波峰焊(hàn)接工藝(yì)技術的(de)研究

   作爲一(yī)種傳統(tong)焊接技(jì)術，目前(qian)波峰焊(hàn)接技術(shu)依然在(zài)電☎️子制(zhì)造領域(yù)發揮着(zhe)積極作(zuò)用。介紹(shao)了波峰(fēng)焊✊接技(ji)術的原(yuan)理，并分(fèn)别從焊(hàn)接前的(de)質量控(kòng)制、生産(chan)工藝材(cai)料及工(gōng)藝參數(shu)這三個(gè)方面探(tan)讨了提(ti)高波峰(fēng)焊質量(liàng)的有效(xiao)方法。

   波(bo)峰焊是(shì)将熔化(hua)的焊料(liào)，經電動(dòng)泵或電(diàn)磁泵噴(pen)流成設(she)計要求(qiú)的焊料(liao)波峰，使(shǐ)預先裝(zhuāng)有電子(zǐ)元器件(jian)的印制(zhì)闆通過(guo)焊料波(bo)峰，實現(xiàn)元器件(jiàn)焊端或(huo)引腳與(yǔ)印制闆(pǎn)焊盤✍️之(zhi)間機械(xiè)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(you)20多年的(de)曆史，現(xian)在已成(cheng)爲一種(zhong)非常成(chéng)熟的電(dian)子裝聯(lián)工藝技(jì)術，目前(qian)主要🛀用(yong)于通孔(kǒng)插🔴裝組(zu)件和采(cǎi)用混合(he)組裝方(fang)式的表(biǎo)面組件(jiàn)的焊接(jiē)。
   1 波峰焊(hàn)工藝技(jì)術介紹(shào)
波峰焊(hàn)有單波(bō)峰焊和(he)雙波峰(feng)焊之分(fen)。單波峰(feng)焊用于(yú)SMT時，由于(yu)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(lou)焊、橋接(jiē)和焊縫(féng)不充實(shí)等缺陷(xiàn)。而雙波(bō)峰則較(jiao)好地克(ke)服了這(zhe)個問題(tí)，大大減(jian)少漏焊(hàn)、橋接和(he)焊縫不(bu)充實等(děng)缺陷，因(yīn)此目前(qián)在表面(miàn)組裝中(zhōng)廣泛采(cai)用雙波(bō)🎯峰焊工(gōng)藝和設(shè)備，見圖(tú)1。

   波峰錫(xi)過程：治(zhì)具安裝(zhuāng)→噴塗助(zhù)焊劑系(xì)統→預熱(rè)→一次波(bō)峰→二次(ci)波峰→冷(lěng)卻。下面(mian)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(an)裝是指(zhǐ)給待焊(han)接的PCB闆(pan)安裝夾(jia)持的治(zhì)具，可以(yǐ)💁限制基(ji)闆✍️受熱(rè)變形的(de)程度，防(fang)止冒錫(xi)現象的(de)發生，從(cong)🔱而确保(bǎo)浸錫效(xiào)果的穩(wen)定。
1.2 助焊(hàn)劑系統(tong)
助焊劑(jì)系統是(shì)保證焊(hàn)接質量(liàng)的第一(yi)個環節(jiē)，其主要(yào)作用是(shì)均勻地(dì)塗覆助(zhù)焊劑，除(chu)去PCB和元(yuan)器件焊(han)接♋表面(miàn)的氧化(hua)層和防(fang)止焊👄接(jie)過程中(zhōng)再氧化(huà)。助焊劑(ji)的塗覆(fu)‼️一定要(yào)均勻，盡(jin)量不産(chan)生堆積(jī)，否則将(jiang)導緻🐇焊(hàn)接短路(lu)🐕或開路(lù)。見圖2。

   助(zhu)焊劑系(xì)統有多(duō)種，包括(kuo)噴霧式(shì)、噴流式(shì)和發泡(pao)式。目前(qián)一般使(shi)用噴霧(wù)式助焊(hàn)系統，采(cǎi)用免清(qīng)洗助焊(hàn)劑，這是(shi)因爲免(mian)清洗🌈助(zhu)焊劑中(zhong)固體含(hán)量極少(shao)，不揮發(fā)無含量(liàng)隻有1/5～1/20。所(suo)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(tǒng)中💞加防(fang)氧化🚶‍♀️系(xì)統，保證(zhèng)在PCB上得(dé)到一層(céng)均勻細(xì)密很薄(bao)的助焊(han)劑塗層(céng)，這樣㊙️才(cái)不會因(yin)第一個(ge)波的擦(ca)洗作用(yong)和助焊(hàn)劑的揮(hui)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(wu)式有兩(liǎng)種方式(shì)：一是采(cai)用超聲(shēng)波擊打(da)助焊劑(ji)，使其顆(ke)粒⚽變小(xiao)，再噴塗(tú)到PCB闆上(shàng)。二是采(cǎi)用微細(xì)噴嘴在(zài)一定空(kong)氣壓🈲力(li)下🚩噴霧(wu)助焊劑(ji)。這種噴(pen)塗均勻(yún)、粒度小(xiǎo)、易于控(kong)制，噴霧(wu)高度/寬(kuān)度可自(zi)動調節(jie)，是今後(hou)發展的(de)主🏃🏻‍♂️流。
1.3 預(yù)熱系統(tǒng)
1.3.1預熱系(xi)統的作(zuo)用
（1）助焊(hàn)劑中的(de)溶劑成(chéng)份在通(tong)過預熱(re)器時，将(jiang)會受熱(rè)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(zuì)終防止(zhǐ)産生錫(xī)粒的品(pǐn)質隐患(huàn)。 （2）待浸錫(xi)産品搭(dā)載的部(bù)品在通(tong)過預熱(rè)器時的(de)緩慢升(sheng)溫，可避(bì)免過波(bo)峰時因(yin)⛹🏻‍♀️驟熱産(chan)生的物(wu)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(zài)經過波(bō)峰時不(bú)會因自(zì)身溫度(dù)⭐較⛹🏻‍♀️低☁️的(de)因素大(da)幅度降(jiàng)低焊點(dian)的焊接(jie)溫度，從(cóng)而确保(bao)焊接在(zài)規定的(de)時間内(nei)達到溫(wēn)度要求(qiu)。
1.3.2 預熱方(fāng)法
波峰(fēng)焊機中(zhong)常見的(de)預熱方(fang)法有三(san)種：①空氣(qì)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(jia)熱。
1.3.3 預熱(rè)溫度
一(yi)般預熱(re)溫度爲(wèi)130～150℃，預熱時(shí)間爲1～3min。預(yu)熱溫度(du)控制得(dé)好，可防(fang)止虛焊(hàn)💁、拉尖和(he)橋接，減(jian)小焊料(liao)波峰對(duì)基闆的(de)熱沖擊(jī)，有🐅效地(di)解決焊(hàn)接過程(cheng)中PCB闆翹(qiào)曲、分層(céng)、變形問(wen)題。
1.4 焊接(jiē)系統
焊(han)接系統(tong)一般采(cai)用雙波(bō)峰。在波(bō)峰焊接(jiē)時，PCB闆先(xiān)接觸☁️第(di)👉一個波(bō)峰，然後(hou)接觸第(dì)二個波(bo)峰。第一(yi)個波峰(fēng)是由窄(zhai)噴⛱️嘴噴(pēn)😍流出的(de)"湍流"波(bō)峰，流速(su)快，對組(zu)件有較(jiào)高的垂(chui)直壓力(li)，使焊料(liào)對尺寸(cun)小，貼裝(zhuāng)密度高(gao)的表面(mian)組裝元(yuan)器件的(de)焊端有(yǒu)較好的(de)滲透性(xìng)；通過湍(tuan)流的熔(róng)融焊料(liao)在所有(yǒu)方向擦(cā)洗組件(jiàn)表面，從(cóng)而提高(gao)了焊料(liao)的潤濕(shī)性，并克(ke)服了⭐由(you)于元器(qì)件的複(fú)雜形狀(zhuang)和取向(xiang)帶來的(de)問題；同(tong)時也克(kè)服了焊(han)料的"遮(zhe)蔽效應(ying)"湍流波(bo)向上的(de)噴射力(lì)足以使(shǐ)焊劑氣(qi)體排出(chū)。因此，即(ji)使印制(zhì)闆上不(bu)設置🔆排(pai)氣孔也(yě)不存🌐在(zai)焊劑氣(qi)體的影(ying)響，從而(er)大大🐇減(jiǎn)小了漏(lòu)焊、橋接(jiē)和焊縫(féng)不充實(shi)等焊接(jiē)缺陷，提(tí)高了焊(hàn)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(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(guāng)潔度不(bu)正常以(yǐ)及焊接(jiē)強度不(bu)足等不(bu)良内容(róng)。因此，緊(jin)接着必(bì)須進行(hang)浸錫不(bu)良的🔞修(xiū)正，這個(ge)動作由(yóu)噴流面(miàn)較平較(jiao)寬闊，波(bo)峰較穩(wen)定的二(er)級噴🛀流(liú)進行。這(zhe)是一個(ge)"平滑"的(de)波峰，流(liú)動速度(dù)慢，有利(lì)于形📧成(cheng)充實🏃‍♀️的(de)焊縫，同(tóng)時也可(ke)有效地(dì)去除焊(han)端♻️上過(guò)量的焊(han)料，并使(shǐ)所有焊(hàn)接面上(shang)焊料潤(run)濕良好(hao)，修正了(le)焊接面(miàn)，消除了(le)可能的(de)拉尖和(hé)橋接，獲(huò)得充實(shi)無缺陷(xian)的焊縫(feng)，最終确(què)保了組(zǔ)件焊接(jie)的可靠(kào)性。雙波(bo)峰基本(ben)原理如(rú)圖3。

1.5 冷卻(que)
浸錫後(hou)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(shi)，冷♻️卻後(hòu)的産品(pin)更利于(yu)爐後操(cao)作人員(yuan)的♍作業(yè)，因此，浸(jin)錫後産(chǎn)品需進(jìn)行冷卻(què)處理。
2 提(ti)高波峰(feng)焊接質(zhì)量的方(fāng)法和措(cuò)施
分别(bié)從焊接(jiē)前的質(zhì)量控制(zhi)、生産工(gong)藝材料(liào)及工藝(yi)參數這(zhè)三個方(fang)面探讨(tao)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(ji)插件元(yuan)件焊盤(pan)時，焊盤(pan)大小尺(chǐ)寸設計(jì)應合适(shi)。焊盤太(tai)大，焊料(liao)鋪展面(mian)積較大(dà)，形成的(de)焊點不(bu)飽♈滿，而(er)較小的(de)焊盤銅(tong)箔表面(mian)張力太(tai)小，形成(cheng)的焊點(dian)爲不浸(jin)潤焊點(dian)。孔徑與(yǔ)元件引(yin)線的配(pèi)🔴合間隙(xi)太大，容(róng)易虛焊(han)，當孔徑(jìng)比引線(xian)寬0.05～0.2mm，焊盤(pan)直徑爲(wèi)孔徑的(de)2～2.5倍時，是(shi)焊接比(bǐ)較理想(xiang)的條⚽件(jiàn)。
（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(wèi)了盡量(liàng)💋去除"陰(yīn)影💔效應(ying)"，SMD的焊端(duan)或引腳(jiǎo)應正對(duì)着錫流(liu)的方向(xiang)，以利于(yu)與♻️錫流(liu)的接觸(chù)，減少虛(xu)焊和漏(lou)焊，波峰(feng)🧡焊時推(tui)薦采用(yong)的元件(jian)布置方(fang)向圖如(rú)圖4所示(shi)；②波峰焊(hàn)接不适(shì)❌合于細(xi)間🐆距QFP、PLCC、BGA和(he)小間距(jù)SOP器件焊(han)接，也就(jiù)是說在(zài)要波峰(feng)焊接的(de)這一面(miàn)盡量不(bu)要🌈布置(zhì)這類元(yuán)件；③較小(xiǎo)的元件(jian)不應排(pai)在較大(dà)⭕的元件(jiàn)後，以免(mian)較大🐪元(yuán)件妨礙(ài)錫流與(yu)🆚較小元(yuan)件的焊(han)盤接觸(chu)，造成漏(lòu)焊。

2.1.2 PCB平整(zhěng)度控制(zhì)
波峰焊(han)接對印(yin)制闆的(de)平整度(dù)要求很(hěn)高，一般(bān)要求翹(qiào)❄️曲💞度要(yào)小⛱️于0.5mm，如(ru)果大于(yu)0.5mm要做平(ping)整處理(li)。尤其是(shì)某些印(yìn)制闆厚(hòu)度隻有(yǒu)1.5mm左右，其(qi)翹曲度(dù)要求就(jiu)更高，否(fǒu)則無法(fa)保證焊(hàn)接質量(liàng)。
2.1.3 妥善保(bǎo)存印制(zhì)闆及元(yuan)件，盡量(liàng)縮短儲(chǔ)存周期(qī)
在焊接(jiē)中，無塵(chén)埃、油脂(zhī)、氧化物(wu)的銅箔(bó)及元件(jiàn)引線有(yǒu)利于📧形(xing)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(qing)潔的環(huán)境下，并(bing)且盡量(liàng)縮短儲(chǔ)存周期(qi)。對于放(fàng)置時間(jiān)較長的(de)🌈印制闆(pan)👅，其表面(miàn)一般要(yào)做清潔(jié)處理，這(zhe)樣可提(ti)高可焊(han)性，減少(shao)虛焊和(he)橋接，對(dui)表面有(you)一定程(chéng)度氧化(huà)的元件(jian)引腳，應(ying)先❗除去(qù)其表面(miàn)✍️氧化層(céng)。
2.2 生産工(gong)藝材料(liao)的質量(liàng)控制
在(zai)波峰焊(hàn)接中，使(shi)用的生(shēng)産工藝(yì)材料有(you)：助焊劑(ji)和焊料(liào)。
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(zú)輕重，其(qí)作用是(shi)：（1）除去焊(han)接表🥰面(miàn)的氧化(hua)物；（2）防止(zhi)焊接時(shí)焊料和(hé)焊接表(biǎo)面再氧(yǎng)化；（3）降低(di)焊料的(de)表面張(zhang)力；（4）有助(zhu)于熱量(liang)傳遞到(dao)焊接區(qū)。目🌂前波(bō)峰📱焊接(jie)所采用(yong)的多爲(wei)免清洗(xi)助焊劑(jì)。選擇助(zhù)焊劑時(shí)有以下(xia)要求：（1）熔(róng)點比焊(han)料低🍉；（2）浸(jìn)潤擴散(sàn)速💰度比(bi)熔化焊(hàn)❄️料快；（3）粘(zhān)度和🚩比(bi)重比焊(han)料小；（4）在(zài)常溫下(xià)貯存穩(wen)定。
2.2.2 焊料(liao)的質量(liàng)控制
錫(xi)鉛焊料(liào)在高溫(wēn)下（250℃）不斷(duan)氧化，使(shǐ)錫鍋中(zhong)錫－鉛焊(hàn)料含錫(xi)量不斷(duàn)下降，偏(pian)離共晶(jīng)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(yòng)以下幾(ji)個方☔法(fa)來解決(jue)這個問(wen)題：①添加(jia)氧化還(hai)原劑，使(shi)已氧化(huà)的SnO還原(yuan)爲Sn，減小(xiǎo)錫渣的(de)産♊生；②不(bu)斷除去(qu)浮渣； ③每(mei)次焊接(jie)前添加(jia)一定量(liàng)的錫；④采(cǎi)用含抗(kang)氧化磷(lín)的焊♋料(liao)；⑤采用氮(dan)氣保🌍護(hù)，讓氮氣(qi)把焊📧料(liao)與空氣(qi)隔絕開(kāi)來，取代(dai)普通✔️氣(qì)體，這樣(yàng)就避免(mian)了浮渣(zhā)的産生(shēng)，這種方(fang)法要求(qiu)對設備(bèi)改型，并(bing)提供氮(dan)氣。
目前(qian)最好的(de)方法是(shi)在氮氣(qì)保護的(de)氛圍下(xia)使用含(hán)磷🐇的焊(han)⛷️料，可将(jiang)浮渣率(lǜ)控制在(zài)最低程(chéng)度，焊接(jiē)缺陷最(zui)少，工藝(yi)控制🙇‍♀️最(zuì)佳🛀🏻。
2.3 焊接(jie)過程中(zhong)的工藝(yì)參數控(kòng)制
焊接(jie)工藝參(cān)數對焊(hàn)接表面(miàn)質量的(de)影響比(bi)較複雜(za)，并🔴涉及(ji)到較多(duō)的技術(shu)範圍。
2.3.1 預(yu)熱溫度(dù)的控制(zhì)
預熱的(de)作用：①使(shǐ)助焊劑(jì)中的溶(rong)劑充分(fèn)發揮，以(yǐ)免印✌️制(zhi)闆通🌐過(guò)🌈焊錫時(shi)，影響印(yìn)制闆的(de)潤濕和(he)焊點的(de)形🔆成；②印(yin)制闆🧑🏾‍🤝‍🧑🏼在(zài)焊接前(qian)達到一(yī)定溫度(dù)，以免受(shòu)到熱沖(chong)擊産生(shēng)翹曲變(bian)形。一般(ban)預熱溫(wen)度控制(zhì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼在180～210℃，預熱(re)時間1～3min。
2.3.2 焊(han)接軌道(dao)傾角
軌(guǐ)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(du)SMT器件時(shí)更是如(rú)此。當傾(qīng)角太小(xiao)時，較易(yì)出現橋(qiao)接，特别(bie)是焊接(jie)中，SMT器件(jian)的"遮蔽(bi)區"更易(yi)出現💞橋(qiáo)接；而傾(qing)角過大(dà)，雖然✉️有(you)利于橋(qiao)接的👨‍❤️‍👨消(xiāo)除，但焊(han)點吃錫(xī)量太小(xiao)，容易産(chan)生虛焊(han)。軌道傾(qing)角應控(kong)制在5°～8°之(zhī)間。
2.3.3 波峰(feng)高度
波(bō)峰的高(gāo)度會因(yīn)焊接工(gōng)作時間(jian)的推移(yi)而有一(yī)些變化(hua)🚶‍♀️，應在焊(han)接過程(cheng)中進行(hang)适當的(de)修正，以(yǐ)保證理(lǐ)😄想高度(du)進行焊(han)接波峰(feng)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(hàn)接溫度(dù)是影響(xiǎng)焊接質(zhì)量的一(yī)個重要(yào)的工藝(yì)參數。焊(hàn)接🚩溫♌度(du)過低時(shi)，焊料的(de)擴展率(lü)、潤濕性(xìng)能變差(chà)，使焊㊙️盤(pan)或元器(qì)🈲件焊✌️端(duan)由于不(bu)能充分(fen)的潤濕(shi)，從而産(chǎn)生虛焊(han)、拉尖、橋(qiao)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(yin)腳及焊(han)料的氧(yǎng)化，易🚶産(chǎn)生虛焊(han)🙇🏻。焊接溫(wēn)度應控(kong)制在250±5℃。
3 常(cháng)見焊接(jie)缺陷及(ji)排除
影(ying)響焊接(jiē)質量的(de)因素是(shi)很多的(de)，表1列出(chū)的是一(yī)些✊常🏒見(jiàn)㊙️缺🔞陷及(ji)排除方(fang)法，以供(gòng)參考。

  波(bō)峰焊接(jie)是一項(xiang)精細工(gong)作，影響(xiang)焊接質(zhi)量的因(yīn)素也很(hen)多，還需(xū)我們更(geng)深一步(bu)地研究(jiū)和讨論(lùn)，以期提(tí)高波峰(fēng)焊的工(gōng)藝知識(shi)。

 

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