波峰焊是指將熔化的軟釬焊料(鉛錫合金),經電動泵或電磁泵噴流成設計要求的焊料波峰,亦可通過向焊料池注入氮氣來形成,使預先裝有元器件的印制板通過焊料波峰,實現元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機械與電氣連接的軟釬焊。根據機器所使用不同幾何形狀的波峰,波峰焊系統可分許多種。...
波峰焊流程:將元件插入相應的元件孔中 →預涂助焊劑 → 預烘(溫度90-1000C,長度1-1.2m) → 波峰焊(220-2400C) → 切除多余插件腳 → 檢查。
回流焊工藝是通過重新熔化預先分配到印制板焊盤上的膏狀軟釬焊料,實現表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機械與電氣連接的軟釬焊。
波峰焊隨著人們對環境保護意識的增強有了新的焊接工藝。以前的是采用錫鉛合金,但是鉛是重金屬對人體有很大的傷害。于是現在有了無鉛工藝的產生。它采用了*錫銀銅合金*和特殊的助焊劑且焊接接溫度的要求更高更高的預熱溫度還要說一點在PCB板過焊接區后要設立一個冷卻區工作站.這一方面是為了防止熱沖擊另一方面如果有ICT的話會對檢測有影響。
在大多數不需要小型化的產品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技術線路板,比如電視機、家庭音像設備以及即將推出的數字機頂盒等,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,波峰焊機器只能提供很少一點最基本的設備運行參數調整。
一、生產工藝過程
線路板通過傳送帶進入波峰焊機以后,會經過某個形式的助焊劑涂敷裝置,在這里助焊劑利用波峰、發泡或噴射的方法涂敷到線路板上。由于大多數助焊劑在焊接時必須要達到并保持一個活化溫度來保證焊點的完全浸潤,因此線路板在進入波峰槽前要先經過一個預熱區。助焊劑涂敷之后的預熱可以逐漸提升PCB的溫度并使助焊劑活化,這個過程還能減小組裝件進入波峰時產生的熱沖擊。它還可以用來蒸發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,或者產生蒸汽留在焊錫里面形成中空的焊點或砂眼。波峰焊機預熱段的長度由產量和傳送帶速度來決定,產量越高,為使板子達到所需的浸潤溫度就需要更長的預熱區。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熱溫度。
目前波峰焊機基本上采用熱輻射方式進行預熱,最常用的波峰焊預熱方法有強制熱風對流、電熱板對流、電熱棒加熱及紅外加熱等。在這些方法中,強制熱風對流通常被認為是大多數工藝里波峰焊機最有效的熱量傳遞方法。在預熱之后,線路板用單波(λ波)或雙波(擾流波和λ波)方式進行焊接。對穿孔式元件來講單波就足夠了,線路板進入波峰時,焊錫流動的方向和板子的行進方向相反,可在元件引腳周圍產生渦流。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,在焊點到達浸潤溫度時形成浸潤。
對于混和技術組裝件,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。在對未來的設備和供應商作任何評定之前,需要確定用波峰進行焊接的板子的所有技術規格,因為這些可以決定所需機器的性能。
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刀技術。這是在PCB離開波峰時用一個風刀向熔化的焊點吹出一束熱空氣或氮氣,這種和PCB一樣寬的風刀可以在整個PCB寬度上進行完全質量檢查,消除橋連或短路并減少運行成本。還有可能發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現,但要知道虛焊會在焊后的質量檢查時測試合格,而在以后的使用中出現問題。使用中出現問題會嚴重影響制定的最低利潤指標,不僅僅是因為作現場更換時會產生的費用,而且由于客戶發現到了質量問題,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?梢栽诓ǚ迳细郊右粋閉環控制使波峰的高度保持不變,將一個感應器安裝在波峰上面的傳送鏈導軌上,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,則錫渣進入波峰里面的可能性會增加?梢酝ㄟ^設計錫泵系統來避免這種問題,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省費用。
三、惰性焊接
氮氣焊接可以減少錫渣節省成本,但是用戶必須要承擔氮氣的費用以及輸送系統的先期投資。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以及由于焊點浸潤更好因而缺陷率降低所節省下來的成本。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,而根據產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品設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行清洗的方法來達到。雖然會有一個初始設備投資,但在大多數情況下這是一個成本最低的方法,因為從生產線下來的都是高質量而又無需返工的產品。
四、生產率問題
許多用戶使用自動化在線式設備一周七天地進行制造和組裝。因此,生產率的問題比以前更為重要,所有設備都必須要有盡可能高的正常運行時間。在選擇波峰焊設備時,必須要考慮各個系統的MTBF(平均無故障時間)及其MTTR(平均修理時間)。如果一個系統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性,就可達到較低的MTTR。類似地,考慮一下減少焊錫模塊的維護和減少助焊劑涂敷裝置的維護也可以取得較短的維護時間。
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品的復雜程度以及產量,如果要做復雜的產品以及產量很高,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境下處理復雜的板子,在這種情況下,可根據客戶的要求使用腐蝕性助焊劑,在焊接后再進行清洗,或者使用低固態助焊劑。
六、風刀去橋接技術
在各種機器類型里,還有很多先進的補充選項。比如Speedline ELECTROVERT提供了一個獲得專利的熱風刀去橋接技術,用來去除橋接以及做焊點的無損受力測試。風刀位于焊槽的出口處,以與水平呈40°到90°的角度向焊點射出0.4572mm窄的熱風。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,要使焊點質量得到顯著的提升,并不需要在波峰焊設備上設定更多的選項。而且對所有生產設備而言,檢查每個工程數據的真實準確性也是很重要的,最好的方法是在購買前用機器先運行一下板子。
七、波峰焊缺陷與對策
焊料不足
產生原因預防對策
PCB預熱和焊接溫度太高,使熔融焊料的黏度過低。預熱溫度在90-130℃,有較多貼裝元器件時溫度取上限;錫波溫度為250±5℃,焊接時間3-5s。
插裝孔的孔徑過大,焊料從孔中流出。插裝孔的孔徑比引腳直徑0.15-0.4mm(細引腳取下限,粗引腳取上限)。
細引線大焊盤,焊料被拉到焊盤上,使焊點干癟。焊盤設計要符合波峰焊要求。
金屬化孔質量差或助焊劑流入孔中。反映給印制板加工廠,提高加工質量。
波峰高度不夠。不能使印制板對焊料產生壓力,不利于上錫。波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3處。
印制板爬坡角度偏小,不利于焊劑排氣。印制板爬坡角度為3-7°
焊料過多
焊接溫度過低或傳送帶速度過快,使熔融焊料的黏度過大。錫波溫度為250±5℃,焊接時間3-5s。
PCB預熱溫度過低,由于PCB與元器件溫度偏低,焊接時原件與PCB吸熱,使實際焊接溫度降低。根據PCB尺寸,是否多層板,元器件多少,有無貼裝元器件等設置預熱溫度。
焊劑活性差或比重過小。更換焊劑或調整適當的比重。
焊盤、插裝孔、引腳可焊性差。提高印制板加工質量,元器件先到先用,不要存放在潮濕環境中。
焊料中錫的比例減小,或焊料中雜質成分過高(CU<0.08%),使熔融焊料的黏度增加,流動性變差。錫的比例<61.4%時,可適量添加一些純錫,雜質過高時應更換焊料。
焊料殘渣太多。每天結束工作后應清理殘渣。
焊點拉尖
PCB預熱溫度過低,由于PCB與元器件溫度偏低,焊接時原件與PCB吸熱,使實際焊接溫度降低。根據PCB尺寸,是否多層板,元器件多少,有無貼裝元器件等設置預熱溫度。
焊接溫度過低或傳送帶速度過快,使熔融焊料的黏度過大。錫波溫度為250±5℃,焊接時間3-5s。溫度略低時,傳送帶速度應調慢一些。
電磁泵波峰焊機的波峰高度太高或引腳過長,使引腳底部不能與波峰接觸。因為電磁泵波峰焊機是空心波,空心波的厚度為4-5mm左右。波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3處。插裝元器件引腳成形要求原件引腳露出印制板焊接面0.8-3mm。
助焊劑活性差更換助焊劑。
插裝元器件引線直徑與插裝孔的孔徑比例不正確,插裝孔過大,大焊盤吸熱量達。插裝孔的孔徑比引腳直徑0.15-0.4mm(細引腳取下限,粗引腳取上限)。
焊點橋接或短路
PCB設計不合理,焊盤間距過窄。符合DFM設計要求。
插裝元器件引腳不規則或插裝歪斜,焊接前引腳之間已經接近或已經碰上。插裝元器件引腳應根據印制板的孔徑及裝配要求進行成形,如采用短插一次焊工藝,要求原件引腳露出印制板焊接面0.8-3mm,插裝時要求元件體端正。
PCB預熱溫度過低,由于PCB與元器件溫度偏低,焊接時原件與PCB吸熱,使實際焊接溫度降低。根據PCB尺寸,是否多層板,元器件多少,有無貼裝元器件等設置預熱溫度。
焊接溫度過低或傳送帶速度過快,使熔融焊料的黏度過大。錫波溫度為250±5℃,焊接時間3-5s。溫度略低時,傳送帶速度應調慢一些。
助焊劑活性差。更換助焊劑。
潤濕不良、漏焊、虛焊
元器件焊端,引腳,印制板得焊盤氧化或污染,或印制板受潮。元器件先到先用,不要存放在潮濕環境中,不要超過規定的使用日期。對印制板進行清洗和去潮處理。
片式元件端頭金屬電極附著力差或采用單層電極,在焊接溫度下產生脫帽現象。表面貼裝元器件波峰焊時采用三層端頭結構,能經受兩次以上260℃波峰焊溫度沖擊。
PCB設計不合理,波峰焊時陰影效應造成漏焊。符合DFM設計要求
PCB翹曲,使PCB翹起位置與波峰接觸不良。 PCB翹曲度小于0.8-1.0%
傳送帶兩側不平行,使PCB與波峰接觸不平行。調整水平。
波峰不平滑,波峰兩側高度不平行,尤其電磁泵波峰焊機的錫波噴口如果被氧化物堵塞時,會使波峰出現鋸齒形,容易造成漏焊,虛焊。清理錫波噴嘴。
助焊劑活性差,造成潤濕不良。更換助焊劑。
PCB預熱溫度太高,使助焊劑碳化,失去活性,造成潤濕不良。設置恰當的預熱溫度
焊料球
PCB預熱溫度過低或預熱時間過短,助焊劑中的溶劑和水分沒有揮發掉,焊接時造成焊料飛濺。提高預熱溫度或延長預熱時間。
元器件焊端,引腳,印制板得焊盤氧化或污染,或印制板受潮。元器件先到先用,不要存放在潮濕環境中,不要超過規定的使用日期。對印制板進行清洗和去潮處理。
氣孔
元器件焊端,引腳,印制板得焊盤氧化或污染,或印制板受潮。元器件先到先用,不要存放在潮濕環境中,不要超過規定的使用日期。對印制板進行清洗和去潮處理。
焊料雜質超標,AL含量過高,會使焊點多空。更換焊料。
焊料表面氧化物,殘渣,污染嚴重。每天結束工作后應清理殘渣。
印制板爬坡角度偏小,不利于焊劑排氣。印制板爬坡角度為3-7°
波峰高度過低,不利于排氣。波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3處。
冷焊
由于傳送帶震動,冷卻時受到外力影響,使焊錫紊亂。檢查電機是否有故障,檢查電壓是否穩定。傳送帶是否有異物。
焊接溫度過低或傳送帶速度過快,使熔融焊料的黏度過大。使焊點表面發皺。錫波溫度為250±5℃,焊接時間3-5s。溫度略低時,傳送帶速度應調慢一些。
錫絲
PCB預熱溫度過低,由于PCB與元器件溫度偏低,與波峰接觸時濺出的焊料貼在PCB表面而形成。提高預熱溫度或延長預熱時間。
印制板受潮。對印制板進行去潮處理。
阻焊膜粗糙,厚度不均勻。提高印制板加工質量。
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