1、1,波峰焊焊接工藝 編輯：郭立軍 2006、12、07,2,目錄：,一：波峰焊焊接的定義 二：波峰焊焊接工藝 1: 波峰焊機的工位組成及其功能 2: 助焊劑涂敷系統(tǒng) 3: 預(yù)熱系統(tǒng) 4: 波峰面 5: 焊點成型 6: 防止橋聯(lián)的發(fā)生 7: 波峰焊工藝曲線解析 8: 波峰焊工藝參數(shù)調(diào)節(jié) 三：波峰焊焊接缺陷分析,3,1.沾錫不良 2.局部沾錫不良 3.冷焊或焊點不亮 4.焊點破裂 5.焊點錫量太大 6.錫尖 (冰柱) 7.防焊綠漆上留有殘錫 8.白色殘留物 9.深色殘余物及浸蝕痕跡 10.綠色殘留物 11.白色腐蝕物 12.油脂類殘留 13.黃色焊點 14.針孔及氣孔 15.焊點灰暗 16.焊點表

2、面粗糙 17.短路,4,一：波峰焊焊接的定義,波峰焊是將熔融的液態(tài)焊料借助與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置與傳送鏈上經(jīng)過某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過焊料波峰而實現(xiàn)焊點焊接的過程。,5,6,二：波峰焊焊接工藝,1: 波峰焊機的工位組成及其功能,裝板,涂布焊劑,預(yù)熱,焊接,噴風(fēng),冷卻,卸板,7,2：助焊劑涂敷系統(tǒng),噴霧法是焊接工藝中一種比較受歡迎的涂敷方法，它可以精確地控制助焊劑沉積量。助焊劑噴霧系統(tǒng)是利用噴霧裝置，將助焊劑霧化后噴到PCB上，預(yù)熱后進行波峰焊 影響助焊劑噴量的參數(shù)有四個：基板傳送速度、空氣壓力、噴嘴的擺速和助焊劑濃度。通過這些參數(shù)的控制可使

3、噴射的層厚控制在1-10微米之間。,8,對于無鉛波峰焊來說，由于無鉛焊料的潤濕性比有鉛焊料要差，為了保證良好的焊接質(zhì)量，對助焊劑的選擇和涂敷的要求更高。在選擇助焊劑時還應(yīng)考慮無鉛PCB的預(yù)涂層和無鉛焊料的潤濕性。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)助焊劑的涂敷量過大時，就會使PCB焊后殘留物過多，影響外觀。另外過多的助焊劑在預(yù)熱過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，就可能造成漏焊、虛焊或連焊。,9,3: 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。這就要在焊接前進行預(yù)熱基板。如

4、果粘性太低，助焊劑會被熔融的錫過早的排擠出，造成表面潤濕不良。干燥助焊劑也可加強其表面活性，加快焊接過程。在預(yù)熱階段，基板和元器件被加熱到110-125，使基板和熔融接觸時降低了熱沖擊，減少基板翹曲的可能。,10,在通過波峰焊接之前預(yù)熱，有以下幾個理由： 3.1. 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。 3.2. 預(yù)熱也減少波峰對元器件的熱沖擊，當(dāng)元器件暴露在突然的溫度梯度下時可能被削弱或變成不能運行。 3.3. 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)主要來自于助焊劑，但也有可能來自較早的操作、儲存條件和處理。揮發(fā)物在

5、波峰上的出現(xiàn)可能引起焊錫飛濺和PCB上的錫球。 3.4. 控制預(yù)熱溫度梯度、預(yù)熱溫度和預(yù)熱時間對于達到良好的焊接質(zhì)量是關(guān)鍵的。保證助焊劑在適當(dāng)?shù)臅r間正確地激發(fā)和保持，直到PCB離開波峰。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)商會推薦預(yù)熱溫度參考值。,11,對于任何助焊劑，不足的預(yù)熱時間和溫度將造成較多的焊后殘留物，或許活性不足，造成潤濕性差。預(yù)熱低也可能導(dǎo)致焊接時有氣體放出造成焊料球，當(dāng)在波峰前沒有提供足夠的預(yù)熱來蒸發(fā)水分時，液體溶劑到達波峰時容易造成焊錫飛濺。當(dāng)預(yù)熱溫度過高或預(yù)熱時間過長，導(dǎo)致助焊劑有可能在到達波峰之前就已經(jīng)作用。助焊劑在波峰上的主要

6、作用是降低焊錫的表面張力，提高潤濕性。如果助焊劑的活性成分過早的揮發(fā)，則可能造成橋連或冰柱。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退出波峰時焊錫從金屬表面的剝落。,12,4: 波峰面,波的表面均被一層氧化皮覆蓋它在沿焊料波的個長度方向上幾乎都保持靜態(tài)在波峰焊接過程PCB 接觸到錫波的前沿表面氧化皮破裂PCB前面的錫波無皸褶地被推向前進這說明整個氧化皮與PCB以同樣的速度移動,13,5: 焊點成型,當(dāng)PCB進入波峰面前端（A）時基板與引腳被加熱 并在未離開波峰面（B）之前整個焊盤浸在焊料中 并與相近的焊盤即被焊料所橋聯(lián)但在離開波峰尾 端的瞬間少量的焊料由于潤濕力的作用粘附在 焊

7、盤上并由于表面張力的原因會出現(xiàn)以引線為 中心收縮至最小狀態(tài)此時焊料與焊盤之間的潤濕 力大于兩焊盤之間的焊料的內(nèi)聚力。因此會形成飽 滿圓整的焊點離開波峰尾部的多余焊料由于 重力的原因回落到錫鍋中,14,PCB離開焊料波時分離點位于 B1和B2之間的某個地方分離后 形成焊點,15,6: 防止橋聯(lián)的發(fā)生,6.1 使用可焊性好的元器件/PCB 6.2 提高助焊劑的活性 6.3 提高PCB的預(yù)熱溫度增加焊盤的 濕潤性能 6.4 提高焊料的溫度 6.5 去除有害雜質(zhì)減低焊料的內(nèi)聚力 以利于兩焊點之間的焊料分開,16,7: 波峰焊工藝曲線解析,預(yù)熱開始,與焊料接觸,達到潤濕,與焊料脫離,焊料開始凝固,凝固結(jié)

8、束,預(yù)熱時間,潤濕時間,停留/焊接時間,冷卻時間,工藝時間,17,7.1潤濕時間 指焊點與焊料相接觸后潤濕開始的時間 7.2停留時間 PCB上某一個焊點從接觸波峰面到離開 波峰面的時間 停留/焊接時間的計算方式是 停留/焊接時間=波峰寬/速度,18,7.3預(yù)熱溫度 預(yù)熱溫度是指PCB與波峰面接觸前達 到的溫度 7.4焊接溫度 焊接溫度是非常重要的焊接參數(shù)通 常高于焊料熔點（217C ）50C 60C，大多數(shù)情況是指焊錫爐的溫度，實際運行時所焊接的PCB焊點溫度要低于爐溫這是因為PCB吸熱的結(jié)果,19,8: 波峰焊工藝參數(shù)調(diào)節(jié),8.1波峰高度 波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度。 其數(shù)值通常

9、控制在PCB板厚度的1/22/3, 過大會導(dǎo)致熔融的焊料流到PCB的表面形 成“橋連” 8.2傳送傾角 波峰焊機在安裝時除了使機器水平外還應(yīng) 調(diào)節(jié)傳送裝置的傾角通過傾角的調(diào)節(jié)可 以調(diào)PCB與波峰面的焊接時間適當(dāng)?shù)螘r候 會有于焊料液與PCB更快的剝離使之返回錫 爐內(nèi),20,8.3焊料純度的影響 波峰焊接過程中焊料的雜質(zhì)主要是來源于PCB上焊盤的銅浸析過量的銅會導(dǎo)致焊接缺陷增多 8.4助焊劑噴流量調(diào)整 8.5工藝參數(shù)的協(xié)調(diào) 波峰焊機的工藝參數(shù)：鏈速、預(yù)熱時間、焊接時間和傾角之間需要相互協(xié)調(diào)反復(fù)調(diào)整。,21,三：波峰焊接缺陷分析,1.沾錫不良,這種情況是不可接受的缺點,在焊點上只有部分沾錫.分析其原

10、因及改善方式如下: 1-1. 外界的污染物如油,脂,臘等,此類污染 物通常可用溶劑清洗,此類油污有時是在印刷防焊劑時沾上的. 1-2. 硅油通常用于脫模及潤滑之用,通常會在基板及零件腳上發(fā)現(xiàn),而硅油不易清理,因之使用它要非常小心尤其是當(dāng)它做抗氧化油常會發(fā)生問題,因它會蒸發(fā)沾在基板上而造成沾錫不良.,22,1-3. 常因貯存狀況不良或基板制程上的問題發(fā)生氧化,而助焊劑無法去除時會造成沾錫不良,過二次錫或可解決此問題. 1-4. 沾助焊劑方式不正確,造成原因為發(fā)泡氣壓不穩(wěn)定或不足,致使泡沫高度不穩(wěn)或不均勻而使基板部分沒有沾到助焊劑. 1-5. 吃錫時間不足或錫溫不足會造成沾錫不良,因為熔錫需要足夠

11、的溫度及時間潤濕,通常焊錫溫度應(yīng)高于熔點溫度50至60之間,沾錫總時間約2.5-5.0秒.,23,2.局部沾錫不良,此一情形與沾錫不良相似,不同的是局部沾錫不良不會露出銅箔面,只有薄薄的一層錫無法形成飽滿的焊點.,24,3.冷焊或焊點不亮,焊點看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊錫正要冷卻形成焊點時振動而造成,注意錫爐輸送是否有異常振動.,25,4.焊點破裂,此一情形通常是焊錫,基板,導(dǎo)通孔,及零件腳之間膨脹系數(shù),未配合而造成,應(yīng)在基板材質(zhì),零件材料及設(shè)計上去改善.,26,5.焊點錫量太大,通常在評定一個焊點,希望能又大又圓又胖的焊點,但事實上過大的焊點對導(dǎo)電性及抗拉強度未必有所幫助. 5-1

12、. 錫爐輸送角度不正確會造成焊點過大,傾斜角度由4到7度依基板設(shè)計方式調(diào)整,一般角度約5.5度角,角度越大沾錫越薄角度越小沾錫越厚. 5-2. 提高錫槽溫度,加長焊錫時間,使多余的錫再回流到錫槽.,27,5-3. 提高預(yù)熱溫度,可減少基板沾錫所需熱量,曾加助焊效果. 5-4. 改變助焊劑比重,略為降低助焊劑比重,通常比重越高吃錫越厚也越易短路,比重越低吃錫越薄但越易造成錫橋,錫尖.,28,6.錫尖 (冰柱),此一問題通常發(fā)生在DIP的焊接制程上,在零件腳頂端或焊點上發(fā)現(xiàn)有冰尖般的錫. 6-1. 基板的可焊性差,此一問題通常伴隨著沾錫不良,此問題應(yīng)由基板可焊性去探討,可試由提升助焊劑比重來改善.

13、 6-2. 基板上金道(PAD)面積過大,可用綠(防焊)漆線將金道分隔來改善,原則上用綠(防焊)漆線在大金道面分隔成5mm乘10mm區(qū)塊.,29,6-3. 錫槽溫度不足沾錫時間太短,可用提高錫槽溫度加長焊錫時間,使多余的錫再回流到錫槽來改善. 6-4. 出波峰后之冷卻風(fēng)流角度不對,不可朝錫槽方向吹,會造成錫點急速,多余焊錫無法受重力與內(nèi)聚力拉回錫槽. 6-5. 手焊時產(chǎn)生錫尖,通常為烙鐵溫度太低,致焊錫溫度不足無法立即因內(nèi)聚力回縮形成焊點,改用較大瓦特數(shù)烙鐵,加長烙鐵在被焊對象的預(yù)熱時間.,30,7.防焊綠漆上留有殘錫,7-1. 基板制作時殘留有某些與助焊劑不能兼容的物質(zhì),在過熱之,后軟化產(chǎn)生

14、黏性黏著焊錫形成錫絲,可用丙酮(*已被蒙特利爾公約禁用之化學(xué)溶劑),氯化烯類等溶劑來清洗,若清洗后還是無法改善,則有基板層材加工不正確的可能,本項事故應(yīng)及時反饋基板供貨商。 7-2. 不正確的基板加工會造成此一現(xiàn)象,可在插件前先行烘烤120二小時,本項事故應(yīng)及時回饋基板供貨商。 7-3. 錫渣被泵打入錫槽內(nèi)再噴流出來而造成基板面沾上錫渣,此一問題較為單純良好的錫爐維護,錫槽正確的錫面高度(一般正常狀況當(dāng)錫槽不噴流靜止時錫面離錫槽邊緣10mm高度),31,8.白色殘留物,在焊接或溶劑清洗過后發(fā)現(xiàn)有白色殘留物在基板上,通常是松香的殘留物,這類物質(zhì)不會影響表面電阻值,但影響外觀 8-1. 助焊劑通常

15、是此問題主要原因,有時改用另一種助焊劑即可改善,松香類助焊劑常在清洗時產(chǎn)生白班,此時最好的方式是尋求助焊劑供貨商的協(xié)助,產(chǎn)品是他們供應(yīng)他們較專業(yè)。 8-2. 基板制作過程中殘留雜質(zhì),在長期儲存下亦會產(chǎn)生白斑,可用助焊劑或溶劑清洗即可。 8-3. 不正確的加工亦會造成白班,通常是某一批量單獨產(chǎn)生,應(yīng)及時反饋基板供貨商并使用助焊劑或溶劑清洗即可。,32,8-4. 廠內(nèi)使用之助焊劑與基板氧化保護層不兼容,均發(fā)生在新的基板供貨商,或更改助焊劑廠家時發(fā)生,應(yīng)請供貨商協(xié)助。 8-5. 因基板制程中所使用之溶劑使基板材質(zhì)變化,尤其是在鍍鎳過程中的溶液常會造成此問題,建議儲存時間越短越好。 8-6. 助焊劑使

16、用過久老化,暴露在空氣中吸收水氣劣化,建議更新助焊劑(通常發(fā)泡式助焊劑應(yīng)每周更新,浸泡式助焊劑每兩周更新,噴霧式每月更新即可)。 8-7. 使用松香型助焊劑,過完焊錫爐候停放時間太九才清洗,導(dǎo)致引起白班,盡量縮短焊錫與清洗的時間即可改善。 8-8. 清洗基板的溶劑水分含量過高,降低清洗能力并產(chǎn)生白班.應(yīng)更新溶劑.,33,9.深色殘余物及浸蝕痕跡,通常黑色殘余物均發(fā)生在焊點的底部或頂端,此問題通常是不正確的使用助焊劑或清洗造成. 9-1 松香型助焊劑焊接后未立即清洗,留下黑褐色殘留物,盡量提前清洗即可. 9-2 酸性助焊劑留在焊點上造成黑色腐蝕顏色,且無法清洗,此現(xiàn)象在手焊中常發(fā)現(xiàn),改用較弱之助

17、焊劑并盡快清洗. 9-3 有機類助焊劑在較高溫度下燒焦而產(chǎn)生黑班,確認(rèn)錫槽溫度,改用較可耐高溫的助焊劑即可.,34,10.綠色殘留物,綠色通常是腐蝕造成,特別是電子產(chǎn)品但是并非完全如此,因為很難分辨到底是綠銹或是其它化學(xué)產(chǎn)品,但通常來說發(fā)現(xiàn)綠色物質(zhì)應(yīng)為警訊,必須立刻查明原因,尤其是此種綠色物質(zhì)會越來越大,應(yīng)非常注意,通?？捎们逑磥砀纳? 10-1 腐蝕的問題通常發(fā)生在裸銅面或含銅合金上,使用非松香性助焊劑,這種腐蝕物質(zhì)內(nèi)含銅離子因此呈綠色,當(dāng)發(fā)現(xiàn)此綠色腐蝕物,即可證明是在使用非松香助焊劑后未正確清洗. 10-2 綠色殘留物是氧化銅與松香酸(松香主要成分)的化合物,此一物質(zhì)是綠色但絕不是腐蝕物且

18、具有高絕緣性,不影影響品質(zhì)但客戶不會同意應(yīng)清洗. .,35,11.白色腐蝕物,第八項談的是白色殘留物是指基板上白色殘留物,而本項目談的是零件腳及金屬上的白色腐蝕物,尤其是含鉛成分較多的金屬上較易生成此類殘余物,主要是因為氯離子易與鉛形成氯化鉛,再與二氧化碳形成碳酸鉛(白色腐蝕物). 在使用松香類助焊劑時,因松香不溶于水會將含氯活性劑包著不致腐蝕,但如使用不當(dāng)溶劑,只能清洗松香無法去除含氯離子,如此一來反而加速腐蝕.,36,12.油脂類殘留: 氧化防止油被打入錫槽內(nèi)經(jīng)噴流涌出而機污染基板,此問題應(yīng)為錫槽焊錫液面過低,錫槽內(nèi)追加焊錫即可改善. 13.黃色焊點：,系因焊錫溫度過高造成,立即查看錫溫及

19、溫控器是否故障.,37,14.針孔及氣孔,針孔與氣孔之區(qū)別,針孔是在焊點上發(fā)現(xiàn)一小孔,氣孔則是焊點上較大孔可看到內(nèi)部,針孔內(nèi)部通常是空的,氣孔則是內(nèi)部空氣完全噴出而造成之大孔,其形成原因是焊錫在氣體尚未完全排除即已凝固,而形成此問題. 14-1 有機污染物:基板與零件腳都可能產(chǎn)生氣體而造成針孔或氣孔,其污染源可能來自自動插件機或儲存狀況不佳造成,此問題較為簡單只要用溶劑清洗即可,但如發(fā)現(xiàn)污染物為有機污染物因其不容易被溶劑清洗,故在制程中應(yīng)考慮其它代用品.,38,14-2 基板有濕氣:如使用較便宜的基板材質(zhì),或使用較粗糙的鉆孔方式,在貫孔處容易吸收濕氣,焊錫過程中受到高熱蒸發(fā)出來而造成,解決方法是放在烤箱中120烤二小時。 14-3 電鍍?nèi)芤褐械墓饬羷?使用大量光亮劑電鍍時,光亮劑常與金同時沉積,遇到高溫則揮發(fā)而造成,特別是鍍金時