【正文】 焊錫機(jī)主要是由運輸帶，助焊劑添加區(qū)，預(yù)熱區(qū)，錫爐組成。 運輸代主要用途是將電路底板送入波峰焊錫機(jī)，沿途經(jīng)助焊劑添加區(qū)，預(yù)熱區(qū)，錫爐等。助焊劑添加區(qū)主要是由紅外線感應(yīng)器及噴嘴組成。紅外線感應(yīng)器作用是感應(yīng)有沒有電路底板進(jìn)入 ，如果有感應(yīng)器便會量出電路底板的寬度。助焊劑的作用是在電路底板的焊接面上形成以保護(hù)膜。 預(yù)熱區(qū)提供足夠的溫度，以便形成良好的焊點。有紅外線發(fā)熱可以使電路底板受熱均勻。 錫爐內(nèi)有發(fā)熱線，錫泵，Main Wave及Jet Wave。波峰焊的工藝與波形圖31顯示了波峰焊的焊接技術(shù)，焊料池中熔化的焊料向上噴射形成一個凸出的波形。焊接過程中，先在一塊插有組件的PCB (PCBA)上涂敷焊劑、經(jīng)過預(yù)熱后再通過由熔化了的焊料所形成的波峰，從而使PCB接觸波峰頂部將組件和PCB焊盤的連接處焊接起來。 根據(jù)機(jī)器所使用不同幾何形狀的波峰，波峰焊系統(tǒng)可以劃分成許多種。 雙波峰焊接系統(tǒng)圖33所示的是其中一種波峰焊系統(tǒng)(雙波峰焊接系統(tǒng))，其中第一個波是一個湍流波，作用是防止虛焊。第二個波是一個平滑波，作用是幫助消除毛刺及焊橋。湍流波既可以通過讓熔化的焊料經(jīng)過一個振蕩器來形成，亦可以通過向焊料池中注入氮氣來形成。波峰焊技術(shù)的質(zhì)量取決于:1. 熱量是否足以使焊劑熔化；2. PCB和組件必須加熱到能使焊料與電路板金屬形成合金；3. 焊劑必須達(dá)到一定溫度，以保證其活性及反應(yīng)能力，且能分解要焊接的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、波峰接觸時間和焊接密度這些參數(shù)進(jìn)行控制，否則，波峰焊會出現(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間 – 溫度特性要求。 由于組件在波峰上經(jīng)過的時間比形成焊點的時間要短得多，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最基本的設(shè)備運行參數(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，會經(jīng)過某個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)助焊劑在焊接時必須要達(dá)到并保持一個活化溫度來保證焊點的完全浸潤，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，這個過程還能減小組裝件進(jìn)入波峰時產(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，它們會在過波峰時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，焊錫流動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，在焊點到達(dá)浸潤溫度時形成浸潤。 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，擾動時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，因為這些可以決定所需機(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離開波峰時用一個風(fēng)刀向熔化的焊點吹出一束熱空氣或氮氣，這種和PCB一樣寬的風(fēng)刀可以在整個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上時就會形成。如果助焊劑不夠或預(yù)熱階段運行不正確的話則會造成頂面浸潤不良。盡管焊接橋連或短路可在焊后測試時發(fā)現(xiàn)，但要知道虛焊會在焊后的質(zhì)量檢查時測試合格，而在以后的使用中出現(xiàn)問題。使用中出現(xiàn)問題會嚴(yán)重影響制定的最低利潤指標(biāo)，不僅僅是因為作現(xiàn)場更換時會產(chǎn)生的費用，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上，因此波峰的高度控制就是一個很重要的參數(shù)?？梢栽诓ǚ迳细郊右粋€閉環(huán)控制使波峰的高度保持不變，將一個感應(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增加?？梢酝ㄟ^設(shè)計錫泵系統(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)省費用。 三、惰性焊接 氮氣焊接可以減少錫渣節(jié)省成本，但是用戶必須要承擔(dān)氮氣的費用以及輸送系統(tǒng)的先期投資。通常需要折衷考慮上述兩個方面的因素，因此必須確定減少維護(hù)以及由于焊點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，此時會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)計不會有一個總的控制，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。雖然會有一個初始設(shè)備投資，但在大多數(shù)情況下這是一個成本最低的方法，因為從生產(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行時間。在選擇波峰焊設(shè)備時，必須要考慮各個系統(tǒng)的MTBF(平均無故障時間)及其MTTR(平均修理時間)。如果一個系統(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，可以考慮用氮氣工藝比如CoN▼2▼Tour波峰來減少錫渣并提高焊點的浸潤性。如果使用一臺中型的機(jī)器，其功藝可以分為氮氣工藝和空氣工藝。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。比如Speedline ELECTROVERT提供了一個獲得專利的熱風(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重新填注焊錫，而不會影響到正常的焊點。但是必須要注意，要使焊點質(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。而且對所有生產(chǎn)設(shè)備而言，檢查每個工程數(shù)據(jù)的真實準(zhǔn)確性也是很重要的，最好的方法是在購買前用機(jī)器先運行一下板子。七、機(jī)器的選擇 根據(jù)價格和產(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，因為對于要適應(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，能每天運行24小時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。它同時還包括很多先進(jìn)的特性，比如統(tǒng)計過程控制和遠(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可行的、有生命力的波峰焊接工藝需持時日。因為這種工藝必須達(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、元件可焊性、組裝操作、焊劑選擇、溫度/時間的控制、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,要保證所有的焊點達(dá)到足夠的溫度，以便形成合格的焊點是必要的。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性，濕潤焊點的兩面。焊料的溫度較低就會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間有密切關(guān)系，即隨著時間而變化，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，可使焊料喪失流動性，并產(chǎn)生焊接問題。外表粗糙、呈顆粒狀的焊點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、粗糙的粒狀焊點也可能是錫含量低的征兆，不是局部的特種焊點，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，由于振動或沖擊所造成的。 焊點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而會產(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，焊料表面的浮渣會進(jìn)入泵中，這種現(xiàn)象很可能發(fā)生。有時，顆粒狀焊點會夾雜浮渣。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警裝置。2 波峰 在波峰焊接工藝中，波峰是核心?？蓪㈩A(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，這樣焊劑就會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，焊料合金通過波峰動力形成互連，這是最關(guān)鍵的一步。目前，常用的