波峰焊是让插件板的
焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的,其高温液态锡保持一个
斜面焊锡条。
发展简述
波峰焊是指将熔化的
软钎焊料(
铅锡合金),经
电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰,亦可通过向焊料池注入氮气来形成,使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰,实现元器件
焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与
电气连接的软钎焊。
波峰焊流程:将元件插入相应的元件孔中 →预涂
助焊剂→ 预热(温度90-100℃,长度1-1.2m) → 波峰焊(220-240℃)冷却 → 切除多余插件脚 → 检查。
回流焊工艺是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料,实现
表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。
波峰焊随着人们对
环境保护意识的增强有了新的焊接工艺。以前的是采用
锡铅合金,但是铅是重金属对人体有很大的伤害。于是促生了无铅工艺,采用*锡
银铜合金*和特殊的助焊剂,且焊接温度的要求更高的预热温度。
在大多数不需要小型化和大功率的产品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技术线路板,比如电视机、家庭音像设备以及
数字机顶盒等,仍然都在用穿孔元件,因此需要用到波峰焊。从工艺角度上看,
波峰焊机器只能提供很少一点最基本的设备运行参数调整。
工艺过程
线路板通过
传送带进入波峰焊机以后,会经过某个形式的助焊剂
涂敷装置,在这里助焊剂利用波峰、发泡或喷射的方法涂敷到线路板上。由于大多数助焊剂在焊接时必须要达到并保持一个活化温度来保证焊点的完全浸润,因此线路板在进入波峰槽前要先经过一个预热区。助焊剂涂敷之后的预热可以逐渐提升PCB的温度并使助焊剂活化,这个过程还能减小
组装件进入波峰时产生的热冲击。它还可以用来蒸发掉所有可能吸收的潮气或稀释助焊剂的载体溶剂,如果这些东西不被去除的话,它们会在过波峰时沸腾并造成焊锡溅射,或者产生蒸汽留在焊锡里面形成中空的焊点或
砂眼。另外,由于
双面板和多层板的热容量较大,因此它们比
单面板需要更高的预热温度。
波峰焊机基本上采用热辐射方式进行预热,最常用的波峰焊预热方法有强制
热风对流、
电热板对流、电热棒加热及
红外加热等。在这些方法中,强制热风对流通常被认为是大多数工艺里波峰焊机最有效的
热量传递方法。在预热之后,线路板用单波(λ波)或双波(扰流波和λ波)方式进行焊接。对穿孔式元件来讲单波就足够了,线路板进入波峰时,焊锡流动的方向和板子的行进方向相反,可在元件引脚周围产生涡流。这就象是一种洗刷,将上面所有助焊剂和
氧化膜的残余物去除,在焊点到达浸润温度时形成浸润。
对于混和技术组装件,一般在λ波前还采用了扰流波。这种波比较窄,扰动时带有较高的垂直压力,可使焊锡很好地渗入到安放紧凑的引脚和
表面安装元件(
SMD)焊盘之间,然后用λ波完成焊点的成形。在对未来的设备和供应商作任何评定之前,需要确定用波峰进行焊接的板子的所有
技术规格,因为这些可以决定所需机器的性能。
a.元器件引线成型一印制板贴
阻焊胶带(视需要)———插装元器件———
印制板装入焊机夹具———涂覆
助焊剂———预热———波峰焊———冷却———取下印制板———撕掉阻焊胶带—二—检验———辛L焊———清洗———检验———放入专用运输箱;
b.印制板贴阻焊胶带———装入模板———插装元器件———吸塑———切脚———从模板上取下印制板———印制板装焊机夹具———涂覆助焊剂———预热———波峰焊(精焊平波和冲击波)———冷却———取下印制板———撕掉吸塑薄膜和阻焊胶带———检验———补焊———清洗——检验———放入专用运输箱。
A1.2 联机式波峰焊工艺流程
将印制板装在焊机的夹具上———人工插装元器件———涂覆助焊剂———预热———浸焊———冷去口———切脚———刷切脚屑———喷涂助焊剂———预热———波峰焊(精焊平波和冲击波)———冷却———清洗———印制板脱离焊机—一检验———补焊———清洗———检验———放入专用运输箱。
附录B
(参考件)
B1 波峰焊机基本操作规程
B1.1 准备工作
a. 检查波峰焊机配用的通风设备是否良好;
方法:进行温度指示器上下调节,然后用
温度计测量锡槽液面下10—15 mm处的温度,判断温度是否随其变化:
方法:打开预热器开关,检查其是否升温且温度是否正常;
方法:根据印制板的厚度与所留元件引线的长度调整刀片的高低,然后将刀片架拧紧且平稳,开机目测刀片的旋转情况,最后检查
保险装置有无失灵;
方法:倒入助焊剂,调好
进气阀,开机后助焊剂发泡,使用试样印制板将泡沫调到
板厚的1/2处,再镇紧
眼压阀,待正式操作时不再动此阀,只开进气开关即可;
g,待以上程序全部正常后,方可将所需的各种
工艺参数预置到设备的有关位置上。
操作规则
a.波峰焊机要选派1~2名经过培训的专职工作人员进行操作管理,并能进行
一般性的维修保养;
b.开机前,操作人员需配戴粗纱手套拿
棉纱将设备擦干净,并向注油孔内注入适量润滑油;
c.操作人员需配戴
橡胶防腐手套清除锡槽及焊剂槽周围的废物和污物;
d,操作间内设备周围不得存放汽油、酒精、棉纱等易燃物品;
e.焊机
运行时,操作人员要配戴
防毒口罩,同时要配戴耐热耐燃手套进行操作;
f.非工作人员不得随便进入波峰焊操作间;
B2单机式波峰焊的操作过程
B2.1 打开通风开关。
B2.2 开机
c. 打开发泡喷涂器的进气开关;
d.焊料温度达到规定数据时,检查锡液面,若锡液面太低要及时添加焊料;
e.开启波峰焊气泵开关,用装有印制板的
专用夹具来调整压锡深度;
f. 清除锡面残余氧化物,在锡面干净后添加
防氧化剂:
g.检查助焊剂,如果液面过低需加适量助焊剂;
h.检查调整助焊剂密度符合要求;
i.检查助焊剂发泡层是否良好;
j. 打开预热器
温度开关,调到所需温度位置;k.调节传动导轨的角度;
o. 印制板装入夹具,板四周贴紧夹具槽,力度适中,然后把夹具放到传送导轨的始端;
p.焊接运行前,由专人将倾斜的元件扶正,并验证所扶正的元件正误;
q. 高大元器件一定在焊前采取加固措施,将其固定在印制板上。
B3 联机式波峰焊机操作过程
B3.1 按B2章中B2.1及B2.2中a—k的程序进行操作。
B3.2 继续本机的操作
a. 插件工人按要求配戴
细纱手套。(若有
静电敏感器件要配戴导电
腕带)插件工应坚持在工位前等设备运行;
b. 根据实际情况调整
运送速度,使其与
焊接速度相匹配;
e. 将夹具放在导轨上,将其调至所需焊接印制板的尺寸;
f. 执行B2.2中P和q项;
g. 待程序全部完成后,则可打开波峰焊机
行程开关和焊接运行开关进行插装和焊接。
B4 焊后操作
a.关闭气源;
b.关闭预热器开关;
d.调整运送速度为零,关闭传送开关;
e.关闭总电源开关;
f. 将冷却后的助焊剂取出,经过滤后达到指标仍可继续使用,将容器及喷涂口擦洗干净;
g.将波峰焊机及夹具清洗干净。
B5 焊接过程中的管理
a.操作人必须坚守岗位,随时检查设备的运转情况;
b.操作人要检查焊板的质量情况,如焊点出现导常情况,如一块板虚焊点超过百分之二应立即停机检查;
c.及时准确做好设备运转的原始记录及焊点质量的具体数据记录;
焊完的印制板要分别插入专用运输箱内,相互不得碰压,更不允许堆放(如有静电
敏感元件一定要使用防静电运输箱)。
不良分析
残留多
⒉焊接前未预热或预热温度过低(
浸焊时,时间太短)。
⒊走板速度太快(助焊剂未能充分挥发)。
⒋锡炉温度不够。
⒌锡炉中杂质太多或锡的度数低。
⒍加了防氧化剂或防氧化油造成的。
⒎助焊剂涂布太多。
⒐元件脚和板孔不成比例(孔太大)使助焊剂上升。
⒑PCB本身有预涂松香。
12.PCB工艺问题,过孔太少,造成助焊剂挥发不畅。
⒔手浸时PCB入锡液角度不对。
着火
2.没有风刀,造成
助焊剂涂布量过多,预热时滴到
加热管上。
3.风刀的角度不对(使助焊剂在PCB上涂布不均匀)。
⒋PCB上胶条太多,把胶条引燃了。
5.PCB上助焊剂太多,往下滴到加热管上。
6.走板速度太快(助焊剂未
完全挥发,助焊剂滴下)或太慢(造成板面热温度)
7.预热温度太高。
8.工艺问题(PCB
板材不好,
发热管与PCB距离太近)。
腐蚀
(元器件发绿,焊点发黑)
⒉ 铅锡与助焊剂起化学反应,形成黑色的铅锡的化合物。
⒊ 预热不充分(预热温度低,走板速度快)造成助焊剂残留多,
5.用了需要清洗的助焊剂,焊完后未清洗或未及时清洗。
6.助焊剂活性太强。
漏电
(绝缘性不好)
⒈ 助焊剂在板上成离子残留;或助焊剂残留吸水,吸水导电。
⒊ PCB阻焊膜质量不好,容易导电。
漏焊
⒈ 助焊剂活性不够。
⒉ 助焊剂的润湿性不够。
⒊ 助焊剂涂布的量太少。
⒋ 助焊剂涂布的不均匀。
⒌ PCB区域性涂不上助焊剂。
⒍ PCB区域性没有沾锡。
⒏ PCB布线不合理(元零件分布不合理)。
⒐ 走板方向不对,锡虚预热不够。
⒑ 锡含量不够,或铜超标;[杂质超标造成锡液熔点(
液相线)升高]
⒒ 发泡管堵塞,发泡不均匀,造成助焊剂在PCB上涂布不均匀。
⒓ 风刀设置不合理(助焊剂未吹匀)。
⒔ 走板速度和预热配合不好。
⒕ 手浸锡时操作方法不当。
⒖ 链条倾角不合理。
⒗ 波峰不平。
太亮或不亮
⒈ 助焊剂的问题:A .可通过改变其中添加剂改变(助焊剂选型问题);
B. 助焊剂微腐蚀。
⒉ 锡不好(如:锡含量太低等)。
短路
⒈ 锡液造成短路:
A、发生了连焊但未检出。
B、锡液未达到正常
工作温度,焊点间有“锡丝”搭桥。
D、发生了连焊即架桥。
2、助焊剂的问题:
B、助焊剂的绝阻抗不够,造成焊点间通短。
3、 PCB的问题:如:PCB本身阻焊膜脱落造成短路
烟大、味大
⒈助焊剂本身的问题
A、树脂:如果用普通树脂烟气较大
B、溶剂:这里指助焊剂所用溶剂的气味或刺激性气味可能较大
A、助焊剂中的水含量较大(或超标)B、助焊剂中有高沸点成份(经预热后未能充分挥发)
2、 工 艺
A、预热温度低(助焊剂溶剂未完全挥发)
B、走板速度快未达到预热效果
C、链条倾角不好,锡液与PCB间有气泡,气泡爆裂后产生锡珠
D、助焊剂涂布的量太大(没有风刀或风刀不好)
E、手浸锡时操作方法不当
F、工作环境潮湿
A、板面潮湿,未经完全预热,或有水分产生
B、PCB跑气的孔设计不合理,造成PCB与锡液间窝气
C、PCB设计不合理,零件脚太密集造成窝气
D、PCB贯穿孔不良
焊点不饱满
⒈ 助焊剂的润湿性差
⒉ 助焊剂的活性较弱
⒊ 润湿或活化的温度较低、泛围过小
⒋ 使用的是双波峰工艺,一次过锡时助焊剂中的有效分已完全挥发
⒌ 预热温度过高,使活化剂提前激发活性,待过锡波时已没活性,或活性已很弱;
⒍ 走板速度过慢,使预热温度过高;
⒎ 助焊剂涂布的不均匀。
⒏ 焊盘,元器件脚氧化严重,造成吃锡不良;
⒐ 助焊剂涂布太少;未能使PCB焊盘及元件脚完全浸润
10.PCB设计不合理;造成元器件在PCB上的排布不合理,影响了部分元器件的上锡
助焊剂发泡不好
2、 发泡
管孔过大(一般来讲免洗FLUX的发泡管管孔较小,树脂助焊剂的发泡管孔较大)
3、 发泡槽的发泡区域过大
4、 气泵气压太低
5、 发泡管有管孔漏气或堵塞气孔的状况,造成发泡不均匀
6、 稀释剂添加过多
发泡太多
1、 气压太高
2、 发泡区域太小
3、 助焊槽中助焊剂添加过多
4、 未及时添加稀释剂,造成助焊剂浓度过高
助焊剂变色
(有些无透明的助焊剂中添加了少许感光型添加剂,此类添加剂遇光后变色,但不影响助焊剂的焊接效果及性能)
脱落或起泡
1、 80%以上的原因是PCB制造过程中出的问题
A、清洗不干净
B、劣质阻焊膜、
C、PCB板材与阻焊膜不匹配
D、钻孔中有脏东西进入阻焊膜
E、热风整平时过锡次数太多
2、助焊剂中的一些添加剂能够破坏阻焊膜
3、锡液温度或预热温度过高
4、焊接时次数过多
电信号改变
2、残留不均匀,绝缘电阻分布不均匀,在电路上能够形成电容或电阻。
3、助焊剂的水萃取率不合格
4、以上问题用于清洗工艺时可能不会发生(或通过清洗可解决此状况)
避免缺陷
随着元器件变得越来越小而
PCB越来越密,在焊点之间发生
桥连和短路的可能性也因此有所增加。但已有了一些行之有效的方法可用来解决这种问题,其中一种方法是采用风刀技术。这是在PCB离开波峰时用一个风刀向熔化的焊点
吹出一束热空气或氮气,这种和PCB一样宽的风刀可以在整个PCB宽度上进行完全质量检查,消除桥连或短路并减少运行成本。还有
可能发生的其它缺陷包括
虚焊或漏焊,也称为开路,如果助焊剂没有涂在PCB上时就会形成。如果助焊剂不够或预热阶段运行不正确的
话则会造成顶面浸润不良。尽管焊接桥连或短路可在焊后测试时发现,但要知道虚焊会在焊后的质量检查时测试合格,而在以后的使用中出现问题。使用中出现问题会严重影响制定的最低
利润指标,不仅仅是因为作现场更换时会产生的费用,而且由于客户发现到了质量问题,因而对今后的销售也会有影响。
在波峰焊接阶段,PCB必须要浸入波峰中将
焊料涂敷在焊点上,因此波峰的高度控制就是一个很重要的参数。可以在波峰上附加一个
闭环控制使波峰的
高度保持不变,将一个感应器安装在波峰上面的传送链导轨上,测量波峰相对于PCB的高度,然后用加快或降低锡泵速度来保持正确的
浸锡高度。锡渣的堆积对波峰焊接是有害的。如果在锡槽里聚集有锡渣,则锡渣进入波峰里面的可能性会增加。可以通过设计锡泵系统来避免这种问题,使其从锡槽的底部而不是锡渣聚集的顶部抽取锡。采用
惰性气体也可减少锡渣并节省费用。
惰性焊接
氮气焊接可以减少锡渣节省成本,但是用户必须要承担氮气的费用以及输送系统的先期投资。通常需要折衷考虑上述两个方面的因素,因此必须确定减少维护以及由于焊点浸润更好因而
缺陷率降低所节省下来的成本。另外也可以采用低残余物工艺,此时会有一些助焊剂残余物留在板子上,而根据产品或客户的要求这些残余物是可以接受的。像合约制造商这样的用户对于所焊接的
产品设计不会有一个总的控制,因此他们要寻求更宽的工艺范围,这可以通过采用有腐蚀性的助焊剂然后进行清洗的方法来达到。虽然会有一个初始
设备投资,但在大多数情况下这是一个成本最低的方法,因为从生产线下来的都是高质量而又无需返工的产品。
生产率
许多用户使用自动化在线式设备一周七天地进行制造和组装。因此,
生产率的问题比以前更为重要,所有设备都必须要有尽可能高的
正常运行时间。在选择
波峰焊设备时,必须要考虑各个系统的
MTBF(
平均无故障时间)及其
MTTR(平均修理时间)。如果一个系统采用了可以抬起的面板、可折起的后门以及完全操纵台式检修门而具有较高的易维护性,就可达到较低的MTTR。类似地,考虑一下减少焊锡模块的维护和减少助焊剂涂敷装置的维护也可以取得较短的
维护时间。
焊接方法
波峰焊方法或工艺的采用取决于产品的复杂程度以及产量,如果要做复杂的产品以及产量很高,可以考虑用氮气工艺比如CoN▼2▼Tour波峰来减少锡渣并提高焊点的浸润性。如果使用一台中型的机器,其工艺可以分为氮气工艺和空气工艺。用户仍然可以在空气环境下处理复杂的板子,在这种情况下,可根据客户的要求使用腐蚀性助焊剂,在焊接后再进行清洗,或者使用低固态助焊剂。
桥接技术
在各种机器类型里,还有很多先进的补充选项。比如Speedline ELECTROVERT提供了一个获得专利的
热风刀去桥接技术,用来去除桥接以及做焊点的无损受力测试。风刀位于焊槽的出口处,
以与水平呈40°到90°的角度向焊点射出0.4572mm窄的热风。它可以使所有在第一次由于留有空气使得焊接不够好的穿孔焊点重新填注焊锡,而不会影响到正常的焊点。但是必须要注意,要使焊点质量得到显著的提升,并不需要在
波峰焊设备上设定更多的选项。而且对所有
生产设备而言,检查每个工程数据的真实
准确性也是很重要的,最好的方法是在购买前用机器先运行一下板子。
对策
焊料不足
产生原因 预防对策PCB预热和焊接温度太高,使熔融焊料的黏度过低。预热温度在90-130℃,有较多贴装元器件时温度取上限;锡波温度为250±5℃,
焊接时间3-5s。
插装孔的孔径过大,焊料从孔中流出。插装孔的孔径比引脚直径大0.15-0.4mm(细引脚取下限,粗引脚取上限)。
细引线大
焊盘,焊料被拉到焊盘上,使焊点干瘪。焊盘设计要符合波峰焊要求。
金属化孔质量差或助焊剂流入孔中。反映给
印制板加工厂,提高加工质量。
波峰高度不够。不能使印制板对焊料产生压力,不利于上锡。波峰高度
一般控制在印制板厚度的2/3处。
印制板
爬坡角度偏小,不利于焊剂排气。印制板爬坡角度为3-7°
焊料过多
焊接温度过低或传送带速度过快,使熔融焊料的黏度过大。锡波温度为250±5℃,焊接时间3-5s。
根据PCB尺寸,是否
多层板,元器件多少,有无贴装元器件等设置预热温度。
焊剂活性差或比重过小。更换焊剂或调整适当的比重。
焊盘、插装孔、引脚可焊性差。提高印制板加工质量,元器件先到先用,不要存放在潮湿环境中。
焊料中锡的比例减小,或焊料中杂质成分过高(CU<0.08%),使熔融焊料的黏度增加,流动性变差。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。
焊料残渣太多。每天结束工作后应清理残渣。
锡丝
PCB预热温度过低,由于PCB与元器件温度偏低,与波峰接触时溅出的焊料贴在PCB表面而形成。提高预热温度或延长预热时间。
印制板受潮。对印制板进行去潮处理。
漏焊(虚焊)(粗糙,粒状,光泽差,流动性不好)
名词解释:凡是在钎接时连接界上未形成适宜厚度的
铜锡合金层。
漏焊(虚焊)形成原因:
1.钎接温度低热量供给不足。 钎料槽温度低——夹送速度过快——设计不良。
2.PCB或元件器引线可焊性差。 被接合的基本金属体氧化污染——
钎料温度过高——钎料温度偏低——焊接时间过长。
3.钎料未凝固前焊接处晃动。
4.流入了助焊剂。
漏焊(虚焊)解决方案:
1.焊接前洁净所有被焊接表面。确保可焊性。
2.调整焊接温度。
3.增强助焊剂活性。
4.合理选择焊接时间。
5.改善储存条件缩短PCB和元器件的储存时间。
冷焊
冷焊名词解释:波峰焊后焊点出现溶涌状不规则的
角焊缝,基体金属盒钎料之间不润湿或润湿不足,甚至出现裂纹。
由于传送带震动,冷却时受到外力影响,使焊锡紊乱。检查电机是否有故障,检查电压是否稳定。传送带是否有异物。
焊接温度过低或传送带速度过快,使熔融焊料的黏度过大。使焊点表面发皱。锡波温度为250±5℃,焊接时间3-5s。温度略低时,传送带速度应调慢一些。
冷焊形成原因:
1.钎料槽温度低。
2.夹送速度过高,焊接时间短。
3.PCB在正常焊接时由于
热容量大的元件的引脚焊点累积不到足够
得热量。
冷焊解决方案:
3.调高预热温度,减少预热区到钎料槽时PCB的
热冲击。
焊点拉尖
电磁泵波峰焊机的波峰高度太高或引脚过长,使引脚底部不能与波峰接触。因为电磁泵波峰焊机是空心波,空心波的厚度为4-5mm左右。波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3处。插装元器件引脚成形要求原件引脚露出印制板
焊接面0.8-3mm。
助焊剂活性差 更换助焊剂。
插装元器件引线直径与插装孔的孔径比例不正确,插装孔过大,大焊盘吸热量达。插装孔的孔径比引脚直径0.15-0.4mm(细引脚取下限,粗引脚取上限)。
拉尖特点:
钎料槽温度低 夹送速度过快。
拉尖有圆,短,粗而无光泽状态时。
钎料温度高,速度快。
尖形成原因:
1.焊盘被氧化
2.助焊剂用量少。
3.预热不当。
4.钎料槽温度低。
5.夹送速度,焊接时间过长。
6.PCB压波深度过大。
7.铜箔太大,PCB太小。
8.助焊剂不合适或变质。
9.钎料纯度不适。
10.夹送倾角不适。
拉尖解决方案:
1.净化被焊表面。
2.加大助焊剂喷量。
3.适当调整预热温度。120-135°
4.适当调整锡炉温度。 268-275°
5.加快夹送速度,减少焊接时间。1.01.5m/min
6.调整波峰高度。
7.更改PCB焊盘设计。
8.更换助焊剂。
9.更换钎料。
10.更改夹送倾角。
空洞
1.孔线配合关系严重失调,孔大引线小波峰焊接几乎100%出现
空穴现象2.PCB打孔偏离了焊盘中心。
3.焊盘不完整。
4.孔周围有毛刺或被氧化。
5.引线氧化,脏污,预处理不良。
空洞解决方案:
1.调整孔线配合。
3.改善PCB的加工质量。
4.改善焊盘和引线表面洁净状态和可焊性。
焊料球(珠)
PCB预热温度过低或预热时间过短,助焊剂中的溶剂和水分没有挥发掉,焊接时造成焊料飞溅。提高预热温度或延长预热时间。
溅锡球(珠)形成原因:
1.PCB在制造或储存中受潮。
2.
环境湿度大,潮气在多缝的PCB上凝聚,厂房内又未采取验潮措施。
3.镀层和助焊剂不相溶,助焊剂选用不当。
6.基板加工不良,孔壁粗糙导致槽液积聚,
PCB设计时未做分析。
7.预热温度不合适。
8.镀银件密集。
9.钎料波峰状选择不合适。
溅锡球(珠)解决方案:
1.更改PCB储存条件,降低受潮。
2.选用合适的助焊剂。
3.助焊剂喷均匀,提高预热温度。
5.开平波整形PCB焊点。
气孔(气泡/针孔)
焊料杂质超标,AL含量过高,会使焊点多空。更换焊料。
焊料表面氧化物,残渣,污染严重。每天结束工作后应清理残渣。
印制板爬坡角度偏小,不利于焊剂排气。印制板爬坡角度为3-7°
波峰高度过低,不利于排气。波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3处。
气孔(气泡或针孔)形成原因:
1.助焊剂过量或焊前容积发挥不充分。
2.基板受潮。
3.孔位和引线间隙大小,基板排气不畅。
4.孔金属不良。
波峰焊接时被加热基体的热容量很大,虽然焊接已结束,但尚未冷却,由于
热惯性,温度仍然上升,此时焊点外侧开始凝固,而焊点内部温度降低较慢,残留的气体仍然继续膨胀,挤压
外表面即将凝固的钎料而喷出从而在焊点内形及气孔。
气孔(气泡或针孔)解决方案:
1.加大预热温度,充分发挥助焊剂。
2.减短基板预存时间。
3.正确设计焊盘,确保排气通畅
4.防止焊盘金属氧化污染。
润湿不良(表面严重污染而导致可焊性不良的极端情况下。同一表面会同时出现非润湿和半润湿共存状态)
片式元件端头
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。表面贴装元器件波峰焊时采用三层端头结构,能经受两次以上260℃波峰焊温度冲击。
PCB设计不合理,波峰焊时
阴影效应造成漏焊。符合
DFM设计要求
PCB翘曲,使PCB翘起位置与波峰
接触不良。PCB
翘曲度小于0.8-1.0%
传送带两侧不平行,使PCB与波峰接触不平行。调整水平。
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。清理锡波喷嘴。
助焊剂活性差,造成润湿不良。更换助焊剂。PCB预热温度太高,使助焊剂碳化,失去活性,造成润湿不良。设置恰当的预热温度。
不润湿及反润湿
不润湿:波峰焊接后
基本金属表面产生连续的钎料薄膜,在不润湿的表面,钎料根本就没有与
基体金属完全接触,而可以棉线的看到裸露的基体金属表面。
反润湿:波峰焊接种钎料首先润湿基体金属表面后同润湿不足而缩回从而在基体金属表面是留下一层很波的钎料,同时又有断断续续的有些分离的钎球,大钎球于基体金属相接触处有很大的
接触角。
反润湿类似不润湿基体金属表面上某种形式的玷污会产生半润湿现象
当钎料槽里金属
杂质浓度到一定值后,也会产生半润湿。
不润湿及反润湿形成原因:
1.基本金属体不可焊
2.助焊剂活性不够或变质失效。
3.表面
上油或
油脂类物质使助焊剂和钎料不能与被焊表面接触。
不润湿及反润湿解决方案:
1.改善被焊金属的可焊性。
2.改用活性强的助焊剂。
3.合理调整好助焊剂温度和时间。
4.彻底清除被焊金属表面污染物。
5.保持钎料槽中的钎料纯度。
焊焊点的轮廓敷形形成原因:
钎料过对堆焊,钎料在焊点上堆集过多而形成凸状表面外形看不见元件器引脚线轮廓。
钎料过少干瘪,吃席严重不足,不能完全封住被连接的导线,使其部分暴露在外。
在PCB上钎接圆形截面引线时,若接触角<15° 则抗拉强度测量值误差就大。且抗拉强度的
平均值要比不良的钎接状态低得多。若接触角>45° 抗拉强度也大平均抗拉强度也比
最大值低一些。
接触角最佳范围15°<⊙<45°
要求钎接对伸出引线的润湿高度H≥D图3
焊点的轮廓敷形解决方案:
2.正切的实际PCB的图形和布线。
3.合理调整钎料温度,夹送速度,夹送角度。
4.合理调整预热温度。
暗色焊点或颗粒状焊点形成原因:
1.钎料中金属本质过量积累,使焊点量暗灰色或发白。
5.焊接时过热。
暗色焊点或颗粒状焊点解决方案:
1.更换锡槽锡。
2.用纯锡净化锡炉内其他杂质。
3.降低焊接温度。
焊点桥接或短路
焊点桥接或短路解释:过多的钎料使相邻线路或在同一导体上堆集,分别称为桥接和短路。
PCB设计不合理,焊盘间距过窄。符合DFM设计要求。
插装元器件引脚不规则或插装歪斜,焊接前引脚之间已经接近或已经碰上。插装元器件引脚应根据印制板的孔径及装配要求进行成形,如采用短插一次焊工艺,要求原件引脚露出印制板焊接面0.8-3mm,插装时要求元件体端正。
接温度过低或传送带速度过快,使熔融焊料的黏度过大。锡波温度为250±5℃,焊接时间3-5s。温度略低时,传送带速度应调慢一些。
助焊剂活性差。更换助焊剂。
桥接和短路形成原因:
1.温度
2.相邻导线或焊盘间距过短。
3.基体金属表面不洁净。
4.钎料纯度不够。
5.助焊剂活性及预热温度。
7.PCB吃锡深度。
8.元件引脚的伸出PCB高度
9.PCB夹送速度。
10.PCB夹送角度。
桥接和短路解决方案:
1.适当调整温度。
2.更改导线或焊盘间距设计。
4.换锡,或添加纯锡,提高钎料纯度。
5.更换活性强的助焊剂。
6.更改PCB电装设计,均匀板面热容量。
7.调整波峰深度。
8.元件脚加工高于PCB厚度1.5-3MM
9.调整夹送速度与夹送角度。 夹送角度。 3-7°
改善方法
波峰焊锡作业中问题点与改善方法
⒈沾锡不良 POOR WETTING:
这种情况是不可接受的缺点,在
焊点上只有部分沾锡.分析其原因及改善方式如下:
1-1.外界的污染物如油,脂,腊等,此类污染物通常可用溶剂清洗,此类油污有时是在印刷防焊剂时沾上的.
1-2.SILICON OIL 通常用于脱模及润滑之用,通
常会在基板及零件脚上发现,而 SILICON OIL 不易清理,因之使用它要非常小心尤其是当它做抗氧化油常会发生问题,因它会蒸发沾在基板上而造成沾锡不良.
1-3.常因贮存状况不良或基板制程上的问题发生氧化,而助焊剂无法去除时会造成沾锡不良,过二次锡或可解决此问题.
1-4.沾
助焊剂方式不正确,造成原因为发泡气压不稳定或不足,致使
泡沫高度不稳或
不均匀而使基板部分没有沾到助焊剂.
1-5.吃锡时间不足或锡温不足会造成沾锡不良,因为熔锡需要足够的温度及时间WETTING,通常
焊锡温度应高于熔点温度50℃至80℃之间,沾锡总时间约3秒.
⒉局部沾锡不良 DE WETTING:
此一情形与沾锡不良相似,不同的是局部沾锡不良不会露出
铜箔面,只有薄薄的一层锡无法形成饱满的焊点.
⒊
冷焊或焊点不亮 COLD SOLDER OR DISTURRED SOLDER JOINTS:
焊点看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊锡正要冷却形成焊点时振动而造成,注意锡炉输送是否有异常振动.
⒋焊点破裂 CRACKS IN SOLDER FILLET:
此一情形通常是焊锡,基板,导通孔,及零件脚之间
膨胀系数,未配合而造成,应在基板材质,零件材料及设计上去改善.
通常在评定一个焊点,希望能又大又圆又胖的焊点,但事实上过大的焊点对
导电性及
抗拉强度未必有所帮助.
5-1.锡炉输送角度不正确会造成焊点过大,倾斜角度由1到7度依基板设计方式?;整,一般角度约3.5度角,角度越大沾锡越薄角度越小沾锡越厚.
5-2.提高锡槽温度,加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽.
5-3.提高
预热温度,可减少基板沾锡所需热量,曾加助焊效果.
5-4.改变助焊剂比重,略为降低助焊剂比重,通常比重越高吃锡越厚也越易短路,比重越低吃锡越薄但越易造成锡桥,锡尖.
⒍锡尖(冰柱) ICICLING:
此一问题通常发生在
DIP或WⅣE的焊接制程上,在零件脚顶端或焊点上发现有冰尖般的锡.
6-1.基板的
可焊性差,此一问题通常伴随着沾锡不良,此问题应由基板可焊性去探讨,可试由提升助焊剂比重来改善.
6-2.基板上金道(PAD)面积过大,可用绿(
防焊)漆线将金道分隔来改善,原则上用绿(防焊)漆线在大金道面分隔成5mm乘10mm区块.
6-3.锡槽温度不足沾锡时间太短,可用提高锡槽温度加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽来改善.
6-4.出波峰后之冷却风流角度不对,不可朝锡槽方向吹,会造成锡点急速,多余焊锡无法受重力与
内聚力拉回锡槽.
6-5.手焊时产生锡尖,通常为
烙铁温度太低,致
焊锡温度不足无法立即因内聚力回缩形成焊点,改用较大瓦特数烙铁,加长烙铁在被焊对象的
预热时间.
⒎防焊绿漆上留有残锡 SOLDER WEBBING:
7-1.基板制作时残留有某些与助焊剂不能兼容的物质,在过热之,后餪化产生黏性黏着焊锡形成
锡丝,可用
丙酮(*已被
蒙特娄公约禁用之化学溶剂),,氯化烯类等溶剂来清洗,若清洗后还是无法改善,则有基板层材CURING不正确的可能,本项事故应及时回馈基板
供货商.
7-2.不正确的基板CURING会造成此一现象,可在插件前先行烘烤120℃二小时,本项事故应及时回馈基板供货商.
7-3.
锡渣被PUMP打入锡槽内再
喷流出来而造成基板面沾上锡渣,此一问题较为单纯良好的锡炉维护,锡槽正确的锡面高度(一般正常状况当锡槽不喷流静止时锡面离锡槽边缘10mm高度)
在焊接或溶剂清洗过后发现有白色残留物在基板上,通常是
松香的残留物,这类物质不会影响
表面电阻质,但客户不接受.
8-1.助焊剂通常是此问题主要原因,有时改用另一种助焊剂即可改善,松香类助焊剂常在清洗时产生白班,此时最好的方式是寻求助焊剂供货商的协助,产品是他们供应他们较专业.
8-2.基板制作过程中残留杂质,在长期储存下亦会产生
白斑,可用助焊剂或溶剂清洗即可.
8-3.不正确的CURING亦会造成白班,通常是某一批量单独产生,应及时回馈基板供货商并使用助焊剂或溶剂清洗即可.
8-4.厂内使用之
助焊剂与基板氧化
保护层不兼容,均发生在新的基板供货商,或更改助焊剂厂牌时发生,应请供货商协助.
8-5.因基板制程中所使用之溶剂使基板材质变化,尤其是在镀镍过程中的溶液常会造成此问题,建议
储存时间越短越好.
8-6.助焊剂使用过久老化,暴露在空气中吸收水气劣化,建议更新助焊剂(通常发泡式助焊剂应每周更新,浸泡式助焊剂每两周更新,喷雾式每月更新即可).
8-7.使用松香型助焊剂,过完焊锡炉候停放时间太九才清洗,导致引起白班,尽量缩短
焊锡与清洗的时间即可改善.
8-8.清洗基板的溶剂水分含量过高,降低清洗能力并产生白班.应更新溶剂.
⒐深色残余物及浸蚀痕迹 DARK RESIDUES AND ETCH MARKS:
通常黑色残余物均发生在焊点的底部或顶端,此问题通常是不正确的使用助焊剂或清洗造成.
9-1.松香型助焊剂焊接后未立即清洗,留下黑褐色残留物,尽量提前清洗即可.
9-2.酸性助焊剂留在焊点上造成黑色腐蚀颜色,且无法清洗,此现象在手焊中常发现,改用较弱之助焊剂并尽快清洗.
9-3.有机类助焊剂在较高温度下烧焦而产生黑班,确认锡槽温度,改用较
可耐高温的助焊剂即可.
波峰焊治具
⒑绿色残留物 GREEN RESIDUE:
绿色通常是腐蚀造成,特别是电子产品但是并非完全如此,因为很难分辨到底是绿锈或是其它化学产品,但通常来说发现绿色物质应为警讯,必须立刻查明原因,尤其是此种绿色物质会越来越大,应非常注意,通常可用清洗来改善.
10-1.腐蚀的问题通常发生在裸铜面或含
铜合金上,使用非松香性助焊剂,这种腐蚀物质内含
铜离子因此呈绿色,当发现此绿色腐蚀物,即可证明是在使用非松香助焊剂后未正确清洗.
10-2.COPPER ABIETATES 是
氧化铜与 ABIETIC ACID (松香主要成分)的化合物,此一物质是绿色但绝不是腐蚀物且具有高
绝缘性,不影影响品质但客户不会同意应清洗.
10-3.PRESULFATE 的残余物或基板制作上类似残余物,在焊锡后会产生绿色残余物,应要求基板制作厂在基板制作清洗后再做
清洁度测试,以确保基板清洁度的品质.
⒒白色腐蚀物
第八项谈的是白色残留物是指基板上白色残留物,而本项目谈的是零件脚及金属上的白色腐蚀物,尤其是含铅成分较多的金属上较易生成此类残余物,主要是因为
氯离子易与铅形成
氯化铅,再与
二氧化碳形成
碳酸铅(白色腐蚀物).
在使用松香类助焊剂时,因松香不溶于水会将含氯
活性剂包着不致腐蚀,但如使用不当溶剂,只能清洗松香无法去除含氯离子,如此一来反而加速腐蚀.
⒓
针孔及气孔 PINHOLDS AND BLOWHOLES:
针孔与气孔之区别,针孔是在
焊点上发现一小孔,气孔则是焊点上较
大孔可看到内部,针孔内部通常是空的,气孔则是内部空气完全喷出而造成之大孔,其形成原因是焊锡在气体尚未完全排除即已凝固,而形成此问题.
12-1.
有机污染物:基板与零件脚都可能产生气体而造成针孔或气孔,其
污染源可能来自自动植件机或储存状况不佳造成,此问题较为简单只要用溶剂清洗即可,但如发现污染物为SILICONOIL 因其不容易被溶剂清洗,故在制程中应考虑其它
代用品.
12-2.基板有湿气:如使用较便宜的基板材质,或使用较粗糙的钻孔方式,在贯孔处容易吸收湿气,焊锡过程中受到高热蒸发出来而造成,
解决方法是放在烤箱中120℃烤二小时.
12-3.电镀溶液中的
光亮剂:使用大量光亮剂电镀时,光亮剂常与金同时沉积,遇到高温则挥发而造成,特别是镀金时,改用含光亮剂较少的
电镀液,当然这要回馈到供货商.
⒔TRAPPED OIL:
氧化防止油被打入锡槽内经喷流涌出而机污染基板,此问题应为锡槽焊锡液面过低,锡槽内追加焊锡即可改善.
⒕焊点灰暗 :
此现象分为二种⑴
焊锡过后一段时间,(约半载至一年)焊点颜色转暗.
⑵经制造出来的成品焊点即是灰暗的.
14-1.焊锡内杂质:必须每三个月
定期检验焊锡内的金属成分.
14-2.助焊剂在热的表面上亦会产生某种程度的灰暗色,如RA及有机酸类助焊剂留在焊点上过久也会造成轻微的腐蚀而呈灰暗色,在焊接后立刻清洗应可改善.
某些无机酸类的助焊剂会造成 ZINC OXYCHLORIDE 可用 1% 的
盐酸清洗再水洗.
14-3.在焊锡合金中,锡含量低者(如40/60焊锡)焊点亦较灰暗.
波峰焊钛爪
⒖焊点表面粗糙:
焊点表面呈砂状突出表面,而焊点整体形状不改变.
15-1.金属杂质的结晶:必须每三个月定期检验焊锡内的金属成分
15-2.锡渣:锡渣被PUMP打入锡槽内经喷流涌出因锡内含有锡渣而使焊点表面有砂状突出,应为锡槽焊锡液面过低,锡槽内追加焊锡并应清理锡槽及PUMP即可改善.
15-3.
外来物质:如
毛边,绝缘材等藏在零件脚,亦会产生
粗糙表面⒗黄色焊点 :
系因焊锡温度过高造成,立即查看锡温及
温控器是否故障.
⒘短路BRIDGING:
过大的焊点造成两焊点相接.
17-1.基板吃锡时间不够,预热不足,整锡炉即可.
17-2.助焊剂不良:助焊剂比重不当,劣化等.
17-3.基板进行方向与锡波配合不良,更改吃锡方向.
17-4.线路设计不良:线路或接点间太过接近(应有0.6mm以上间距);如为排列式焊点或
IC,则应考虑盗锡焊垫,或使用文字
白漆予以区隔,此时之白漆厚度需为2倍焊垫(金道)厚度以上.
17-5.被污染的锡或积聚过多的
氧化物被PUMP带上造成短路应清理锡炉或更进一步全部更新锡槽内的焊锡.
分析对策
不开机
检查电路电压是否正常。
三相四线。380V
交流电压。是否正常。
不加热分析
预热区
检查24V是否正常。
检查预热区设置是否正常。
检查锡炉发热丝是否有短路。
检查锡炉设置是否正常。
检查24V是否正常。
检查交流接触器是否正常。
不喷雾
检查光感是否正常。
检查气压是否正常。
检查24V是否正常。
不恒温
检查发热丝是否正常。
检查交流控制器是否正常。
检查继电器是否损坏。
检查继电器24V输入是否正常。
导轨不传送
检查链爪有无卡带。
检查链爪有无变形。
检查导轨宽距是否前后一致。
检查紧急开关是否处于ON状态。
掉板
检查导轨宽距前后是否一致。
检查导轨是否过宽。
检查放板工位是否放到位。
上锡
检查波峰高度是否过高。
检查锡炉高度是否挨着链爪
跳闸
检查各线路是否有损坏。
检查各发热丝是否有烧坏。
检查电压是否正常。
报警
检查紧急开关是否处于ON状态。
检查导轨是否过紧。
检查波峰是否过载。
检查温度是否过高过低。
分类
40,000到55,000美元可以买到一台入门级、低或中等产量的立式机器。虽然还有更便宜的台式机型,但这些只适合于用在
研究开发或制作样机的场合,因为对于要适应制造商对增长的需求而言,它们都不够经用。典型的这类机器其
传送带输出速度约为0.8米/分钟到1米/分钟,采用发泡式或喷雾式助焊剂涂敷设备。可能没有对流式预热装置,但是大多数供应商会提供兼有单波和
双波性能的机器。
48,000到80,000美元可以买到一台中等产量的机器,预热区约为1.22米到1.83米,
生产速度约为1.2米/分钟到1.5米/分钟。除了将双
波峰作为
标准配置外,同时还提供有更多先进的配置,比如
惰性气体环境等。
在
高端市场,用95,000到190,000美元可以买到高产量的机器,能每天运行24小时并只需很少的人工干预。一般采用1.83米到2.44米的预热长度,可以得到2米/分钟或更高的产量。它同时还包括很多先进的特性,比如
统计过程控制和远距离
监测装置,以及在同一机器内既有喷雾式、发泡式又有波峰式助焊剂涂敷系统,另外可能还有三波峰性能。
新时代
尽管出现了表面贴装元器件,但专为处理
通孔元件而开发的波峰焊仍然富有生命力,并且还是各类生产线的关键部分。尽管对
无铅焊接在科技上的需要尚有争议,消费者和
立法机构对无铅产品的要求却是明确的。无
铅焊料的主要缺点是比传统锡-铅焊料成本较高,但是不管喜欢不喜欢,显然制造商在其全部生产中都不得不采用无铅工艺。毕竟
降低成本的方法总是存在的。
以下四种工艺技术形成了经济上紧密结合的几个方面,由此可节省无铅焊的成本:
⒈焊料回收再生。采用焊料回收再生系统能最大限度地节省成本。在焊接作业期间,多达75% (取决于泵的设计)的焊料会氧化变成
浮渣,浮渣的主要成份是纯
焊料.
以前人们认为残渣和浮渣并不重要。贩卖金属的商人仅用很低的价格就收购了这种无用的浮渣,然后很容易地就对浮渣进行了处理,从中提取了焊料,再销售出去。但是,制造商能自己处理浮渣,从而减少了焊料的消耗,获得经济上的好处。从经济上考虑,这种省钱的工序不可忽视。
⒉无铅工艺的控制。人们采用更昂贵的焊料,自然是期望
焊接缺陷更少。引起焊接缺陷(如桥接、拉尖和不充足的顶面焊缝)的主要原因之一是
印制电路板(PCB)组件在预热阶段加热不足。但是,过犹不足,加热过度和加热不足一样糟,对于无铅工艺来说更其如此。事实上,在无铅应用中预热要求更加严格,因为它要求更高的温度:有些无铅焊料
熔化温度接近700℉。
⒊预热器的类型。波峰焊
设备制造商采用不同类型的加热方法:
石英灯,红外(IR)管和Calrod陶瓷组件,全部在高温工作(1300至2000℉),以便使PCB在进入波峰之前其顶面达到190至240℉的最佳温度。显然,这么高的Δt,使
能量利用率很低。而且,组件不可能吸收由这些热源发射出的那么多的热量。采用这么高温的热源试图使PCB表面达到相对较低的温度,这就大大增加了焊剂过烧的可能性。
相反,采用低瓦特致密黑体IR
加热板是最有效加热PCB的方法。这些加热部件发射长波长的IR,很容易被PCB吸收。因此,在热源和PCB之间的Δt比石英灯和红外管等加热组件产生的Δt小得多。
⒋预热器的设计。大多数波峰焊机装有配置不同的预热器。但是,用于预热系统的最佳设计应该包括多于一种类型的加热器,例如,在底部的黑体IR加热板和上面的强力空气对流加热器相组合的系统。
预热器的
物理设计是均匀和逐渐加热印板的另一大
影响因素。比如,如果预热器的末端和波峰的开始部位之间存在缝隙,就会导致印板冷却。同样,印板在传送机构上运行时,它和热源之间的距离对于印板
加热过程也有重要影响。理想的设计是,当印板临近波峰时应当更加接近热源。另外,由于无铅焊料将随着PCB进入波峰浴而处于较高温度,人们自然期望最有效的预热系统能在
连续生产以满足大量生产要求时,使缺陷及返修和重装成本减至最低。
未来趋势
多样化的波峰焊 无铅波峰焊机新技术
发展趋势无铅波峰焊机波峰焊数字化、网络化发展的方向越来越明确清晰,这个变化,对用户带来的直接影响就是拉近了用户端和波峰焊前端的距离感,无铅波峰焊机技术、
物联网技术和
云计算技术的结合将引领整个无铅波峰焊机行业的发展。
IP浪潮无一避免,软件革命改变世界,IP与软件也正在快速改变着传统的
无铅波峰焊机行业。本文对无铅波峰焊机行业无铅波峰焊机面对新的技术和应用需求这样的大背景下,所产生的发展趋势以及自身发展的要求做一简要分析。
事实上,随着
IP技术和视频
管理软件平台的快速应用,传统的无铅波峰焊机行业尤其是以
模拟摄像机加DVR,或者
网络摄像机加
NVR的传统架构下的产品和解决方案正发生着巨大的变革。新的
技术变革,不仅仅快速提升了传统无铅波峰焊机的质量如更高的像素、更宽的波峰焊范围,更高的
解析度等,而且也在创造了新的应用,并扩展了传统的无铅波峰焊机行业的范围。
不过随着新技术日新月异的更新换代,以及行业之间的壁垒的消除,尤其是无铅波峰焊机与IT技术、与
通信技术、与
网络技术等的融合,整体无铅波峰焊机无铅波峰焊机也发生着巨大的变化,对原有无铅波峰焊机行业的厂家提出了更高的要求,新的厂家尤其是在IT技术诸如网络、云计算等方面有着天然优势的厂家的进入,在这样的新技术发展趋势和应用需求下,将一方面推动无铅波峰焊机在应用、技术、产品和解决方案的更新换代,另外一方面在无铅波峰焊机新发展的浪潮中觅得新的发展良机。
众所周知,网络化、高清化、智能化是无铅波峰焊机发展主要的三大趋势。整体无铅波峰焊机行业的发展,无论是在应用上如
智能交通、
平安城市、银行系统、
公检法系统、其他专业
行业系统,甚至民用系统如社区、楼宇等,还是在
技术发展,诸如百万像素、
HD-SDI、编码技术、录像
存储技术、视频的
智能分析、
VMS视频
管理系统等也基本上以此趋势为主要演进的方向.