波峰焊(hàn)接工藝(yi)技術的(de)研究

   作爲一(yi)種傳統(tong)焊接技(jì)術，目前(qian)波峰焊(hàn)接技術(shù)依然在(zai)電子制(zhì)造領域(yù)發揮着(zhe)積極作(zuo)用。介紹(shao)了波峰(fēng)焊接技(ji)術的原(yuán)理💯，并分(fen)别從焊(hàn)接前的(de)質量控(kòng)制、生産(chan)工藝材(cái)料及工(gong)藝參數(shu)這三個(gè)方面探(tan)讨了提(tí)高波峰(feng)焊質量(liàng)的有效(xiào)方♍法。

   波(bo)峰焊是(shì)将熔化(huà)的焊料(liao)，經電動(dòng)泵或電(dian)磁泵噴(pēn)流💰成❗設(shè)計要💋求(qiú)的焊料(liào)波峰，使(shi)預先裝(zhuang)有電子(zi)元器件(jian)的印制(zhi)闆通過(guo)🏃焊料波(bō)峰，實現(xian)元器件(jian)焊端或(huò)引腳🐪與(yǔ)印制闆(pan)焊盤之(zhi)間機🔞械(xiè)與電氣(qì)連接的(de)軟釺焊(hàn)。波🈲峰焊(han)用于印(yin)制闆裝(zhuāng)聯已有(you)20多年的(de)曆史，現(xian)在已成(cheng)爲一種(zhǒng)非常🏃🏻成(cheng)熟的電(dian)子♋裝聯(lián)工藝技(jì)術，目前(qián)主要🔆用(yòng)于通孔(kǒng)插🐕裝組(zǔ)件和采(cai)用混合(he)組裝方(fang)式的表(biao)面🔅組件(jian)的焊接(jiē)。
   1 波峰焊(hàn)工藝技(ji)術介紹(shào)
波峰焊(han)有單波(bō)峰焊和(hé)雙波峰(fēng)焊之分(fèn)。單波峰(fēng)焊用于(yu)SMT時，由于(yú)焊料的(de)"遮蔽效(xiào)應"容易(yì)出現較(jiào)嚴重的(de)質量問(wen)題，如漏(lòu)焊🙇‍♀️、橋接(jie)和焊縫(féng)不充實(shí)等缺陷(xian)。而雙波(bō)峰則較(jiao)好地克(kè)服了這(zhè)個問題(ti)，大大減(jiǎn)少漏焊(han)、橋接和(hé)焊縫不(bu)充實等(deng)缺陷，因(yīn)此目前(qián)在表面(miàn)組裝中(zhōng)廣泛采(cǎi)用雙波(bō)峰焊工(gong)藝和設(she)備，見圖(tu)1。

   波峰錫(xī)過程：治(zhì)具安裝(zhuang)→噴塗助(zhu)焊劑系(xì)統→預熱(re)→一次🙇🏻波(bo)峰→二次(ci)波峰→冷(leng)卻。下面(miàn)分别介(jiè)紹各步(bu)内容及(ji)作用。
1.1 治(zhi)具安裝(zhuang)
治具安(ān)裝是指(zhǐ)給待焊(han)接的PCB闆(pǎn)安裝夾(jia)持的治(zhi)具，可以(yi)限制基(jī)💋闆受熱(re)變形的(de)程度，防(fang)止冒錫(xī)現象的(de)發生，從(cong)🔞而确保(bǎo)浸錫效(xiao)果的穩(wěn)定。
1.2 助焊(han)劑系統(tong)
助焊劑(ji)系統是(shi)保證焊(hàn)接質量(liang)的第一(yī)個環節(jiē)，其主要(yao)作用是(shì)均勻地(dì)塗覆助(zhu)焊劑，除(chu)去PCB和元(yuan)器件焊(hàn)接表面(miàn)的氧化(hua)層和防(fáng)止焊接(jiē)過程中(zhong)再氧化(hua)。助焊劑(ji)的塗覆(fù)一定要(yao)均勻，盡(jìn)量不産(chǎn)生堆積(ji)，否則将(jiāng)導緻🐪焊(han)接短路(lu)或開路(lu)。見👅圖2。

   助(zhu)焊劑系(xi)統有多(duō)種，包括(kuo)噴霧式(shi)、噴流式(shi)和發泡(pào)式。目前(qián)一般使(shi)用噴霧(wù)式助焊(han)系統，采(cai)用免清(qīng)洗助焊(han)劑，這是(shi)因爲免(mian)清洗助(zhu)焊劑中(zhong)固體含(han)量極少(shao)，不揮發(fa)無含量(liàng)隻有1/5～1/20。所(suǒ)以必須(xū)采用噴(pen)霧式助(zhu)焊系統(tǒng)塗覆助(zhu)焊劑，同(tóng)時在焊(hàn)接系統(tong)中加防(fang)氧化系(xì)統，保證(zheng)在PCB上得(de)到一層(céng)均勻細(xi)密很薄(bao)的助焊(hàn)劑塗層(céng)，這樣才(cái)不會因(yin)第一💁個(gè)波的擦(ca)洗作💁用(yong)和助焊(hàn)劑的揮(huī)發💔，造成(cheng)助焊㊙️劑(jì)量不足(zú)，而導緻(zhì)焊料橋(qiáo)接和拉(la)尖。
   噴霧(wù)式有兩(liang)種方式(shì)：一是采(cai)用超聲(sheng)波擊打(da)助焊劑(ji)，使其顆(kē)✉️粒🏒變小(xiao)，再噴塗(tú)到PCB闆上(shàng)。二是采(cai)用微細(xì)噴嘴🔅在(zài)一定空(kong)氣壓力(li)下💰噴霧(wu)😄助焊劑(jì)。這種噴(pen)塗均勻(yun)、粒💞度小(xiao)、易于控(kong)制，噴霧(wu)高度/寬(kuān)度可自(zì)動調節(jie)，是今後(hou)發展的(de)主流。
1.3 預(yu)熱系統(tong)
1.3.1預熱系(xì)統的作(zuo)用
（1）助焊(han)劑中的(de)溶劑成(chéng)份在通(tōng)過預熱(rè)器時，将(jiāng)會受熱(rè)揮發。從(cóng)💯而避😘免(miǎn)溶劑成(chéng)份在經(jing)過液面(mian)時高溫(wen)氣化造(zao)成炸裂(liè)的現象(xiang)發生，最(zuì)終防止(zhǐ)産生錫(xi)粒的品(pǐn)質隐患(huan)。 （2）待🎯浸錫(xi)産品搭(da)載的部(bu)品在通(tong)過預熱(rè)器時的(de)🏃緩慢升(shēng)溫，可避(bi)免過波(bo)峰時因(yin)驟熱産(chǎn)生的物(wù)理作用(yòng)造成部(bu)品損傷(shang)的情況(kuang)發生。
（3）預(yu)熱後的(de)部品或(huò)端子在(zài)經過波(bō)峰時不(bú)會因自(zi)身溫度(du)較低💰的(de)因素大(dà)幅度降(jiàng)低焊點(dian)的焊接(jie)溫度，從(cóng)🏃🏻‍♂️而确保(bǎo)焊接在(zai)規定的(de)時間内(nèi)達到溫(wēn)度要求(qiu)。
1.3.2 預熱方(fāng)法
波峰(feng)焊機中(zhōng)常見的(de)預熱方(fang)法有三(sān)種：①空氣(qi)對流加(jiā)熱；②紅㊙️外(wài)加熱器(qì)加熱；③熱(rè)空氣和(he)輻射相(xiang)結合的(de)方法加(jiā)熱。
1.3.3 預熱(rè)溫度
一(yī)般預熱(rè)溫度爲(wei)130～150℃，預熱時(shi)間爲1～3min。預(yu)熱溫度(du)控制得(de)好，可防(fáng)止⁉️虛🐅焊(han)、拉尖和(he)橋接，減(jiǎn)小焊料(liao)波峰對(dui)基闆的(de)熱沖擊(ji)，有效地(dì)⁉️解決焊(hàn)接過程(chéng)中PCB闆翹(qiào)曲、分層(céng)、變形🤟問(wèn)題。
1.4 焊接(jie)系統
焊(han)接系統(tong)一般采(cai)用雙波(bō)峰。在波(bo)峰焊接(jie)時，PCB闆先(xian)接觸第(di)一個波(bō)峰，然後(hòu)接觸第(di)二個波(bo)峰。第一(yi)個波峰(fēng)是由👨‍❤️‍👨窄(zhǎi)噴嘴噴(pēn)流出的(de)"湍流"波(bo)峰，流速(su)快，對組(zu)件有較(jiao)高的垂(chui)直壓👉力(li)，使焊料(liào)對尺寸(cun)小，貼裝(zhuang)密度高(gāo)的表面(mian)組裝元(yuan)器件的(de)焊端有(you)較好的(de)滲透性(xing)；通過湍(tuan)流的熔(rong)融焊料(liao)在所有(yǒu)方向擦(cā)洗組件(jian)表面，從(cong)而提🐆高(gao)了焊料(liao)的潤♻️濕(shī)性，并克(ke)服了由(yóu)于元器(qì)件的複(fu)雜形狀(zhuang)和取向(xiàng)帶來的(de)問題；同(tóng)時也克(kè)👄服了焊(hàn)料的"遮(zhe)蔽效應(yīng)"湍流波(bō)向上🐅的(de)噴射力(li)足以使(shi)焊劑氣(qi)體排出(chū)。因此，即(jí)使印制(zhì)闆上不(bú)設置排(pái)氣孔也(ye)不存在(zai)焊🌍劑氣(qi)體的影(yǐng)響，從而(ér)大大🏃🏻‍♂️減(jiǎn)小了漏(lou)焊、橋接(jiē)和焊縫(feng)不充實(shi)等焊🔞接(jie)缺陷，提(tí)高了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻焊(han)接可靠(kào)性。經過(guò)第一🐕個(ge)波峰的(de)産品，因(yīn)浸錫時(shi)🚩間短以(yi)🔱及部品(pǐn)自身的(de)散熱等(deng)因素🐇，浸(jin)錫後存(cún)在着很(hen)多的短(duǎn)路🔞，錫多(duo)，焊點光(guang)潔度不(bú)正常以(yǐ)及焊接(jie)強度不(bú)足等不(bu)良内容(róng)。因此，緊(jǐn)接着必(bì)須進行(háng)浸✂️錫不(bú)良的修(xiū)正，這個(ge)動作由(you)噴流面(mian)📐較平較(jiao)♉寬闊，波(bō)峰較穩(wen)定的二(èr)級噴✂️流(liu)進行。這(zhè)是一個(gè)"平滑"的(de)波峰，流(liú)動速度(du)慢，有利(lì)于形成(cheng)充實🐪的(de)焊縫，同(tong)時也可(kě)有🏃🏻‍♂️效地(di)去除焊(han)端上🌐過(guò)量的焊(han)料💘，并使(shi)所有焊(han)接面上(shàng)焊料潤(run)濕良好(hao)，修正了(le)焊接🔱面(mian)，消除了(le)可能的(de)拉尖和(hé)橋接，獲(huo)得充實(shí)無缺陷(xian)的焊✌️縫(féng)，最終确(que)保了組(zǔ)件焊接(jiē)的可靠(kào)性。雙波(bō)峰基本(běn)原理如(rú)圖3。

1.5 冷卻(què)
浸錫後(hòu)适當的(de)冷卻有(you)助于增(zēng)強焊點(diǎn)接合強(qiang)度的🈲功(gōng)能✂️，同時(shí)，冷卻後(hòu)的産品(pǐn)更利于(yú)爐後操(cāo)作人員(yuán)的⁉️作業(yè)，因此，浸(jin)錫後産(chan)品需進(jìn)行冷卻(què)處理。
2 提(tí)高波峰(feng)焊接質(zhi)量的方(fāng)法和措(cuò)施
分别(bie)從焊接(jiē)前的質(zhi)量控制(zhì)、生産工(gong)藝材料(liao)及工藝(yi)參數這(zhe)三個🥰方(fang)面探讨(tǎo)了提高(gāo)波峰焊(hàn)質量的(de)方法。
2.1 焊(han)接前對(dui)印制闆(pǎn)質量及(jí)元件的(de)控制
2.1.1 焊(han)盤設計(ji)
（1）在設計(jì)插件元(yuan)件焊盤(pan)時，焊盤(pan)大小尺(chi)寸設計(ji)應合适(shi)。焊盤太(tai)大，焊料(liào)鋪展面(miàn)積較大(dà)，形成的(de)焊點不(bu)飽⚽滿，而(ér)較小的(de)焊盤銅(tóng)箔表面(mian)張力太(tai)小，形成(chéng)的焊點(dian)❗爲不浸(jìn)🤞潤焊點(diǎn)。孔徑與(yu)元件引(yǐn)線的配(pèi)合間隙(xi)太大，容(róng)易虛焊(han)，當孔徑(jing)比🌏引線(xiàn)寬0.05～0.2mm，焊盤(pán)直徑爲(wei)孔徑的(de)2～2.5倍👌時，是(shi)焊接比(bǐ)📧較理想(xiǎng)的條♍件(jian)。
（2）在設計(ji)貼片元(yuán)件焊盤(pan)時，應考(kao)慮以下(xià)幾點：①爲(wei)了盡量(liàng)去除"陰(yīn)📞影❗效應(yīng)"，SMD的焊端(duan)或引腳(jiǎo)應正對(duì)着錫流(liu)的方向(xiàng)，以利于(yu)與錫流(liú)的接🔞觸(chù)，減少虛(xū)焊和漏(lòu)焊，波峰(fēng)焊時推(tui)薦采用(yong)🌈的元件(jiàn)🎯布置方(fāng)向圖如(ru)圖4所示(shì)；②波峰焊(han)接不适(shi)合于細(xi)間距QFP、PLCC、BGA和(hé)小間距(jù)SOP器件焊(han)接，也就(jiù)是🏒說在(zai)要波峰(feng)焊接的(de)這一面(mian)盡量不(bu)要布置(zhi)這類元(yuan)件；③較小(xiǎo)的元㊙️件(jiàn)不應排(pái)在較大(da)的元件(jiàn)後，以免(mian)較大元(yuán)件妨礙(ài)錫流與(yǔ)較小元(yuán)件的焊(hàn)盤接觸(chù)，造成漏(lòu)焊。

2.1.2 PCB平整(zheng)度控制(zhì)
波峰焊(han)接對印(yin)制闆的(de)平整度(du)要求很(hen)高，一般(ban)要求🐇翹(qiào)曲度要(yao)小于0.5mm，如(ru)果大于(yú)0.5mm要做平(ping)整處理(li)。尤其是(shi)某些印(yin)🈚制闆厚(hou)度隻有(you)1.5mm左右，其(qí)翹曲度(du)要求就(jiù)更高，否(fǒu)則無法(fǎ)保證焊(hàn)接質量(liàng)。
2.1.3 妥善保(bǎo)存印制(zhi)闆及元(yuan)件，盡量(liàng)縮短儲(chu)存周期(qī)
在焊接(jiē)中，無塵(chén)埃、油脂(zhi)、氧化物(wù)的銅箔(bo)及元件(jian)引線有(yǒu)利于形(xing)成合格(ge)的焊點(dian)，因此印(yìn)制闆及(jí)元件應(ying)保存在(zai)幹燥♊、清(qīng)潔的環(huan)境下，并(bing)且盡量(liang)縮短儲(chǔ)存周期(qī)。對于放(fang)置時間(jian)較長的(de)🛀印制闆(pan)🔞，其表面(miàn)一般要(yao)做清🔞潔(jié)處理，這(zhè)樣可提(tí)高🐇可焊(han)性，減💃少(shǎo)虛焊和(he)📱橋接，對(dui)表💋面有(yǒu)一定程(cheng)⛹🏻‍♀️度氧化(hua)的元件(jiàn)引腳，應(ying)先除去(qu)其表面(miàn)氧化層(ceng)。
2.2 生産工(gong)藝材料(liao)的質量(liang)控制
在(zai)波峰焊(han)接中，使(shǐ)用的生(shēng)産工藝(yi)材料有(yǒu)：助焊劑(jì)和焊料(liao)。
2.2.1 助焊劑(ji)質量控(kòng)制
助焊(hàn)劑在焊(han)接質量(liang)的控制(zhì)上舉足(zu)輕重，其(qí)作用是(shi)⭕：（1）除去焊(han)接表㊙️面(mian)的氧化(hua)物；（2）防止(zhǐ)焊接時(shí)焊料和(hé)焊接表(biǎo)面💜再氧(yang)化；（3）降🔞低(dī)焊料的(de)表面張(zhāng)力；（4）有助(zhù)于熱量(liàng)傳🏃🏻遞到(dào)焊接區(qu)。目前波(bō)峰焊接(jiē)所采用(yong)的多爲(wèi)免清洗(xǐ)助焊劑(jì)。選擇助(zhù)焊劑時(shi)有以下(xia)要求：（1）熔(rong)點比焊(hàn)料低❓；（2）浸(jìn)潤擴散(sàn)速度比(bǐ)熔化焊(hàn)料快；（3）粘(zhān)度和比(bǐ)重比焊(hàn)料💛小；（4）在(zai)常溫下(xià)🍓貯🐆存穩(wen)定。
2.2.2 焊料(liao)的質量(liàng)控制
錫(xī)鉛焊料(liao)在高溫(wen)下（250℃）不斷(duàn)氧化，使(shǐ)錫鍋中(zhōng)錫－鉛焊(han)料含錫(xī)⁉️量不斷(duàn)下降，偏(pian)離共晶(jing)點，導緻(zhì)流動性(xing)差，出現(xian)連焊、虛(xū)焊🌈、焊點(dian)強度不(bú)夠等質(zhi)量問題(tí)。可采用(yong)以下幾(jǐ)個方♋法(fa)來解🔴決(jué)這個問(wen)題：①添👈加(jia)氧化還(hái)原劑，使(shǐ)已氧化(huà)的SnO還原(yuán)爲Sn，減小(xiao)錫渣的(de)産生；②不(bu)斷除去(qu)浮渣； ③每(měi)😍次焊接(jiē)前添加(jiā)一定量(liang)的錫；④采(cǎi)用含抗(kàng)氧化磷(lín)的焊🐪料(liào)；⑤采用氮(dan)氣保護(hù)，讓氮氣(qì)把焊料(liao)與空氣(qi)隔絕開(kai)來，取代(dài)普通氣(qi)體，這樣(yang)就避💯免(mian)了浮渣(zhā)的産生(sheng)，這種方(fāng)㊙️法要求(qiu)對設備(bei)改型，并(bing)提供氮(dan)氣。
目前(qian)最好的(de)方法是(shi)在氮氣(qi)保護的(de)氛圍下(xià)使用含(hán)🔆磷的焊(han)料，可将(jiāng)浮渣率(lǜ)控制在(zai)最低程(chéng)度，焊接(jiē)缺陷最(zui)少，工藝(yì)控制💋最(zui)佳。
2.3 焊接(jie)過程中(zhōng)的工藝(yi)參數控(kòng)制
焊接(jiē)工藝參(cān)數對焊(hàn)接表面(mian)質量的(de)影響比(bǐ)較複雜(zá)，并涉及(ji)到💯較多(duō)的技術(shù)範圍。
2.3.1 預(yu)熱溫度(dù)的控制(zhì)
預熱的(de)作用：①使(shi)助焊劑(ji)中的溶(rong)劑充分(fèn)發揮，以(yi)免印制(zhì)闆通過(guo)焊錫時(shí)，影響印(yìn)制闆的(de)潤濕和(hé)焊點的(de)形成；②印(yin)制闆在(zai)焊接前(qián)達到一(yi)定溫度(du)，以免受(shòu)到熱沖(chòng)擊産生(sheng)翹曲變(biàn)形。一般(bān)預熱溫(wēn)度控制(zhi)✨在180～210℃，預熱(rè)時間1～3min。
2.3.2 焊(hàn)接軌道(dào)傾角
軌(guǐ)道傾角(jiǎo)對焊接(jiē)效果的(de)影響較(jiao)爲明顯(xian)，特别是(shì)在焊接(jiē)高密度(du)SMT器件時(shi)更是如(ru)此。當傾(qing)角太小(xiǎo)時，較易(yì)出現橋(qiáo)接，特别(bié)是焊☁️接(jie)中，SMT器件(jiàn)的"遮蔽(bi)區"更易(yì)出現橋(qiáo)接；而傾(qīng)角過大(da)，雖然有(you)利于橋(qiao)接的消(xiao)除，但焊(hàn)點吃錫(xī)量太小(xiao)，容易産(chǎn)🔞生虛焊(hàn)。軌道傾(qing)角應控(kòng)制在5°～8°之(zhi)間。
2.3.3 波峰(fēng)高度
波(bō)峰的高(gao)度會因(yīn)焊接工(gong)作時間(jian)的推移(yí)而有一(yi)些🐆變📱化(huà)，應在焊(han)接過程(cheng)中進行(háng)适當的(de)修正，以(yǐ)保證理(lǐ)想高度(dù)進行焊(hàn)接波峰(feng)高度，以(yi)壓錫深(shen)度爲PCB厚(hòu)度的1/2～1/3爲(wèi)準。
2.3.4 焊接(jie)溫度
焊(han)接溫度(du)是影響(xiǎng)焊接質(zhi)量的一(yī)個重要(yao)的工藝(yi)參數㊙️。焊(han)接溫度(dù)🌈過低時(shí)，焊料的(de)擴展率(lǜ)、潤濕性(xing)能變差(cha)，使焊盤(pan)或元器(qi)件焊端(duān)由于不(bu)能充分(fen)的潤濕(shi)，從而産(chan)生虛焊(han)、拉尖、橋(qiáo)接等缺(que)陷；焊接(jie)溫度🔞過(guò)高時，則(ze)加💋速了(le)焊盤、元(yuan)器件引(yin)腳及焊(hàn)料的氧(yǎng)化，易産(chǎn)生虛焊(han)。焊接溫(wēn)度應⭕控(kòng)制在250±5℃。
3 常(chang)見焊接(jiē)缺陷及(jí)排除
影(yǐng)響焊接(jiē)質量的(de)因素是(shi)很多的(de)，表1列出(chu)的是一(yī)些常見(jiàn)缺陷❗及(jí)排除方(fāng)法，以供(gong)參考。

  波(bo)峰焊接(jiē)是一項(xiàng)精細工(gōng)作，影響(xiang)焊接質(zhì)量的因(yīn)素也🥰很(hěn)多，還🤩需(xu)我們更(geng)深一步(bù)地研究(jiū)和讨論(lun)，以期提(tí)高波峰(feng)焊的工(gong)藝知識(shi)。

 

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