【正文】 金屬表面的氧化物和污垢；4. 必須對波峰溫度、傳送帶的速度、預(yù)熱溫度、波峰接觸時(shí)間和焊接密度這些參數(shù)進(jìn)行控制，否則，波峰焊會(huì)出現(xiàn)虛焊、橋焊等焊接缺陷。波峰法其工作原理與波峰焊本身非常相似，PCB在焊劑形成的波峰上方通過，波峰的高度和電路板浸入波中的深度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)以保証適當(dāng)?shù)暮竸┩糠蠛穸入娐钒孱A(yù)熱焊劑的涂敷是成功焊接的先決條件。焊劑加熱的溫度必須適當(dāng)，以保證最佳的反應(yīng)條件。對于某些焊劑來說，還必須滿足一定的時(shí)間 – 溫度特性要求。 由于組件在波峰上經(jīng)過的時(shí)間比形成焊點(diǎn)的時(shí)間要短得多，因此電路的預(yù)熱對于焊接技術(shù)來說是相當(dāng)重要的。在預(yù)熱階段，焊料將達(dá)到能夠去 除電路板上氧化物的溫度。預(yù)熱還可以減少當(dāng)PCB接觸到熔化的焊料時(shí)元 件的熱沖擊和組件損壞。若果預(yù)熱不夠充分，PCBA可能從焊波中迅速吸收 熱量，導(dǎo)致波的焊料局部固化或引起短路展望波峰焊技術(shù)的應(yīng)用 在大多數(shù)不需要小型化的產(chǎn)品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技術(shù)線路板，比如電視機(jī)、家庭音像設(shè)備以及即將推出的數(shù)字機(jī)頂盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。從工藝角度上看，波峰焊機(jī)器只能提供很少一點(diǎn)最基本的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)調(diào)整。一、生產(chǎn)工藝過程 線路板通過傳送帶進(jìn)入波峰焊機(jī)以后，會(huì)經(jīng)過某個(gè)形式的助焊劑涂敷裝置，在這里助焊劑利用波峰、發(fā)泡或噴射的方法涂敷到線路板上。由于大多數(shù)助焊劑在焊接時(shí)必須要達(dá)到并保持一個(gè)活化溫度來保證焊點(diǎn)的完全浸潤，因此線路板在進(jìn)入波峰槽前要先經(jīng)過一個(gè)預(yù)熱區(qū)。助焊劑涂敷之后的預(yù)熱可以逐漸提升PCB的溫度并使助焊劑活化，這個(gè)過程還能減小組裝件進(jìn)入波峰時(shí)產(chǎn)生的熱沖擊。它還可以用來蒸發(fā)掉所有可能吸收的潮氣或稀釋助焊劑的載體溶劑，如果這些東西不被去除的話，它們會(huì)在過波峰時(shí)沸騰并造成焊錫濺射，或者產(chǎn)生蒸汽留在焊錫里面形成中空的焊點(diǎn)或砂眼。波峰焊機(jī)預(yù)熱段的長度由產(chǎn)量和傳送帶速度來決定，產(chǎn)量越高，為使板子達(dá)到所需的浸潤溫度就需要更長的預(yù)熱區(qū)。另外，由于雙面板和多層板的熱容量較大，因此它們比單面板需要更高的預(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)對流、電熱板對流、電熱棒加熱及紅外加熱等。在這些方法中，強(qiáng)制熱風(fēng)對流通常被認(rèn)為是大多數(shù)工藝?yán)锊ǚ搴笝C(jī)最有效的熱量傳遞方法。在預(yù)熱之后，線路板用單波(λ波)或雙波(擾流波和λ波)方式進(jìn)行焊接。對穿孔式元件來講單波就足夠了，線路板進(jìn)入波峰時(shí)，焊錫流動(dòng)的方向和板子的行進(jìn)方向相反，可在元件引腳周圍產(chǎn)生渦流。這就象是一種洗刷，將上面所有助焊劑和氧化膜的殘余物去除，在焊點(diǎn)到達(dá)浸潤溫度時(shí)形成浸潤。 對于混和技術(shù)組裝件，一般在λ波前還采用了擾流波。這種波比較窄，擾動(dòng)時(shí)帶有較高的垂直壓力，可使焊錫很好地滲入到安放緊湊的引腳和表面安裝元件(SMD)焊盤之間，然后用λ波完成焊點(diǎn)的成形。在對未來的設(shè)備和供應(yīng)商作任何評定之前，需要確定用波峰進(jìn)行焊接的板子的所有技術(shù)規(guī)格，因?yàn)檫@些可以決定所需機(jī)器的性能。二、避免缺陷 隨著目前元器件變得越來越小而PCB越來越密，在焊點(diǎn)之間發(fā)生橋連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來解決這種問題，其中一種方法是采用風(fēng)刀技術(shù)。這是在PCB離開波峰時(shí)用一個(gè)風(fēng)刀向熔化的焊點(diǎn)吹出一束熱空氣或氮?dú)?，這種和PCB一樣寬的風(fēng)刀可以在整個(gè)PCB寬度上進(jìn)行完全質(zhì)量檢查，消除橋連或短路并減少運(yùn)行成本。還有可能發(fā)生的其它缺陷包括虛焊或漏焊，也稱為開路，如果助焊劑沒有涂在PCB上時(shí)就會(huì)形成。如果助焊劑不夠或預(yù)熱階段運(yùn)行不正確的話則會(huì)造成頂面浸潤不良。盡管焊接橋連或短路可在焊后測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，但要知道虛焊會(huì)在焊后的質(zhì)量檢查時(shí)測試合格，而在以后的使用中出現(xiàn)問題。使用中出現(xiàn)問題會(huì)嚴(yán)重影響制定的最低利潤指標(biāo)，不僅僅是因?yàn)樽鳜F(xiàn)場更換時(shí)會(huì)產(chǎn)生的費(fèi)用，而且由于客戶發(fā)現(xiàn)到了質(zhì)量問題，因而對今后的銷售也會(huì)有影響。 在波峰焊接階段，PCB必須要浸入波峰中將焊料涂敷在焊點(diǎn)上，因此波峰的高度控制就是一個(gè)很重要的參數(shù)?？梢栽诓ǚ迳细郊右粋€(gè)閉環(huán)控制使波峰的高度保持不變，將一個(gè)感應(yīng)器安裝在波峰上面的傳送鏈導(dǎo)軌上，測量波峰相對于PCB的高度，然后用加快或降低錫泵速度來保持正確的浸錫高度。錫渣的堆積對波峰焊接是有害的。如果在錫槽里聚集有錫渣，則錫渣進(jìn)入波峰里面的可能性會(huì)增加?？梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)錫泵系統(tǒng)來避免這種問題，使其從錫槽的底部而不是錫渣聚集的頂部抽取錫。采用惰性氣體也可減少錫渣并節(jié)省費(fèi)用。 三、惰性焊接 氮?dú)夂附涌梢詼p少錫渣節(jié)省成本，但是用戶必須要承擔(dān)氮?dú)獾馁M(fèi)用以及輸送系統(tǒng)的先期投資。通常需要折衷考慮上述兩個(gè)方面的因素，因此必須確定減少維護(hù)以及由于焊點(diǎn)浸潤更好因而缺陷率降低所節(jié)省下來的成本。另外也可以采用低殘余物工藝，此時(shí)會(huì)有一些助焊劑殘余物留在板子上，而根據(jù)產(chǎn)品或客戶的要求這些殘余物是可以接受的。像合約制造商這樣的用戶對于所焊接的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不會(huì)有一個(gè)總的控制，因此他們要尋求更寬的工藝范圍，這可以通過采用有腐蝕性的助焊劑然后進(jìn)行清洗的方法來達(dá)到。雖然會(huì)有一個(gè)初始設(shè)備投資，但在大多數(shù)情況下這是一個(gè)成本最低的方法，因?yàn)閺纳a(chǎn)線下來的都是高質(zhì)量而又無需返工的產(chǎn)品。 四、生產(chǎn)率問題 許多用戶使用自動(dòng)化在線式設(shè)備一周七天地進(jìn)行制造和組裝。因此，生產(chǎn)率的問題比以前更為重要，所有設(shè)備都必須要有盡可能高的正常運(yùn)行時(shí)間。在選擇波峰焊設(shè)備時(shí)，必須要考慮各個(gè)系統(tǒng)的MTBF(平均無故障時(shí)間)及其MTTR(平均修理時(shí)間)。如果一個(gè)系統(tǒng)采用了可以抬起的面板、可折起的后門以及完全操縱臺(tái)式檢修門而具有較高的易維護(hù)性，就可達(dá)到較低的MTTR。類似地，考慮一下減少焊錫模塊的維護(hù)和減少助焊劑涂敷裝置的維護(hù)也可以取得較短的維護(hù)時(shí)間。五、采用何種波峰焊接方法? 波峰焊方法或工藝的采用取決于產(chǎn)品的復(fù)雜程度以及產(chǎn)量，如果要做復(fù)雜的產(chǎn)品以及產(chǎn)量很高，可以考慮用氮?dú)夤に嚤热鏑oN▼2▼Tour波峰來減少錫渣并提高焊點(diǎn)的浸潤性。如果使用一臺(tái)中型的機(jī)器，其功藝可以分為氮?dú)夤に嚭涂諝夤に?。用戶仍然可以在空氣環(huán)境下處理復(fù)雜的板子，在這種情況下，可根據(jù)客戶的要求使用腐蝕性助焊劑，在焊接后再進(jìn)行清洗，或者使用低固態(tài)助焊劑。 六、風(fēng)刀去橋接技術(shù) 在各種機(jī)器類型里，還有很多先進(jìn)的補(bǔ)充選項(xiàng)。比如Speedline ELECTROVERT提供了一個(gè)獲得專利的熱風(fēng)刀去橋接技術(shù)，用來去除橋接以及做焊點(diǎn)的無損受力測試。風(fēng)刀位于焊槽的出口處，以與水平呈40176。到90176。它可以使所有在第一次由于留有空氣使得焊接不夠好的穿孔焊點(diǎn)重新填注焊錫，而不會(huì)影響到正常的焊點(diǎn)。但是必須要注意，要使焊點(diǎn)質(zhì)量得到顯著的提升，并不需要在波峰焊設(shè)備上設(shè)定更多的選項(xiàng)。而且對所有生產(chǎn)設(shè)備而言，檢查每個(gè)工程數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確性也是很重要的，最好的方法是在購買前用機(jī)器先運(yùn)行一下板子。七、機(jī)器的選擇 根據(jù)價(jià)格和產(chǎn)量，波峰焊機(jī)大致可以分為三類。 40,000到55,000美元可以買到一臺(tái)入門級、低或中等產(chǎn)量的立式機(jī)器。雖然還有更便宜的臺(tái)式機(jī)型，但這些只適合于用在研究開發(fā)或制作樣機(jī)的場合，因?yàn)閷τ谝m應(yīng)制造商對增長的需求而言，它們都不夠經(jīng)用。，采用發(fā)泡式或噴霧式助焊劑涂敷設(shè)備。可能沒有對流式預(yù)熱裝置，但是大多數(shù)供應(yīng)商會(huì)提供兼有單波和雙波性能的機(jī)器。 48,000到80,000美元可以買到一臺(tái)中等產(chǎn)量的機(jī)器。除了將雙波峰作為標(biāo)準(zhǔn)配置外，同時(shí)還提供有更多先進(jìn)的配置，比如惰性氣體環(huán)境等。 在高端市場，用95,000到190,000美元可以買到高產(chǎn)量的機(jī)器，能每天運(yùn)行24小時(shí)并只需很少的人工干預(yù)。，可以得到2米/分鐘或更高的產(chǎn)量。它同時(shí)還包括很多先進(jìn)的特性，比如統(tǒng)計(jì)過程控制和遠(yuǎn)距離監(jiān)測裝置，以及在同一機(jī)器內(nèi)既有噴霧式、發(fā)泡式又有波峰式助焊劑涂敷系統(tǒng)，另外可能還有三波峰性能。電子組件的波峰焊接工藝 電子部第二研究所 李桂云 石萍 王香娥 在電子組件的組裝過程中，焊接起到了相當(dāng)重要的作用。它涉及到產(chǎn)品的性能、可靠性和質(zhì)量等，甚至影響到其后的每一工藝步驟。此外，由于電子組件朝著輕、薄、小的方向快速發(fā)展，為焊接工藝提出了一系列的難題，為此，電子制造業(yè)的各個(gè)廠家圍繞SMT的焊接工藝展開了激烈的競爭，旨在進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量，克服焊接中存在的短路、橋接、焊球和漏焊等缺陷，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足市場需求。 目前，最廣泛使用的焊接工藝主要有波峰焊接和再流焊接。波峰焊接工藝主要是用于通孔和各種不同類型元件的焊接，是一種關(guān)鍵的群焊工藝。盡管波峰焊接工藝已有多年的歷史，而且還將繼續(xù)沿用下去，然而，我們要是能夠用上切實(shí)可行的、有生命力的波峰焊接工藝需持時(shí)日。因?yàn)檫@種工藝必須達(dá)到快速、生產(chǎn)率高和成本合理等要求。換言之，這種工藝與焊接前的每一工藝步驟密切相關(guān)，其中包括資金投入、 PCB設(shè)計(jì)、元件可焊性、組裝操作、焊劑選擇、溫度/時(shí)間的控制、焊料及晶體結(jié)構(gòu)等。1 焊料 目前，波峰焊接最常用的焊料是共晶錫鉛合金：錫63％；鉛37％，應(yīng)時(shí)刻掌握焊錫鍋中的焊料溫度，其溫度應(yīng)高于合金液體溫度183℃，并使溫度均勻。過去，250℃的焊錫鍋溫度被視為“標(biāo)準(zhǔn)”。隨著焊劑技術(shù)的革新，整個(gè)焊錫鍋中的焊料溫度的均勻性得到了控制，并增設(shè)了預(yù)熱器，發(fā)展趨勢是使用溫度較低的焊錫鍋。在230—240℃的范圍內(nèi)設(shè)置焊錫鍋溫度是很普遍的。 通常，組件沒有均勻的熱質(zhì)量,要保證所有的焊點(diǎn)達(dá)到足夠的溫度，以便形成合格的焊點(diǎn)是必要的。重要的問題是要提供足夠的熱量，提高所有引線和焊盤的溫度，從而確保焊料的流動(dòng)性，濕潤焊點(diǎn)的兩面。焊料的溫度較低就會(huì)降低對元件和基板的熱沖擊，有助于減少浮渣的形成，在較低的強(qiáng)度下，進(jìn)行焊劑涂覆操作和焊劑化合物的共同作用下，可使波峰出口具有足夠的焊劑，這樣就可減少毛刺和焊球的產(chǎn)生。 焊錫鍋中的焊料成份與時(shí)間有密切關(guān)系，即隨著時(shí)間而變化，這樣就導(dǎo)致了浮渣的形成，這就是要從焊接的組件上去除殘余物和其它金屬雜質(zhì)的原因及在焊接工藝中錫損耗的原因。以上這些因素可降低焊料的流動(dòng)性。在采購中，要規(guī)定的金屬微量浮渣和焊料的錫含量的最高極限，在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，(如象IPC/JSTD006都有明確的規(guī)定)。在焊接過程中，對焊料純度的要求在ANSI/JSTD001B標(biāo)準(zhǔn)中也有規(guī)定。除了對浮渣的限制外，對63％錫；37％％。 波峰焊接組件上的金和有機(jī)泳層銅濃度聚集比過去更快。這種聚集，加上明顯的錫損耗，可使焊料喪失流動(dòng)性，并產(chǎn)生焊接問題。外表粗糙、呈顆粒狀的焊點(diǎn)常常是由于焊料中的浮渣所致。由于焊錫鍋中的集聚的浮渣或組件自身固有的殘余物暗淡、粗糙的粒狀焊點(diǎn)也可能是錫含量低的征兆，不是局部的特種焊點(diǎn)，就是錫鍋中錫損耗的結(jié)果。這種外觀也可能是在凝固過程中，由于振動(dòng)或沖擊所造成的。 焊點(diǎn)的外觀就能直接體現(xiàn)出工藝問題或材料問題。為保持焊料“滿鍋”狀態(tài)和按照工藝控制方案對檢查焊錫鍋分析是很重要的。由于焊錫鍋中有浮渣而“倒掉”焊錫鍋中的焊劑，通常來說是不必要的，由于在常規(guī)的應(yīng)用中要求往錫鍋中添加焊料，使錫鍋中的焊料始終是滿的。在損耗錫的情況下，添加純錫有助于保持所需的濃度。為了監(jiān)控錫鍋中的化合物，應(yīng)進(jìn)行常規(guī)分析。如果添加了錫，就應(yīng)采樣分析，以確保焊料成份比例正確。 浮渣過多又是一個(gè)令人棘手的問題。毫無疑問，焊錫鍋中始終有浮渣存在，在大氣中進(jìn)行焊接時(shí)尤其是這樣。使用“芯片波峰”這對焊接高密度組件很有幫助，由于暴露于大氣的焊料表面太大，而使焊料氧化，所以會(huì)產(chǎn)生更多的浮渣。焊錫鍋中焊料表面有了浮渣層的覆蓋，氧化速度就放慢了。在焊接中，由于錫鍋中波峰的湍流和流動(dòng)而會(huì)產(chǎn)生更多的浮渣。 推薦使用的常規(guī)方法是將浮渣撇去，要是經(jīng)常進(jìn)行撇削的話，就會(huì)產(chǎn)生更多的浮渣，而且耗用的焊料更多。浮渣還可能夾雜于波峰中，導(dǎo)致波峰的不穩(wěn)定或湍流，因此要求對焊錫鍋中的液體成份給予更多的維護(hù)。如果允許減少錫鍋中焊料量的話，焊料表面的浮渣會(huì)進(jìn)入泵中，這種現(xiàn)象很可能發(fā)生。有時(shí)，顆粒狀焊點(diǎn)會(huì)夾雜浮渣。最初發(fā)現(xiàn)的浮渣，可能是由粗糙波峰所致，而且有可能堵塞泵。錫鍋上應(yīng)配備可調(diào)節(jié)的低容量焊料傳感器和報(bào)警裝置。2 波峰 在波峰焊接工藝中，波峰是核心。可將預(yù)熱的、涂有焊劑、無污物的金屬通過傳送帶送到焊接工作站，接觸具有一定溫度的焊料，而后加熱，這樣焊劑就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，焊料合金通過波峰動(dòng)力形成互連，這是最關(guān)鍵的一步。目前，常用的對稱波峰被稱為主波峰，設(shè)定泵速度、波峰高度、浸潤深度、傳送角度及傳送速度，為達(dá)到良好的焊接特性提供全方位的條件。應(yīng)該對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在離開波峰的后面(出口端)就應(yīng)使焊料運(yùn)行降速，并慢慢地停止運(yùn)行。PCB隨著波峰運(yùn)行最終要將焊料推至出口。在最掛的情況下，焊料的表面張力和最佳化的板的波峰運(yùn)行，在組件和出口端的波峰之間可實(shí)現(xiàn)零相對運(yùn)動(dòng)。這一脫殼區(qū)域就是實(shí)現(xiàn)了去除板上的焊料。應(yīng)提供充分的傾角，不產(chǎn)生橋接、毛刺、拉絲和焊球等缺陷。 有時(shí)，波峰出口需具有熱風(fēng)流，以確保排除可能形成的橋接。在板的底部裝上表面貼裝元件后，有時(shí)，補(bǔ)償焊劑或在后面形成的“苛刻的波峰”區(qū)域的氣泡，而進(jìn)行的波峰整平之前，使用湍流芯片波峰。湍流波峰的高豎直速度有助于保證焊料與引線或焊盤的接觸。在整平的層流波峰后面的振動(dòng)部分也可用來消除氣泡，保證焊料實(shí)現(xiàn)滿意的接觸組件。 焊接工作站基本上應(yīng)做到：高純度焊料(按標(biāo)準(zhǔn))、波峰溫度(230～250℃)、接觸波峰的總時(shí)間(3～5秒鐘)、印制板浸入波峰中的深度(50～80％)，實(shí)現(xiàn)平行的傳送軌道和在波峰與軌道平行狀態(tài)下錫鍋中焊劑含量。3 波峰焊接后的冷卻 通常在波峰焊機(jī)的尾部增設(shè)冷卻工作站。為的是限制銅錫金屬間化合物形成焊點(diǎn)的趨勢，另一個(gè)原因是加速組件的冷卻，在焊料沒有完全固化