当前位置:文档之家› 第7章波峰焊接技术

第7章波峰焊接技术


5.包锡 (1)现象 包锡即焊料过多。焊点的四周被过多的锡包覆而不能断定其是否为标准焊 点,如图所示。过多的锡隐藏了焊点和PCB间润焊(wetting)的曲度,它 也可能覆盖零件脚该露出之部份,使肉眼看不到。而且包锡并不能加强焊 接物的坚牢度或导电度,只是浪费罢了。
(2)产生原因: a.焊接温度过低或传送带速度过快,使熔融焊料的黏度过大; b.PCB预热温度过低,焊接时元件与PCB吸热,使实际焊接温度降低; c.助焊剂的活性差或比重过小; d.焊盘、插装孔或引脚可焊性差,不能充分浸润,产生的气泡裹在焊点 中; e.焊料中锡的比例减少,或焊料中杂质Cu的成份高,使焊料黏度增加、 流动性变差。 f.焊料残渣太多。 (3)解决方法: a.锡波温度250+/-5℃,焊接时间3~5S。 b.根据PCB尺寸、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度,PCB 底面温度在90-130℃。 c.更换焊剂或调整适当的比例; d.提高PCB板的加工质量,元器件先到先用,不要存放在潮湿的环境中; e.锡的比例<61.4%时,可适量添加一些纯锡,杂质过高时应更换焊料; f.每天结束工作时应清理残渣。
3.冷焊 (1)现象 冷焊的定义是焊点表面不平滑,如“破碎玻璃”的表面一般。冷 焊是焊点凝固过程中,零件与PCB相互的移动所形成,如图,这 种相互移动的动作,影响锡铅合金该有的结晶过程,降低了整个 合金的强度。当冷焊严重时,焊点表面甚至会有细微裂缝或断裂 的情况发生。
(2)产生原因: a.输送轨道的皮带振动不平衡。 b.机械轴承或马达转动不平衡。 c.抽风设备或电扇太强。 d.PCB已经流过输送轨道出口,锡还未干。 (3)解决方法: PCB过锡后,保持输送轨道的平稳,让锡铅合金固化的过程中, 得到完美的结晶,即能解决冷焊的因扰。当冷焊发生时可用补焊 的方式整修,若冷焊严重时,则可考虑重新过一次锡。有关于零 件的振动而影响焊点的固化,使焊点表面不平整或外形不完全的 情况,厂内的品管单位,必须建立一套焊点外观标准,让参与焊 锡作业的人员有判断的依据。
4.焊料不足 (1)现象 焊点干瘪、不完整、有空洞,插装孔及导通孔焊料不饱满,焊料未爬到元 件面的焊盘上。 焊料不足在电子业流传使用的名称很多,如“吹气孔”、“针孔”、“锡 落”、“空洞”等。 (2)产生原因: a.PCB预热和焊接温度过高,使焊料的黏度过低; b.插装孔的孔径过大,焊料从孔中流出; c.插装元件细引线大焊盘,焊料被拉到焊盘上,使焊点干瘪; d.金属化孔质量差或阻焊剂流入孔中; e.PCB爬坡角度偏小,不利于焊剂排气。 (3)解决方法: a.预热温度90-130℃,元件较多时取上限,锡波温度250+/-5℃,焊接时 间3~5S。 b.插装孔的孔径比引脚直径大0.15~0.4mm,细引线取下限,粗引线取上 线。 c.焊盘尺寸与引脚直径应匹配; d.反映给PCB加工厂,提高加工质量; e.PCB的爬坡角度为3~7℃。
8.选择性波峰焊 近年来,SMT元器件的使用率不断上升,在某些混合装配的电子 产品里甚至已经占到95%左右,按照以往的思路,对电路板A面进 行再流焊、B面进行波峰焊的方案已经面临挑战。在以集成电路为 主的产品中,很难保证在B面上只贴装耐受温度的SMC元件、不 贴装SMD——集成电路承受高温的能力较差,可能因波峰焊导致 损坏;假如用手工焊接的办法对少量THT元件实施焊接,又感觉 一致性难以保证。为此,国外厂商推出了选择性波峰焊设备。这 种设备的工作原理是:在由电路板设计文件转换的程序控制下, 小型波峰焊锡槽和喷嘴移动到电路板需要补焊的位置,顺序、定 量喷涂助焊剂并喷涌焊料波峰,进行局部焊接。
(3)பைடு நூலகம்决方法: a.元器件先到先用,不要存在潮湿的环境中,不要超过规定的使 用日期。对PCB进行清洗和去潮处理; b.波峰焊应选择三层端头结构的表面贴装元器件,元件本体和焊 端能经受两次以上的260℃波峰焊的温度冲击。 c.SMD/SMC采用波峰焊时元器件布局和排布方向应遵循较小元件 在前和尽量避免互相遮挡原则。另外,还可以适当加长元件搭接 后剩余焊盘长度。 d.PCB板翘曲度小于0.8~1.0%。 e.调整波峰焊机及传输带或PCB传输架的横向水平。 f.清理波峰喷嘴。 g.更换助焊剂。 h.设置恰当的预热温度。
7.4 波峰焊接缺陷与分析
7.4.1 合格焊点 锡必须与基板形成共结晶焊点,让锡成为基层的一部分,故要求: 1.在PCB焊接面上出现的焊点应为实心平顶的锥体;横切面之两外 圆应呈现新月型之均匀弧状。通孔中之填锡应将零件均匀完整的包 裹住。 2.焊点底部面积应与板子上的焊盘一致; 3.焊点之锡柱爬升高度大约为零件脚在电路板面突出的3/4,其最 大高度不可超过圆形焊盘直径之一半或80%(否则容易造成短路); 4.锡量的多少应以填满焊盘边缘及零件脚为宜,而焊接接触角度 应趋近于零,接触角度越小越好,表示有良好之沾锡性; 5.锡面应呈现光泽性,表面应平滑、均匀, 6.对贯穿孔的PCB而言,焊锡应自焊锡面爬进孔中升至零件面。 (一般要求超过PCB厚度的50%以上) 满足以上6个条件的焊点即被称为合格焊点,见合格焊点剖面图。
7.2 波峰焊主要材料及波峰焊机设备组成
7.2.1 波峰焊主要材料 1.焊料 2.助焊剂 3.焊料添加剂
7.2.2 波峰焊机设备组成 从图中可以知道一般波峰焊机由焊料波峰发生器、助焊剂涂覆系 统、预热系统、焊接系统、传送系统、冷却系统、控制系统等几 部分组成。
7.2.3 波峰焊接中合金化过程 波峰焊接中PCB通过波峰时其热作用过程大致可分为三个区域,如图所示。
7.3 波峰焊接工艺
7.3.1 插装元器件波峰焊接工艺 1.上机前的烘干处理 2.预热温度 3.焊料温度 4.夹送速度 5.夹送倾角 6.波峰高度
7.3.2 表面安装组件(SMA)的波峰焊接技术 1.SMA波峰焊接工艺的特殊问题 2.SMC/SMD的焊接特性和安装设计中应注意的事项
3.SMA波峰焊接工艺要素的调整 4.典型的表面组装元器件波峰焊的温度曲线 图为典型表面组装元器件波峰焊的温度曲线图,从图中可以看出,整个 焊接过程被分为三个温度区域:预热、焊接、冷却。实际的焊接温度曲 线可以通过对设备的控制系统编程进行调整。
7.4.3 常见缺陷分析 1.润焊不良、虚焊 (1)现象: 锡料未全面而且不均匀包覆在被焊物表面,让焊接物表面金属裸 露,如图所示。润湿不良在焊接作业中是不能被接受的,它严重 地降低了焊点的“耐久性”和“延伸性”,同时也降低了焊点的 “导电性”及“导热性”。
(2)产生原因: a.元件焊端、引脚、印制板基板的焊盘氧化或污染,或PCB受潮。 b.Chip元件端头金属电极附着力差或采用单层电极,在焊接温度 下产生脱帽现象。 c.PCB设计不合理,波峰焊时阴影效应造成漏焊。 d.PCB翘曲,使PCB翘起位置与波峰焊接触不良。 e.传送带两侧不平行(尤其使用PCB传输架时),使PCB与波峰接 触不平行。 f.波峰不平滑,波峰两侧高度不平行,尤其电磁泵波峰焊机的锡 波喷口,如果被氧化物堵塞时,会使波峰出现锯齿形,容易造成 漏焊、虚焊。 g.助焊剂活性差,造成润湿不良。 HPCB预热温度过高,使助焊剂碳化,失去活性,造成润湿不良。 h.设置恰当的预热温度。
7.1 波峰焊接原理及分类 7.1.1 热浸焊 波峰焊技术是由早期的热浸焊接(Hot Dip Soldering)技术发展而 来。 热浸焊接是把整块插好电子元器件的PCB与焊料面平行地浸入熔融焊 料缸中,使元器件引线、PCB铜箔进行焊接的流动焊接方法之一。如 图所示,PCB组件按传送方向浸入熔融焊料中,停留一定时间,然后 再离开焊料缸,进行适当冷却。有时焊料缸还作上下运动。 视频
7.1.3 波峰焊的分类 1.单波峰焊 单波峰焊是借助焊料泵把熔融状焊料不断垂直向上地朝狭长出口涌出, 形成20~40mm高的波峰。这样可使焊料以一定的速度与压力作用于 PCB上,充分渗透入待焊接的元器件引线与电路板之间,使之完全湿 润并进行焊接。
2.斜坡式波峰焊 这种波峰焊机和一般波峰焊机的区别,在于传送导轨以一定角度的斜 坡方式安装,如图所示。这样的好处是,增加了电路板焊接面与焊锡 波峰接触的长度。假如电路板以同样速度通过波峰,等效增加了焊点 浸润的时间,从而可以提高传送导轨的运行速度和焊接效率;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。
7.4.2 不良焊接发生原因: 分析不良焊点的产生是一个复杂的问题,首先须判断是设计不良、 焊接性问题、焊锡材料无效或是处理过程及设备的问题。此外, 很多被认为不良的焊点,事实上是没有问题的,不过太多广被认 同的检验标准,错误的强调焊点的美观而忽略了它的功能。针对 一些问题我们做如下讨论:问题解决概论当问题发生时,首先必 须检查的是制造过程的基本条件,我们将它归类为以下三大因素: 1.材料问题 2.焊锡性的不良 3.生产设备的偏差
3.高波峰焊 高波峰焊机适用于THT元器件“长脚插焊”工艺,它的焊锡槽及其锡 波喷嘴如图所示。其特点是,焊料离心泵的功率比较大,从喷嘴中喷 出的锡波高度比较高,并且其高度h可以调节,保证元器件的引脚从 锡波里顺利通过。一般,在高波峰焊机的后面配置剪腿机,用来剪短 元器件的引脚。
4.空心波峰焊 顾名思义,空心波的特点是在熔融铅锡焊料的喷嘴出口设置了指针形 调节杆,让焊料熔液从喷嘴两边对称的窄缝中均匀地喷流出来,使两 个波峰的中部形成一个空心的区域,并且两边焊料熔液喷流的方向相 反。由于空心波的伯努利效应(Bernoulli Effect,一种流体动力学效 应),它的波峰不会将元器件推离基板,相反使元器件贴向基板。
7.双波峰焊 双波峰焊机是SMT时代发展起来的改进型波峰焊设备,特别适合 焊接那些THT+SMT混合元器件的电路板。双波峰焊机的焊料波 型如图所示,使用这种设备焊接印制电路板时,THT元器件要采 用“短脚插焊”工艺。电路板的焊接面要经过两个熔融的铅锡焊 料形成的波峰:这两个焊料波峰的形式不同,最常见的波型组合 是“紊乱波”+“宽平波”。
2.锡球 (1)现象 锡球大多数发生在PCB表面,因为焊料本身内聚力的因素,使这些 焊料颗粒的外观呈球状。它们通常随着助焊剂固化的过程附着在 PCB表面,有时也会埋藏在PCB塑胶物表面如防焊油墨或印刷油墨 表面,因为这些油墨焊接时会有一段软化过程,也容易产生锡球。 (2)产生原因: a.PCB预热不够,导致表面的助焊剂未干。 b.助焊剂的配方中含水量过高。 c.工厂环境湿度过高。
相关主题