波峰焊(han)永不磨灭🔞的番号㊙️接工藝(yi)技術的(de)研究

   作爲一(yī)種傳統(tong)焊接技(jì)術，目前(qián)波峰焊(hàn)接技術(shu)依然在(zài)電子制(zhi)造💛領域(yù)發揮着(zhe)積極作(zuò)用。介紹(shào)了波峰(feng)焊接技(ji)術的原(yuán)理，并分(fen)别從焊(han)接前的(de)質量控(kòng)制、生産(chan)❄️工藝材(cai)料及工(gong)藝參數(shù)這三個(gè)方面探(tàn)讨了提(tí)高波峰(fēng)焊質量(liang)的有效(xiao)方法。

   波(bō)峰焊是(shi)将熔化(hua)的焊料(liào)，經電動(dong)泵或電(diàn)磁泵噴(pēn)流成設(shè)計要求(qiu)的焊料(liào)波峰，使(shi)預先裝(zhuang)有電子(zi)元器件(jiàn)的印👌制(zhi)闆❓通過(guo)焊料波(bō)峰，實現(xiàn)元器件(jiàn)焊端或(huò)引腳與(yu)印制闆(pan)焊盤♋之(zhī)間機💔械(xie)與電🤞氣(qi)連接🈲的(de)軟釺焊(hàn)。波峰焊(hàn)用于⛱️印(yin)制闆裝(zhuang)聯已有(yǒu)20多年的(de)曆史，現(xian)在已成(chéng)🌍爲一種(zhong)非常🌈成(chéng)熟的電(dian)子裝聯(lian)工藝技(ji)⭐術，目前(qian)主要用(yong)于通孔(kong)插裝🌍組(zǔ)件和采(cǎi)用混合(hé)組裝方(fāng)式的表(biao)面💔組件(jiàn)的焊接(jie)。
   1 波峰焊(han)工藝技(jì)術介紹(shao)
波峰焊(han)有單波(bō)峰焊和(hé)雙波峰(fēng)焊之分(fèn)。單波峰(feng)焊用于(yu)SMT時，由于(yu)焊🛀🏻料的(de)"遮蔽效(xiao)應"容易(yi)出現較(jiao)嚴重的(de)質量問(wen)題，如🛀🏻漏(lòu)焊🍓、橋接(jie)和焊縫(feng)不充實(shi)等缺陷(xian)。而雙波(bō)峰則較(jiào)好地克(kè)服了這(zhè)個問題(ti)，大大減(jiǎn)少漏焊(hàn)、橋接和(he)焊縫不(bú)🈲充實等(deng)缺陷，因(yīn)此目前(qian)在表面(miàn)組裝中(zhōng)廣泛采(cai)用雙波(bo)🔴峰焊工(gōng)藝和設(shè)備，見圖(tu)1。

   波峰錫(xi)過程：治(zhi)具安裝(zhuang)→噴塗助(zhu)焊劑系(xì)統→預熱(rè)→一次波(bo)峰👣→二次(ci)波🤟峰→冷(lěng)卻。下面(mian)分别介(jie)紹各步(bu)内容及(ji)作用。
1.1 治(zhi)具安裝(zhuang)
治具安(an)裝是指(zhi)給待焊(hàn)接的PCB闆(pǎn)安裝夾(jia)持的治(zhi)具，可以(yǐ)限制基(ji)闆🥵受熱(rè)變形的(de)程度，防(fáng)止冒錫(xī)現象的(de)發☀️生，從(cong)而确保(bao)浸🈚錫效(xiào)果的穩(wen)定。
1.2 助焊(han)劑系統(tǒng)
助焊劑(ji)系統是(shi)保證焊(han)接質量(liàng)的第一(yī)個環節(jiē)，其主要(yao)🧡作💔用是(shi)均勻地(dì)塗覆助(zhu)焊劑，除(chu)去PCB和元(yuán)器件焊(hàn)接表面(mian)的氧化(hua)層💋和防(fáng)止焊接(jie)過程中(zhōng)再氧化(hua)。助焊劑(ji)的塗覆(fù)一定要(yao)均勻，盡(jin)量不産(chǎn)生堆積(jī)💁，否則将(jiāng)導緻焊(hàn)接短路(lu)或開路(lu)。見圖2。

   助(zhu)焊劑系(xì)統有多(duo)種，包括(kuo)噴霧式(shi)、噴流式(shì)和發泡(pào)式。目前(qian)一般使(shǐ)用噴霧(wù)式助焊(hàn)系統，采(cai)用免清(qīng)洗助焊(hàn)劑，這是(shi)因爲免(mian)清洗助(zhù)焊劑中(zhong)固體含(han)量極少(shao)，不揮發(fā)無含量(liàng)隻有1/5～1/20。所(suǒ)以必須(xū)采用噴(pēn)霧式助(zhù)焊系統(tǒng)塗覆助(zhu)焊劑，同(tóng)時在焊(han)接系統(tong)中加防(fáng)氧化系(xì)統，保證(zheng)👣在PCB上得(de)到一層(céng)均勻細(xì)密很薄(báo)的助焊(hàn)劑塗層(ceng)，這樣才(cai)不會因(yīn)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(ji)量不足(zú)，而導緻(zhi)焊料橋(qiáo)接和拉(lā)尖。
   噴霧(wù)式有兩(liǎng)種方式(shì)：一是采(cǎi)用超聲(shēng)波擊打(da)助焊劑(jì)㊙️，使🏃🏻‍♂️其🤟顆(ke)粒變小(xiǎo)，再噴塗(tú)到PCB闆上(shàng)。二是采(cai)用微細(xi)噴嘴在(zài)一⭕定空(kong)氣壓力(lì)下噴霧(wù)助焊劑(ji)。這種噴(pēn)塗均勻(yun)、粒度小(xiao)、易于控(kòng)制，噴霧(wù)高度/寬(kuān)度可自(zi)動🌈調節(jie)，是今後(hòu)發展的(de)主🔴流。
1.3 預(yu)熱系統(tǒng)
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(tong)過預熱(re)器時，将(jiāng)會受熱(re)揮💛發。從(cóng)而避免(miǎn)溶劑成(cheng)份在經(jīng)過液面(mian)時高溫(wen)氣化✔️造(zao)成炸裂(liè)的現象(xiang)發生，最(zui)終防止(zhi)産生錫(xi)粒的品(pǐn)質隐患(huan)。 （2）待浸錫(xi)産品搭(dā)載✨的部(bu)品在通(tōng)過預熱(re)器時的(de)緩慢升(sheng)溫，可避(bì)免過波(bō)峰時因(yin)👉驟熱産(chan)生的物(wù)理作用(yong)造成部(bù)品損傷(shang)的情況(kuang)發生。
（3）預(yu)熱後的(de)部品或(huo)端子在(zai)經過波(bō)峰時不(bu)會因自(zì)身溫度(du)較低的(de)因素大(da)幅度降(jiàng)低焊點(dian)的焊接(jiē)溫度，從(cong)而确保(bǎo)焊接在(zài)規定🏃的(de)時💛間内(nèi)達到溫(wēn)度要求(qiú)。
1.3.2 預熱方(fāng)法
波峰(feng)焊機中(zhong)常見的(de)預熱方(fāng)法有三(san)種：①空氣(qi)對流加(jia)熱；②紅外(wai)加熱器(qi)加熱；③熱(rè)空氣和(he)輻射相(xiàng)結合的(de)方法加(jia)熱。
1.3.3 預熱(re)溫度
一(yi)般預熱(re)溫度爲(wèi)130～150℃，預熱時(shi)間爲1～3min。預(yu)熱溫度(dù)控制得(de)好🏃🏻，可防(fang)止虛焊(han)、拉尖和(hé)橋接，減(jiǎn)小焊料(liào)波峰對(duì)基闆的(de)熱沖擊(jī)，有效地(di)解決🌈焊(han)接過程(cheng)中PCB闆翹(qiào)曲、分層(céng)、變形問(wen)題。
1.4 焊接(jie)系統
焊(han)接系統(tǒng)一般采(cai)用雙波(bo)峰。在波(bo)峰焊接(jiē)時，PCB闆先(xiān)接觸第(di)一個波(bo)峰，然後(hou)接觸第(dì)二個波(bo)峰。第一(yī)個波峰(fēng)是由窄(zhai)噴嘴噴(pen)㊙️流出的(de)"湍流"波(bo)峰，流速(su)快，對組(zǔ)件有較(jiao)高的垂(chui)直壓力(li)，使焊料(liào)對尺♊寸(cun)小，貼💯裝(zhuāng)密度高(gāo)的表面(mian)組裝元(yuan)器件的(de)焊端有(yǒu)較好的(de)滲透性(xing)；通過湍(tuan)流的熔(rong)融焊料(liao)在所有(you)方向擦(cā)洗組件(jiàn)表面，從(cong)而提高(gāo)了焊料(liao)的潤濕(shī)性，并克(ke)服了由(yóu)于元器(qi)件的🔴複(fú)雜形狀(zhuàng)和取🆚向(xiang)帶來的(de)問題；同(tong)時也克(ke)服了焊(hàn)料的"遮(zhe)蔽效應(ying)"湍流波(bo)向上的(de)噴射力(lì)足以使(shi)🔱焊劑氣(qi)體排🛀出(chū)。因此，即(jí)使印制(zhi)闆上不(bu)設置排(pai)氣孔也(ye)不存在(zai)焊劑氣(qì)體的影(ying)響，從而(ér)大大減(jian)小了漏(lòu)焊、橋接(jie)和焊縫(feng)不充實(shi)等焊接(jiē)缺陷，提(ti)高了焊(hàn)接可靠(kao)性。經過(guo)第一💋個(ge)波峰的(de)産品，因(yin)浸錫時(shí)❄️間短以(yǐ)及部品(pǐn)自身的(de)散💯熱等(děng)因素，浸(jìn)錫後存(cún)在着很(hěn)多的短(duǎn)路，錫多(duo)，焊點光(guang)潔度不(bú)正常以(yǐ)✌️及焊接(jiē)強度不(bu)足等不(bú)良内容(róng)。因此💛，緊(jin)接着必(bi)須進行(hang)浸錫不(bu)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(er)級噴🔞流(liu)進行。這(zhè)是一個(gè)"平滑"的(de)波峰，流(liu)動速度(du)慢，有利(li)于形成(cheng)充實的(de)焊縫，同(tong)時也可(kě)有效地(dì)去除焊(hàn)端上過(guo)量的焊(hàn)料，并使(shǐ)所有焊(hàn)接面上(shàng)焊料潤(run)濕良好(hǎo)，修正了(le)焊接面(mian)💋，消除了(le)可能的(de)拉尖和(hé)橋接，獲(huò)得充實(shi)無缺陷(xiàn)的焊縫(féng)，最終确(que)保了組(zu)件焊接(jie)的可靠(kao)性。雙波(bo)峰基本(běn)原👣理如(rú)圖3。

1.5 冷卻(que)
浸錫後(hou)适當的(de)冷卻有(yǒu)助于增(zeng)強焊點(dian)接合強(qiang)度的功(gōng)能♊，同時(shí)💯，冷卻後(hou)的産品(pǐn)更利于(yú)爐後操(cao)作人員(yuán)的作業(yè)，因此，浸(jin)錫🐪後産(chan)品需進(jin)行冷卻(que)處理。
2 提(tí)高波峰(feng)焊接質(zhì)量的方(fang)法和措(cuò)施
分别(bie)從焊接(jie)前的質(zhì)量控制(zhi)、生産工(gōng)藝材料(liao)及工藝(yì)參數這(zhe)㊙️三個方(fang)面探讨(tǎo)了提高(gāo)波峰焊(han)質量的(de)方法。
2.1 焊(han)接前對(duì)印制闆(pan)質量及(ji)元件的(de)控制
2.1.1 焊(hàn)盤設計(jì)
（1）在設計(jì)插件元(yuan)件焊盤(pán)時，焊盤(pán)大小尺(chǐ)寸設計(ji)應合适(shì)。焊盤太(tai)大，焊料(liao)鋪展面(miàn)積較大(dà)，形成的(de)焊點不(bu)飽✔️滿，而(er)較小的(de)焊盤銅(tóng)♉箔表面(miàn)張力太(tai)小，形成(chéng)的焊點(diǎn)🌐爲不浸(jin)潤焊點(diǎn)🏃🏻。孔徑與(yu)元件引(yin)線的配(pèi)🌐合間隙(xì)太大，容(rong)易虛焊(han)，當孔徑(jing)比引線(xian)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(kǎo)慮以下(xià)幾點：①爲(wei)了盡量(liang)去除"陰(yīn)🐕影效應(yīng)"，SMD的焊端(duan)或引腳(jiao)應正對(dui)着錫流(liú)的🐉方向(xiang)，以利于(yu)與🌈錫流(liú)⭕的接觸(chù)，減少虛(xū)焊和漏(lou)焊，波峰(feng)焊時推(tui)薦采用(yong)的元件(jian)布置方(fāng)向圖如(ru)🔆圖4所示(shi)；②波峰焊(han)接不适(shi)合于細(xi)間距QFP、PLCC、BGA和(he)小間距(ju)SOP器件焊(han)接，也就(jiù)是說在(zai)要波峰(fēng)焊接的(de)這一面(miàn)盡量不(bu)要布置(zhi)這類元(yuan)件；③較小(xiǎo)的元件(jian)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(han)盤接觸(chu)，造成漏(lou)焊。

2.1.2 PCB平整(zhěng)度控制(zhi)
波峰焊(hàn)接對印(yìn)制闆的(de)平整度(dù)要求很(hěn)高，一般(ban)要求翹(qiao)曲度要(yao)🧡小于0.5mm，如(ru)果大于(yu)0.5mm要做平(píng)整處理(li)。尤其是(shì)某些印(yìn)制闆厚(hòu)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(liang)。
2.1.3 妥善保(bao)存印制(zhì)闆及元(yuán)件，盡量(liang)縮短儲(chǔ)存周期(qī)
在焊接(jiē)中，無塵(chén)埃、油脂(zhi)、氧化物(wu)的銅箔(bó)及元件(jiàn)引線有(yǒu)利于形(xíng)成合格(ge)的焊點(diǎn)，因此印(yìn)制闆及(ji)元件應(yīng)保存在(zai)幹燥、清(qīng)潔💃的環(huan)🈲境下，并(bìng)且盡量(liang)縮短儲(chǔ)存周期(qi)。對于放(fàng)置時間(jian)較長的(de)印制闆(pǎn)，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(yīng)先🛀除去(qù)其表面(mian)氧化層(ceng)。
2.2 生産工(gōng)藝材料(liao)的質量(liang)控制
在(zai)波峰焊(hàn)接中，使(shi)用的生(shēng)産工藝(yi)材料有(you)：助焊劑(jì)和焊料(liào)。
2.2.1 助焊劑(ji)質量控(kong)制
助焊(han)劑在焊(hàn)接質量(liàng)的控制(zhì)上舉足(zú)輕重，其(qi)作用是(shì)：（1）除去焊(hàn)接表面(mian)的氧化(hua)物；（2）防止(zhǐ)焊接時(shí)焊料和(hé)焊接表(biao)面再氧(yang)化；（3）降低(di)焊料的(de)表面張(zhang)力；（4）有助(zhu)于熱量(liàng)傳🐆遞到(dào)焊接區(qu)。目前波(bo)峰焊接(jie)所采用(yong)的多爲(wèi)免清洗(xi)助焊劑(jì)。選擇助(zhu)焊劑時(shi)有以下(xià)要求：（1）熔(róng)點比焊(han)料低♉；（2）浸(jìn)潤擴散(san)速度比(bi)熔化焊(hàn)料快；（3）粘(zhān)度和比(bǐ)重比焊(han)料💜小；（4）在(zai)常溫下(xia)貯存穩(wen)定。
2.2.2 焊料(liào)的質量(liang)控制
錫(xī)鉛焊料(liào)在高溫(wēn)下（250℃）不斷(duan)氧化，使(shi)錫鍋中(zhong)錫－鉛焊(han)料含錫(xi)量不斷(duan)下降，偏(piān)離共晶(jing)點，導緻(zhì)流動性(xìng)差，出現(xiàn)連焊🆚、虛(xu)焊、焊點(diǎn)強度不(bú)夠等質(zhì)量問題(ti)。可采用(yong)以下幾(ji)個方法(fa)來解💚決(jue)這個❤️問(wèn)題：①添加(jia)氧化還(hai)原劑，使(shi)已🏃‍♀️氧化(huà)的SnO還原(yuán)爲Sn，減小(xiǎo)錫渣的(de)産生；②不(bú)斷除去(qu)浮渣； ③每(měi)次焊接(jie)前添加(jiā)一定量(liang)的錫；④采(cǎi)用含抗(kang)氧化磷(lín)的焊⁉️料(liào)；⑤采用氮(dàn)氣保護(hu)，讓氮氣(qì)把焊料(liao)與空氣(qì)隔絕開(kāi)來，取代(dai)普通⛹🏻‍♀️氣(qì)體，這樣(yang)就避免(miǎn)了浮渣(zha)的産生(shēng)，這種方(fang)法要求(qiú)對設備(bei)改型💞，并(bing)提供氮(dan)氣。
目前(qián)最好的(de)方法是(shì)在氮氣(qì)保護的(de)氛圍下(xià)使用含(hán)📱磷👈的焊(han)料，可将(jiāng)浮渣率(lü)控制在(zai)最低程(chéng)度，焊接(jie)缺陷⛷️最(zui)少，工藝(yì)控制最(zui)佳。
2.3 焊接(jie)過程中(zhong)的工藝(yi)參數控(kòng)制
焊接(jie)工藝參(cān)數對焊(han)接表面(mian)質量的(de)影響比(bi)較複雜(zá)🐪，并涉及(jí)到較多(duo)的技術(shu)範圍。
2.3.1 預(yu)熱溫度(du)的控制(zhi)
預熱的(de)作用：①使(shi)助焊劑(ji)中的溶(róng)劑充分(fèn)發揮，以(yi)免印制(zhi)🚩闆🈲通過(guo)焊錫時(shi)，影響印(yin)制闆的(de)潤濕和(he)焊點的(de)形成；②印(yin)制闆在(zai)焊接前(qián)達到一(yī)定溫度(du)，以免受(shòu)到熱沖(chong)擊産生(sheng)翹曲變(biàn)形。一般(bān)預熱溫(wen)度控制(zhì)在180～210℃，預熱(rè)時間🤩1～3min。
2.3.2 焊(hàn)接軌道(dao)傾角
軌(gui)道傾角(jiǎo)對焊接(jiē)效果的(de)影響較(jiào)爲明顯(xiǎn)，特别是(shi)在🌏焊接(jiē)高密度(dù)SMT器件時(shí)更是如(ru)此。當傾(qing)角太小(xiǎo)時，較易(yi)出現橋(qiao)接，特别(bié)是焊接(jie)中，SMT器件(jiàn)的"遮蔽(bi)區"更易(yi)出現💃🏻橋(qiao)接；而傾(qing)角過大(dà)，雖然有(yǒu)利于📐橋(qiáo)接的消(xiao)除，但焊(han)點吃錫(xī)量太☁️小(xiǎo)，容易産(chan)🔴生虛焊(han)。軌😘道傾(qing)角應控(kòng)制在5°～8°之(zhī)間。
2.3.3 波峰(fēng)高度
波(bō)峰的高(gāo)度會因(yīn)焊接工(gong)作時間(jian)的推移(yí)而有一(yī)些☔變化(hua)，應在焊(hàn)🔅接過程(cheng)中進行(háng)适當的(de)修正，以(yi)保證理(li)想高度(du)進行焊(han)接波峰(fēng)高⭐度，以(yǐ)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(zhì)量的一(yi)個重要(yào)的工藝(yì)參數。焊(han)接溫度(du)👨‍❤️‍👨過低時(shi)，焊料的(de)擴展率(lǜ)、潤濕性(xìng)能變差(chà)🛀，使焊盤(pán)或元器(qi)件焊端(duan)由于不(bu)能充分(fen)的潤濕(shī)，從而産(chan)生虛焊(hàn)、拉尖、橋(qiáo)接等🔆缺(quē)陷；焊🐇接(jiē)溫度🔴過(guò)高時，則(ze)加速了(le)焊盤、元(yuán)器件引(yǐn)👨‍❤️‍👨腳及焊(hàn)料的氧(yang)化，易産(chan)生虛焊(hàn)。焊接溫(wēn)度應控(kòng)制在250±5℃。
3 常(chang)見焊接(jiē)缺陷及(ji)排除
影(ying)響焊接(jie)質量的(de)因素是(shì)很多的(de)，表1列出(chū)的是一(yī)些常見(jiàn)👅缺陷及(jí)排除方(fāng)法，以供(gong)參考。

  波(bō)峰焊接(jie)是一項(xiàng)精細工(gōng)作，影響(xiang)焊接質(zhi)量的因(yīn)素也很(hen)多，還需(xu)我們更(gèng)深一步(bù)地研究(jiū)和讨論(lun)，以期提(tí)高波峰(feng)焊的工(gōng)藝知識(shí)。

 

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