无铅波峰焊接工艺模板.doc

无铅波峰焊接工艺介绍无铅波峰焊工艺特点，并从波峰焊接工艺步骤分别介绍了无铅波峰焊设备各个子系统。从无铅焊料润湿性、易氧化性、金属间化合物形成特点等方面分析了无铅焊接相对于锡铅焊接工艺特点，提出了无铅焊接过程中应注意问题及处理方法。从无铅焊接工艺特点分析，整个波峰焊接过程是一个统一系统，任何一个参数改变全部可能影响焊接接头（焊点）性能。经过分析需要对波峰焊接过程中参数进行优化组合，得到优良焊接接头。综观整个波峰焊工艺过程，包含助焊剂涂敷系统、预热系统、波峰焊接系统、冷却系统和轨道传输系统。每个系统对整个焊接工艺来说全部是很关键，直接影响到PCB焊接质量。在得到一个良好波峰焊焊接质量来说，还需要有最关键三点：被焊件可焊性、焊盘设计、焊点排列。这三个条件是最基础焊接条件。下面我们就波峰焊各个系统进行逐一分析：一：助焊剂涂敷系统 无铅波峰焊助焊剂采取涂敷方法关键有两种：发泡和喷雾。在此我们关键介绍一下喷雾，喷雾法是焊接工艺中一个比较受欢迎涂敷方法，它能够正确地控制助焊剂沉积量。助焊剂喷雾系统是利用喷雾装置，将助焊剂雾化后喷到PCB上，预热后进行波峰焊。影响助焊剂喷量参数有四个：基板传送速度、空气压力、喷嘴摆速和助焊剂浓度。经过这些参数控制可使喷射层厚控制在1-10微米之间。 对于无铅波峰焊来说，因为无铅焊料润湿性比有铅焊料要差，为了确保良好焊接质量，对助焊剂选择和涂敷要求更高。在选择助焊剂时还应考虑无铅PCB预涂层和无铅焊料润湿性。波峰焊设备在助焊剂喷雾上要求均匀涂敷，而且涂敷助焊剂量要求适中。当助焊剂涂敷量过大时，就会使PCB焊后残留物过多，影响外观。另外过多助焊剂在预热过程中有可能滴落在发烧管上引发着火，影响发烧管使用寿命，当助焊剂涂敷量不足或涂敷不均匀时，就可能造成漏焊、虚焊或连焊。二：预热系统 在基板涂敷助焊剂以后，首先是蒸发助焊剂中多出溶剂，增加粘性。这就要在焊接前进行预热基板。假如粘性太低，助焊剂会被熔融锡过早排挤出，造成表面润湿不良。干燥助焊剂也可加强其表面活性，加紧焊接过程。在预热阶段，基板和元器件被加热到100-105，使基板和熔融接触时降低了热冲击，降低基板翘曲可能。 在经过波峰焊接之前预热，有以下多个理由：1. 提升了焊接表面温度，所以从波峰上要求较少温带能量，这么有利于助焊剂表面反应和愈加快速焊接。2. 预热也降低波峰对元器件热冲击，当元器件暴露在忽然温度梯度下时可能被减弱或变成不能运行。3. 预热加紧挥发性物质从PCB上蒸发速度。这些挥发性物质关键来自于助焊剂，但也有可能来自较早操作、储存条件和处理。挥发物在波峰上出现可能引发焊锡飞溅和PCB上锡球。控制预热温度梯度、预热温度和预热时间对于达成良好焊接质量是关键。确保助焊剂在合适时间正确地激发和保持，直到PCB离开波峰。预热必需将PCB带到足够高温度，以提供正在使用助焊剂活性化。多数助焊剂供给商会推荐预热温度参考值。 对于任何助焊剂，不足预热时间和温度将造成较多焊后残留物，或许活性不足，造成润湿性差。预热低也可能造成焊接时有气体放出造成焊料球，当在波峰前没有提供足够预热来蒸发水分时，液体溶剂抵达波峰时轻易造成焊锡飞溅。当预热温度过高或预热时间过长，造成助焊剂有可能在抵达波峰之前就已经作用。助焊剂在波峰上关键作用是降低焊锡表面张力，提升润湿性。假如助焊剂活性成份过早挥发，则可能造成桥连或冰柱。最好预热温度是在波峰上留下足够助焊剂，以帮助在PCB退出波峰时焊锡从金属表面剥落。 波峰焊预热温度高低和时间长短是由所生产板材来设置。通常单面板所需温度在70-90；双面板所需温度在100-120之间。时长1-3分钟。 现在波峰焊机基础上采取热辐射方法进行预热，最常见波峰焊预热方法有强制热风对流、电热板对流、电热棒加热及红外线加热等。三：波峰焊接系统 波峰焊焊接机理是将熔融液态焊料，借助动力泵作用，在焊料槽液面形成特定形状焊料波，插装了元器件PCB置于传送带上，经过某一特定角度和一定浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接过程。 焊料波表面被一层均匀氧化皮覆盖，它在沿焊料波整个长度方向上几乎全部保持静态，在波峰焊接过程中，PCB接触到焊料波前沿表面，氧化皮破裂，PCB前面焊料波跟着推向前进，这说明整个氧化皮和PCB以一样速度移动。 当PCB进入波峰面前端时，基板和引脚被加热，并在未离开波峰面之前，整个PCB浸在焊料中，即被焊料桥联，但在离开波峰尾端瞬间，少许焊料因为润湿力作用，粘附在焊盘上，并因为表面张力原因，会出现以引线为中心收缩至最小状态，此时焊料和焊盘之间润湿力大于两焊盘之间焊料内聚力。所以会形成饱满、圆整焊点，离开波峰尾部多出焊料，因为地球引力原因，回落到锡炉中。1.锡炉温度 焊接温度并不等于锡炉温度，在线测试表面，通常焊接温度要比锡炉温度低10左右试验研究表明，对于通常无铅焊料合金，最合适锡炉温度为271。此时，Sn/Ag、Sn/Cu、Sn/Ag/Cu合金通常存在最小润湿时间和最大润湿力。当采取不一样助焊剂时，无铅焊料润湿性能最好锡炉温度有所不一样，但差异不大。 波峰焊锡炉温度对焊接质量影响很大。温度若偏低，焊锡波峰流动性就变差，表面张力大，易造成虚焊和拉尖等焊接缺点，失去波峰焊接所应含有优越性；若温度偏高，有可能造成元器件受高温而损坏，同时温度偏高亦会加速无铅焊料表面氧化。2. 波峰高度 波峰高度升高和降低直接影响到波峰平稳程度及波峰表面焊锡流动性。合适波峰高度能够确保PCB有良好压锡深度，使焊点能充足和焊锡接触。平稳波峰可使整块PCB在焊接时间内得到均匀焊接。当波峰偏高时，表明泵内液态焊料流速增大。易造成波峰不稳定，造成PCB漫锡，损坏PCB上电子元器件，但对于波峰上PCB压力增大，这有利于焊缝填充，不过轻易引发拉尖、桥连等焊接缺点。同时还会加速造成焊锡表面氧化。波峰偏低时，泵内液态焊料流体流速低并为层流态，所以波峰跳动小，平稳。焊锡流动性变差了，轻易产生吃锡量不够，焊点不饱满等缺点。波峰高度通常控制在PCB板厚度1/2-2/3，其焊点外观和可靠性达成最好。3. 浸锡时间 被焊表面浸入和退出熔化焊料波峰速度，对润湿质量、焊点均匀和厚度影响很大。焊料被吸收到PCB焊盘通孔内，立即产生热交换，当印制板离开波峰时，放出潜热，焊料由液相变为固相。当锡炉温度在250-260左右，焊接温度在245左右，焊接时间应在3-5秒左右。也就是说PCB某一元件引脚和波峰接触时间为3-5秒，但因为室内温度改变、助焊剂性能和焊料温度不一样，接触时间有所不一样。四：冷却系统 在无铅焊接工艺过程中，通孔基板波峰焊接时常常会发生剥离缺点，产生原因在于冷却过程中，焊料合金冷却速率和PCB冷却速率不一样所致。 焊后冷却速度关键从三方面影响钎焊焊点可靠性，分别是：1. 影响焊点晶粒度。2. 影响界面金属化合物形态和厚度。3. 影响低熔点共晶偏析。4.1 冷却速度对焊点晶粒度影响 在低于合金熔点时，因为液相自由能高于固相晶体自由能，液相向固相转变伴伴随能量降低，结晶才可能发生。液体金属冷却速度愈大；结晶过冷度愈大；自由能差愈大，结晶倾向就愈大。 晶粒大小对合金性能有很大影响，通常情况下，晶粒愈细小，金属强度愈高、塑性和韧性也愈好。4.2 冷却速度对界面金属间化合物厚度影响 波峰焊接过程中，因为焊料和母材之间存在溶解、扩散和化学反应等相互作用，使得焊点成份和组织和焊料原始成份和组织差异很大。焊点基础上由三个区域组成：母材上靠近界面扩散区、焊缝界面区和焊缝中心区。 A：扩散区是焊料合金元素向母材扩散形成组织。 B：焊缝中心区因为母材溶解、焊料合金元素扩散和结晶时偏析，组织也和原始焊料有所不一样。 C：界面结合区是母材边界和焊缝中心区过渡层，界面区形成固溶体或金属间化合物建立了焊缝和母材表面之间结合，所以，界面区组织对焊点性能影响很大。4.3 冷却速度对低熔点共晶偏析影响 在实际焊接冷却过程中，因为无铅焊料成份不一样，焊点在冷却过程中合金内部尤其是固相内部原子扩散不均匀，会使先结晶和后结晶相溶质含量不一样，形成枝晶偏析。所以，结晶过程中全部会发生不一样程度偏析。 焊点结晶过程中因为化学成份不均匀、枝晶偏析存在，轻易造成焊接缺点产生，另外因为低熔点共晶存在，冷却过程中焊点内部产生内应力，轻易造成焊接裂纹产生。严重影响焊点机械性能和抗腐蚀性能。为了降低焊接缺点产生，提升焊点可靠性，可从两方面抑制合金偏析： A：使用固液共存领域幅度小合金焊料，降低偏析。 B：提升冷却速度，使焊料合金来不及产生偏析就已经凝固。五：轨道传输系统 传输带是一条安放在滚轴上金属传送带，它支撑PCB移动着经过波峰焊接区域。在该类传输带上，PCB组件经过金属机械手给予支撑，托架能够进行调整，以满足不一样尺寸类型PCB需求。波峰焊接设备传输带控制着PCB经过每个工艺处理过程速度和位置。为此，传输带必需运行平稳，并维持一个恒定速度。传输带速度和角度能够进行控制，经过倾角调整，能够控制PCB和波峰面焊接时间，合适倾角，有利于液态焊料和PCB愈加快脱离，使之返回锡炉内，当倾角太小时，轻易出现桥连等焊接缺点，而倾角过大，轻易产生虚焊。轨道倾角应控制在4-7度之间，焊接效果最好。 轨道传输速度在波峰焊接过程中是一个很关键参数，因为它改变将影响整个焊接温度曲线。当其它参数不变时，伴随轨道传输速度改变，PCB上助焊剂喷雾量、预热温度、浸锡时间、冷却速度全部将改变。选择合适传输速度对焊接质量影响是很关键，当传输速度太快时，PCB上助焊剂涂敷量不足，和预热温度不够，在焊接过程中轻易产生润湿不良，造成上锡量不足、漏焊、拉尖等焊接缺点。当传输速度太慢时，预热时间太长，造成助焊剂过分挥发，一样造成上锡不足、漏焊，而且浸锡时间过长，轻易造成桥连，甚至造成电子元器件损坏。通常轨道传输速度范围在1.1-1.5m/min。六：总结 无铅波峰焊接是一个系统工程，除上述原因将直接影响焊接品质外，还有就是应该注意线路板材质、线路板和元器件镀层、焊盘设计、焊点排列及线路板和元器件可焊性也将影响焊接质量。