素CR的作用，對(duì)大多數(shù)材料包括普通的SNPB焊料合金，不銹鋼都具有很好的耐腐蝕性能。但對(duì)于高SN無(wú)鉛焊料，高溫下其在不銹鋼表面具有良好的鋪展能力，容易產(chǎn)生浸潤(rùn)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生浸潤(rùn)腐蝕不銹鋼。另外由于在波峰焊過(guò)程中，液態(tài)合金焊料是在不斷流動(dòng)的，沖刷與之接觸的表面，導(dǎo)致沖刷腐蝕，這就是為什么泵的葉輪、輸送管和噴口處的腐蝕更為嚴(yán)重的原因。采用X射線化學(xué)分析儀對(duì)無(wú)鉛焊料腐蝕不銹鋼的截面作成分分析，其分析結(jié)果如表1所示。8從表1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以看出，無(wú)鉛焊料在不銹鋼表面完全浸潤(rùn)，并與不銹鋼基體之間發(fā)生了相互擴(kuò)散。這種擴(kuò)散最終導(dǎo)致不銹鋼錫爐及其內(nèi)部不銹鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕。為了防止高SN無(wú)鉛焊料對(duì)波峰焊設(shè)備的腐蝕作用，提高設(shè)備的使用壽命，對(duì)于無(wú)鉛波峰焊設(shè)備，錫爐里面的葉輪、輸送管和噴口多采用以下材料1）鈦及其合金結(jié)構(gòu)。2）表面滲氮不銹鋼。3）表面陶瓷噴涂不銹鋼。對(duì)于錫爐，多選用的材料為1）鈦及其合金。2）鑄鐵。3）表面陶瓷噴涂不銹鋼。4）表面滲氮不銹鋼。33錫爐溫度焊接溫度并不等于錫爐溫度，在線測(cè)試表明，一般焊接溫度要比錫爐溫度低5左右，也就是250測(cè)量的潤(rùn)濕性能參數(shù)大致對(duì)應(yīng)于255的錫爐溫度。實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)于一般的無(wú)鉛焊料合金，最適當(dāng)?shù)腻a爐溫度為271。此時(shí)，SN/AG、SN/CU、SN/AG/CU合金一般存在最小的濕潤(rùn)時(shí)間和最大的濕潤(rùn)力。當(dāng)采用不同的助焊劑時(shí)，無(wú)鉛焊料潤(rùn)濕性能最佳的錫爐溫度有所不同，但差別不是很大。對(duì)于采用低固免清洗助焊劑的波峰焊接過(guò)程，ALPHA公司推薦的錫爐溫度如表2所示。9波峰焊錫爐的溫度對(duì)焊接的質(zhì)量影響很大。溫度若偏低，焊錫波峰的流動(dòng)性就變差，表面張力大，易造成虛焊和拉尖等焊接缺陷，失去波峰焊接所應(yīng)具有的優(yōu)越性。若溫度偏高，有可能造成元器件受高溫而損壞，同時(shí)溫度偏高，亦會(huì)加速無(wú)鉛焊料的表面氧化。34波峰高度波峰高度的升高和降低直接影響到波峰的平穩(wěn)程度及波峰表面焊錫的流動(dòng)性。適當(dāng)?shù)牟ǚ甯叨瓤梢员ＷCPCB有良好的壓錫深度，使焊點(diǎn)能充分與焊錫接觸。平穩(wěn)的波峰可使整塊PCB在焊接時(shí)間內(nèi)都能得到均勻的焊接。當(dāng)波峰偏高時(shí)，表明泵內(nèi)液態(tài)焊料的流速增大。雷諾數(shù)值增大將使液態(tài)流體進(jìn)行湍流（紊流）狀態(tài)，易導(dǎo)致波峰不穩(wěn)定，造成PCB漫錫，損壞PCB上的電子元器件。但對(duì)于波峰上PCB的壓力增大，這有利于焊縫的填充。不過(guò)容易引起拉尖、橋連等焊接缺陷。波峰偏低時(shí)，泵內(nèi)液態(tài)釬料流體流速低并為層流態(tài)，因而波峰跳動(dòng)小，平穩(wěn)。焊錫的流動(dòng)性變差了，容易產(chǎn)生吃錫量不夠，錫點(diǎn)不飽滿等缺陷。波峰高度通常控制在PCB板厚度的1/22/3，其焊點(diǎn)的外觀和可靠性達(dá)到最好。35浸錫時(shí)間被焊表面浸入和退出熔化焊料波峰的速度，對(duì)潤(rùn)濕質(zhì)量，焊點(diǎn)的均勻性和厚度影響很大。焊料被吸收到PCB焊盤(pán)通孔內(nèi)，立即產(chǎn)生熱交換。當(dāng)印制板離開(kāi)波峰時(shí)，放出潛熱，焊料由液相變?yōu)楣滔?。?dāng)錫爐溫度在250260左右，焊接溫度就在245左右，焊接時(shí)間應(yīng)在35秒左右。也就是說(shuō)PCB某一引線腳與波峰的接觸時(shí)間為35秒，但由于室內(nèi)溫度的變化，助焊劑的性能和焊料的溫度不同，接觸時(shí)間有所不同。4冷卻系統(tǒng)在無(wú)鉛焊接工藝過(guò)程中，通孔基板波峰焊接時(shí)常常會(huì)發(fā)生剝離缺陷（LIFTOFF或FILLETLIFTING），產(chǎn)生的原因在于冷卻過(guò)程中，焊料合金的冷卻速率與PCB的冷卻速率不同所致。特別是無(wú)鉛化推廣前期，無(wú)鉛焊料與鍍有SNPB合金的元器件會(huì)有一段時(shí)間共存，如果采用的是含合金元素BI無(wú)鉛焊料此種現(xiàn)象更為突出，目前解決的最好方法是在波峰焊出口處加冷卻系統(tǒng)，至于冷卻方式及冷卻速率的要求須根據(jù)具體情況而定，因?yàn)槔鋮s速率超過(guò)6/SEC，設(shè)備冷卻系統(tǒng)要采用冷源方式，大多數(shù)采用冷水機(jī)或冷風(fēng)機(jī)，國(guó)外的研究有提到用冷液方式，可達(dá)到20/SEC以上的冷卻效果，成本非常高，對(duì)于多數(shù)電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家是無(wú)法承受的，屬于早期實(shí)驗(yàn)。焊后的冷卻速度主要從三方面影響釬焊焊點(diǎn)的可靠性，分別是焊接溫度并不等于錫爐溫度，在線測(cè)試表明，一般焊接溫度要比錫爐溫度低5左右，也就是250測(cè)量的潤(rùn)濕性能參數(shù)大致對(duì)應(yīng)于255的錫爐溫度。實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)于一般的無(wú)鉛焊料合金，最適當(dāng)?shù)腻a爐溫度為271。此時(shí)，SN/AG、SN/CU、SN/AG/CU合金一般存在最小的濕潤(rùn)時(shí)間和最大的濕潤(rùn)力。當(dāng)采用不同的助焊劑時(shí)，無(wú)鉛焊料潤(rùn)濕性能最佳的錫爐溫度有所不同，但差別不是很大。對(duì)于采用低固免清洗助焊劑的波峰焊接過(guò)程，ALPHA公司推薦的錫爐溫度如表2所示。9波峰焊錫爐的溫度對(duì)焊接的質(zhì)量影響很大。溫度若偏低，焊錫波峰的流動(dòng)性就變差，表面張力大，易造成虛焊和拉尖等焊接缺陷，失去波峰焊接所應(yīng)具有的優(yōu)越性。若溫度偏高，有可能造成元器件受高溫而損壞，同時(shí)溫度偏高，亦會(huì)加速無(wú)鉛焊料的表面氧化。34波峰高度波峰高度的升高和降低直接影響到波峰的平穩(wěn)程度及波峰表面焊錫的流動(dòng)性。適當(dāng)?shù)牟ǚ甯叨瓤梢员ＷCPCB有良好的壓錫深度，使焊點(diǎn)能充分與焊錫接觸。平穩(wěn)的波峰可使整塊PCB在焊接時(shí)間內(nèi)都能得到均勻的焊接。當(dāng)波峰偏高時(shí)，表明泵內(nèi)液態(tài)焊料的流速增大。雷諾數(shù)值增大將使液態(tài)流體進(jìn)行湍流（紊流）狀態(tài)，易導(dǎo)致波峰不穩(wěn)定，造成PCB漫錫，損壞PCB上的電子元器件。但對(duì)于波峰上PCB的壓力增大，這有利于焊縫的填充。不過(guò)容易引起拉尖、橋連等焊接缺陷。波峰偏低時(shí)，泵內(nèi)液態(tài)釬料流體流速低并為層流態(tài)，因而波峰跳動(dòng)小，平穩(wěn)。焊錫的流動(dòng)性變差了，容易產(chǎn)生吃錫量不夠，錫點(diǎn)不飽滿等缺陷。波峰高度通常控制在PCB板厚度的1/22/3，其焊點(diǎn)的外觀和可靠性達(dá)到最好。35浸錫時(shí)間被焊表面浸入和退出熔化焊料波峰的速度，對(duì)潤(rùn)濕質(zhì)量，焊點(diǎn)的均勻性和厚度影響很大。焊料被吸收到PCB焊盤(pán)通孔內(nèi)，立即產(chǎn)生熱交換。當(dāng)印制板離開(kāi)波峰時(shí)，放出潛熱，焊料由液相變?yōu)楣滔唷．?dāng)錫爐溫度在250260左右，焊接溫度就在245左右，焊接時(shí)間應(yīng)在35秒左右。也就是說(shuō)PCB某一引線腳與波峰的接觸時(shí)間為35秒，但由于室內(nèi)溫度的變化，助焊劑的性能和焊料的溫度不同，接觸時(shí)間有所不同。4冷卻系統(tǒng)在無(wú)鉛焊接工藝過(guò)程中，通孔基板波峰焊接時(shí)常常會(huì)發(fā)生剝離缺陷（LIFTOFF或FILLETLIFTING），產(chǎn)生的原因在于冷卻過(guò)程中，焊料合金的冷卻速率與PCB的冷卻速率不同所致。特別是無(wú)鉛化推廣前期，無(wú)鉛焊料與鍍有SNPB合金的元器件會(huì)有一段時(shí)間共存，如果采用的是含合金元素BI無(wú)鉛焊料此種現(xiàn)象更為突出，目前解決的最好方法是在波峰焊出口處加冷卻系統(tǒng)，至于冷卻方式及冷卻速率的要求須根據(jù)具體情況而定，因?yàn)槔鋮s速率超過(guò)6/SEC，設(shè)備冷卻系統(tǒng)要采用冷源方式，大多數(shù)采用冷水機(jī)或冷風(fēng)機(jī)，國(guó)外的研究有提到用冷液方式，可達(dá)到20/SEC以上的冷卻效果，成本非常高，對(duì)于多數(shù)電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家是無(wú)法承受的，屬于早期實(shí)驗(yàn)。焊后的冷卻速度主要從三方面影響釬焊焊點(diǎn)的可靠性，分別是1）影響焊點(diǎn)的晶粒度。2）影響界面金屬間化合物的形態(tài)和厚度。3）影響低熔點(diǎn)共晶的偏析。41冷卻速度對(duì)焊點(diǎn)晶粒度的影響在低于合金熔點(diǎn)時(shí)，由于液相的自由能高于固相晶體的自由能，液相向固相的轉(zhuǎn)變伴隨著能量降低，結(jié)晶才可能發(fā)生。液相與固相間的自由能差是結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。液體金屬的冷卻速度愈大，結(jié)晶的過(guò)冷度愈大，自由能差愈大，結(jié)晶傾向就愈大。在焊點(diǎn)結(jié)晶過(guò)程中，不同過(guò)冷度對(duì)晶核的形成數(shù)目的關(guān)系如圖1所示。當(dāng)過(guò)冷度越大時(shí)，形核數(shù)目越多，晶粒越細(xì)小?？梢?jiàn)，加大焊點(diǎn)的冷卻速度，可使焊點(diǎn)晶粒細(xì)化。晶粒大小對(duì)合金的性能有很大的影響，一般情況下，晶粒愈細(xì)小，金屬的強(qiáng)度愈高，塑性和韌性也愈好。42冷卻速度對(duì)界面金屬間化合物厚度的影響波峰焊接過(guò)程中，由于焊料與母材之間存在溶解、擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)等相互作用，使得焊接接頭的成分和組織與焊料原始成分和組織差別很大。焊接接頭基本上由三個(gè)區(qū)域組成母材上靠近界面的擴(kuò)散區(qū)、焊縫界面區(qū)和焊縫中心區(qū)，焊縫示意圖如圖2所示。1）擴(kuò)散區(qū)是焊料合金元素向母材擴(kuò)散形成的組織。2）焊縫中心區(qū)由于母材的溶解、焊料合金元素的擴(kuò)散以及結(jié)晶時(shí)的偏析，組織也與原始焊料有所不同。3）界面結(jié)合區(qū)是母材邊界與焊縫中心區(qū)的過(guò)渡層，界面區(qū)形成的固溶體或金屬間化合物（IMC）建立了焊縫與母材表面之間的結(jié)合，因此，界面區(qū)組織對(duì)焊接接頭的性能影響很大。IMC的產(chǎn)生和演變是一個(gè)與諸多因素相關(guān)的復(fù)雜過(guò)程，焊后液態(tài)SN基焊料/CU基板界面IMC主要是CU6SN5和CU3SN，其形成過(guò)程主要有以下三個(gè)階段1）IMC形成之前的擴(kuò)散行為，在IMC形成之前，熔融焊料與CU基板接觸，CU溶解并擴(kuò)散到熔化的焊料中，原始焊料成分隨著CU的擴(kuò)散加入形成多元合金成分，在焊料/CU基板界面上當(dāng)CU含量達(dá)到局部平衡時(shí)，IMC開(kāi)始在CU基板上形核。可見(jiàn)，IMC形成的首要條件就是基板CU的擴(kuò)散。2）IMC的萌生行為，對(duì)于SN基釬料在CU基板上的界面反應(yīng)過(guò)程中，初始界面化合物的產(chǎn)生主要從能量的角度出發(fā)，來(lái)確定初始階段優(yōu)先生成的界面化合物。從元素間的反應(yīng)和生成IMC能出發(fā)，在一般焊接溫度下，生成能較低的CU6SN5金屬間化合物相優(yōu)先在焊盤(pán)上形核。3）IMC的長(zhǎng)大行為，當(dāng)由焊接的反應(yīng)控制過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)樵氐臄U(kuò)散控制過(guò)程時(shí)，CU6SN5相不斷長(zhǎng)大，其晶核沿徑向、軸向長(zhǎng)大形成IMC層。隨著擴(kuò)散的進(jìn)一步深入，CU6SN5相與CU基板間的CU原子不斷增加，CU6SN5相與CU之間將會(huì)進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)而生成CU3SN相。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，IMC層厚度一般以13M為宜，過(guò)厚的IMC層會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂韌性和抗低周疲勞能力下降，并且層狀的CU3SN電子化合物則呈脆性，焊接強(qiáng)度低、導(dǎo)電性能差，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)可靠性下降。因此，為了提高焊點(diǎn)的可靠性，其中一個(gè)重要的方式就是控制IMC的厚度。從焊接工藝角度，可以通過(guò)焊后快速冷卻，降低基板金屬原子CU的擴(kuò)散能力，抑制CU3SN生成及IMC層厚度?？绽錀l件下達(dá)不到這樣的要求，對(duì)于焊點(diǎn)來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)冷卻模塊來(lái)保證其冶金特性。43冷卻速度對(duì)低熔點(diǎn)共晶偏析的影響在實(shí)際焊接冷卻過(guò)程中，由于無(wú)鉛焊料成分的不同，焊點(diǎn)在冷卻過(guò)程中合金內(nèi)部尤其是固相內(nèi)部的原子擴(kuò)散不均勻，會(huì)使先結(jié)晶與后結(jié)晶相的溶質(zhì)含量不同，形成枝晶偏析。因此，結(jié)晶過(guò)程中都會(huì)發(fā)生不同程度的偏析。焊點(diǎn)結(jié)晶過(guò)程中由于化學(xué)成分不均勻、枝晶偏析的存在，容易導(dǎo)致焊接缺陷的產(chǎn)生，典型SNBIAG系合金焊料焊點(diǎn)的LIFTOFF現(xiàn)象一個(gè)主要的原因就是由于偏析產(chǎn)生的。另外由于低熔點(diǎn)共晶的存在，冷卻過(guò)程中焊點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，容易導(dǎo)致焊接裂紋的產(chǎn)生。嚴(yán)重影響焊接接頭的機(jī)械性能和抗腐蝕性能。偏析造成SNBI系和SNAGPB系的焊點(diǎn)剝離現(xiàn)象（FILLETLIFTING），以及焊接接頭的裂紋等焊接缺陷。為了減少焊接缺陷的產(chǎn)生，提高焊點(diǎn)的可靠性，可從兩方面抑制合金偏析1）研制固液共存領(lǐng)域幅度小的合金焊料，減少偏析。2）提高冷卻速度，使焊料合金來(lái)不及產(chǎn)生偏析就已經(jīng)凝固。綜上所述，焊后冷卻速度小，不僅使實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)連接的界面區(qū)IMC層長(zhǎng)大變厚、進(jìn)一步演變并生成CU3SN脆性相，降低焊點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度和導(dǎo)電性；使焊點(diǎn)的晶粒組織粗大，降低焊點(diǎn)強(qiáng)度、塑性和韌性；更重要的是冷卻速度小引起的偏析現(xiàn)象使得焊點(diǎn)的缺陷大大增加。因此，焊后快速冷卻是十分必要的。實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)PCB板運(yùn)行到冷卻區(qū)后，焊點(diǎn)迅速降溫，焊料凝固，焊點(diǎn)迅速冷卻焊料晶格細(xì)化，結(jié)合強(qiáng)度提高，焊點(diǎn)光亮。在日本大多數(shù)廠家采用全無(wú)鉛化方案（焊料/元器件/基板等全部無(wú)鉛化），設(shè)備冷卻結(jié)構(gòu)采用強(qiáng)制自然風(fēng)冷卻，日東公司在給日本松下提供的波峰焊設(shè)備是采用的此種結(jié)構(gòu)。對(duì)于國(guó)內(nèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，建議焊料采用SNAGCU合金或SNCU合金的焊料，快速冷卻速率控制在68/SEC或812/SEC，冷卻方式采用自然風(fēng)強(qiáng)制冷卻或帶冷水機(jī)冷源的方式。5軌道傳輸系統(tǒng)傳輸帶是一條安放在滾軸上的金屬傳送帶，它支撐PCB移動(dòng)著通過(guò)波峰焊接區(qū)域。在該類傳輸帶上，PCB組件通過(guò)金屬機(jī)械手予以支撐。托架能夠進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同尺寸類型的PCB需求，或者按特殊規(guī)格尺寸進(jìn)行制造。機(jī)械手傳輸帶是一種相當(dāng)普及的型式，因?yàn)樗軌蚪档蛣趧?dòng)強(qiáng)度，并且能夠很好地適合于串聯(lián)式工藝處理，印制電路板組件在出口處自動(dòng)予以松開(kāi)。波峰焊接設(shè)備的傳輸帶控制著PCB通過(guò)每個(gè)工藝處理過(guò)程的速度和位置。為此，傳輸帶必須運(yùn)行平穩(wěn)，并維持一個(gè)恒定的速度。傳輸帶的速度和角度可以進(jìn)行控制。通過(guò)傾角的調(diào)節(jié)，可以調(diào)控PCB與波峰面的焊接時(shí)間。適當(dāng)?shù)膬A角，有助于液態(tài)焊料與PCB更快的脫離，使之返回錫爐內(nèi)。當(dāng)傾角太小時(shí)，容易出現(xiàn)橋連等焊接缺陷，而傾角過(guò)大，雖然有利于橋連的消除，但焊點(diǎn)吃錫量太少，容易產(chǎn)生虛焊。軌道傾角應(yīng)控制在57之間，焊接效果最好。軌道傳輸速度在波峰焊接過(guò)程中是一個(gè)非常重要的參數(shù)，因?yàn)樗母淖儗⒂绊懻麄€(gè)焊接溫度曲線。當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，隨著軌道傳輸速度的改變，PCB上助焊劑的噴霧量、預(yù)熱溫度、浸錫時(shí)間、冷卻速度都將改變。選擇適當(dāng)?shù)膫鬏斔俣葘?duì)焊接質(zhì)量的影響是非常重要的。當(dāng)傳輸速度太快時(shí)，PCB上助焊無(wú)鉛波峰焊工藝與設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)探討劑的涂敷量不足，以及預(yù)熱溫度不夠，在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生潤(rùn)濕不良，導(dǎo)致上錫量不足、漏焊、拉尖等焊接缺陷。當(dāng)傳輸速度太慢時(shí)，預(yù)熱時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致助焊劑過(guò)度揮發(fā)，同樣導(dǎo)致上錫量不足、漏焊，而且浸錫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致橋連，甚至導(dǎo)致電子元器件的損壞。一般軌道傳輸速度的范圍在1214M/MIN。6氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)由于無(wú)鉛焊料中合金元素SN的含量高達(dá)95以上，在高溫環(huán)境下很容易氧化，產(chǎn)生錫渣。另外