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上海颐坤自动化控制设备企业标准
QB/UCAN-10-20-

波峰焊工艺步骤说明

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-10-22 公布 -10-27 实施
上海颐坤自动化控制设备 公布

概述

波峰焊是将熔融液态焊料，借助和泵作用，在焊料槽液面形成特定形状焊料波，插装了元器件PCB置和传送链上，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。
波峰焊原理：
波峰面表面均被一层氧化皮覆盖，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接触到锡波前沿表面，氧化皮破裂，PCB前面锡波无皲褶地被推向前进，这说明整个氧化皮和PCB以一样速度移动波峰焊机焊点成型：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，即被焊料所桥联，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，因为重力原因，回落到锡锅中。，
配套工具：
静电物料盒、镊子、静电手腕带、标签纸、波峰焊锡机。
一．工艺方面：
工艺方面关键从助焊剂在波峰焊中使用方法，和波峰焊锡波形态这两个方面作探讨;
1. 在波峰焊中助焊剂使用工艺通常来讲有以下多个：发泡、喷雾、喷射等；
A. 假如使用“发泡“工艺，应该注意是助焊剂中稀释剂添加问题，因为助焊剂在使用过程中轻易挥发，易造成助焊剂浓度升高，假如不能立即添加适量稀释剂，将会影响焊接效果及PCB板面光洁程度；
B. 假如使用“喷雾“工艺，则不需添加或添加少许稀释剂，因为密封喷雾罐能有效预防助焊剂挥发，只需依据需要调整喷雾量即可，并要选择固含较低最好不含松香树脂成份，适合喷雾用助焊剂；
C. 因为“喷射“时轻易造成助焊剂涂布不均匀，且易造成原材料浪费等原因，现在使用喷射工艺已不多。
2. 锡波形态关键分为单波峰和双波峰两种；
A. 单波峰：指锡液喷起时只形成一个波峰，通常在过一次锡或只有插装件PCB时所用；
B. 双波峰：假如PCB上现有插装件又有贴片元器件，这时多用双波峰，因为两个波峰对焊点作用较大，第一个波峰较高，它作用是焊接；第二个波峰相对较平，它关键是对焊点进行整形；

二．相关参数
波峰焊在使用过程中常见参数关键有以下多个：
1.预热：
A.“预热温度“通常设定在90-110度，这里所讲“温度”是指预热后PCB板焊接面实际受热温度，而不是“表显”温度；假如预热温度达不到要求，则易出现焊后残留多、易产生锡珠、拉锡尖等现象；
B、影响预热温度有以下多个原因，即：PCB板厚度、走板速度、预热区长度等；
  B1、PCB厚度，关系到PCB受热时吸热及热传导这么一系列问题，假如PCB较薄时，则轻易受热并使PCB“零件面”较快升温，假如有不耐热冲击部件，则应合适调低预热温度；假如PCB较厚，“焊接面”吸热后，并不会快速传导给“零件面”，这类板能经过较高预热温度；
B2、走板速度：通常情况下，提议把走板速度定在1.1-1.2米/分钟这么一个速度，但这不是绝对值；假如要改变走板速度，通常全部应以改变预热温度作配合；比如：要将走板速度加紧，那么为了确保PCB焊接面预热温度能够达成预定值，就应该把预热温度合适提升；
  B3、预热区长度：预热区长度影响预热温度，在调试不一样波峰焊机时，应考虑到这一点对预热影响；预热区较长时，温度可调较靠近想要得到板面实际温度；假如预热区较短，则应对应提升其预定温度。
2、锡炉温度：
以使用63/37锡条为例，通常来讲此时锡液温度应调在245至255度为适宜，尽可能不要在超出260度，因为新锡液在260度以上温度时将会加紧其氧化物产生量，有图以下表示锡液温度和锡渣产生量关系：

基于以上参数所定波峰炉工作曲线图以下：

3、链条（或称输送带）倾角：
  A、这一倾角指是链条（或PCB板面）和锡液平面角度；
  B、当PCB板走过锡液平面时，应确保PCB零件面和锡液平面只有一个切点；而不能有一个较大接触面；
  C、当没有倾角或倾角过小时，易造成焊点拉尖、沾锡太多、连焊多等现象出现；当倾角过大时，很显著易造成焊点吃锡不良甚至不能上锡等现象。
4、风刀：
  在波峰炉使用中，“风刀”关键作用是吹去PCB板面多出助焊剂，并使助焊剂在PCB零件面均匀涂布；通常情况下，风刀倾角应在100左右；假如“风刀”角度调整不合理，会造成PCB表面焊剂过多，或涂布不均匀，不仅在过预热区时易滴在发烧管上，影响发烧管寿命，而且会影响焊完后PCB表面光洁度，甚至可能会造成部分元件上锡不良等情况出现。
注：  风刀角度可请设备供给商在调试机器进行定位，在使用过程中维修、保养时不要随意改动。
 5、锡液中杂质含量：
  在一般锡铅焊料中，以锡、铅为主元素；其它少许如：锑（Sb）、铋（Bi）、铟（In）等元素为添加元素以外，其它元素如：铜（Cu）、铝（Al）、砷（As）等全部可视为杂质元素；在全部杂质元素中，以“铜”对焊料性能危害最大，在焊料使用过程中，往往会因为过二次锡（剪脚后过锡），而造成锡液中铜杂质或其它微量元素含量增高，即使这部分金属元素含量不大，不过在合金中影响却是不可忽略，它会严重地影响到合金特征，关键表现在合金中出现不熔物或半熔物、和熔点不停升高，并导至虚焊、假焊产生；另外杂质含量升高会影响焊后合金晶格形成，造成金属晶格枝状结构，表现出来症状有焊点表面发灰无金属光泽、焊点粗糙等。
所以，在波峰炉使用过程中，应关键注意对波峰炉中铜等杂质含量控制；通常情况下，当锡液中铜杂质含量超出0.3% 时,提议作清炉处理。
  不过，这些参数需要专业检验机构或焊料生产厂商才能检测，所以，焊料使用厂商应和焊料供给商沟通，定时进行锡液中杂质含量检测，如六个月一次或三个月一次，这需要依据具体生产量来定。

三、波峰炉使用过程中常见问题对策
  波峰炉在使用过程中，往往会出现多种多样问题，如焊点不饱满、短路、PCB板面残留脏、PCB板面有锡渣残留、虚焊、假焊、焊后漏电等多种问题；这些问题出现严重地影响了产品质量和焊接效果；为了处理这些问题，应该从以下多个方面着手：
  第一，检验锡液工作温度。因为锡炉仪表显示温度总会和实际工作温度有一定误差，所以在处理这类问题时，应该掌握锡液实际温度，而不应过分依靠“表显温度”；通常情况下，使用63/37百分比锡铅焊料时，提议波峰炉工作温度在245-255度之间即可，但这不是绝对不变一个数值，碰到特殊情况时还是要区分对待；
  第二，检验PCB板在浸锡前预热温度。通常情况下，我们提议预热温度应在90-110度之间，假如PCB上有高精密不能受热冲击元件，可对相关参数作合适调整；这里要求也是PCB焊接面实际受热温度，而不是“表显温度”；
  第三、检验助焊剂涂布是否有问题。不管其涂布方法是怎样，关键要求PCB在经过助焊剂涂布区域后，整个板面助焊剂要均匀，假如出现部分零件管脚有未浸润助焊剂情况，则应对助焊剂涂布量、风刀角度等方面进行调整了。  
  第四，检验助焊剂活性是否合适。假如助焊剂活性过强，就可能会对焊接完后PCB造成腐蚀;假如助焊剂活性不够，PCB板面焊点则会有吃锡不满等情况；假如锡脚间连锡太多或出现短路,则表明助焊剂载体方面有问题,即润湿性不够,不能使锡液有很好流动;出现以上问题时，应该和助焊剂供货厂商寻求处理方案，对助焊剂活性及润湿性方面作合适调整；
  第五，检验锡炉输送链条工作状态。这其中包含链条角度和速度两个问题，通常提议把链条角度定在5-6度之间，送板速度定在每分钟1.1-1.2米之间；就链条角度而言，用经验值来判定时，把PCB上板面比锡波最高处高出1/3左右，使PCB过锡时能够推进锡液向前走，这么能够确保焊点可靠性；在不提升预热温度及锡液工作温度情况下，假如提升PCB输送速度，会影响焊点焊接效果；
  就以上全部指标参数而言，绝不是一成不变数据，她们之间是相辅相承、相互影响和制约关系；比如要提升生产量，就要提升链条输送速度，速度提升以后，对应预热温度一定要提升，不然就会使PCB板过锡时因温差过大而产生多种问题，严重时会造成锡液飞溅拉尖等；另外，我们还要提升锡液工作温度，因为输送速度快了，PCB板面和锡液接触时间就短了，同时锡液“热赔偿”也达不到平衡状态，严重时会影响焊接效果，所以提升锡液温度是必需。
  第六、检验锡液中杂质含量是否超标。
第七，为了确保焊接质量，选择合适助焊剂也是很关键问题。
  首先确定PCB是否是“预涂覆板”（单面或双面PCB板面预涂覆了助焊剂以预防其氧化我们称之为“预涂覆板”），这类PCB板在使用通常免清洗低固含量助焊剂焊接时，PCB板表面就有可能会出现“泛白”现象：轻微时PCB板面会有水渍纹一样斑痕，严重时PCB板面会出现白色结晶残留；这种情况出现严重地影响了PCB安全性能和整齐程度。假如您所用PCB是预覆涂板，则提议您选择松香树脂型助焊剂，假如要求板面清洁，可在焊接后进行清洗；或选择和所焊PCB上预涂助焊剂中松香相匹配免清洗助焊剂。
  假如是经热风整平双层板或多层板，因其板面较清洁，可选择活性合适免清洗助焊剂，避免选择活性较强免洗助焊剂或树脂型助焊剂；假如有强活性助焊剂进入PCB板“贯穿孔”，其残留物将很有可能会对产品本身造成致命伤害。
  第八、假如PCB板面上总是有少部分零件脚吃锡不良。这时可检验PCB板过锡方向及锡面高度，并辅助调整输送PCB速度来调整；假如仍处理不了此问题，能够检验是否因为部分零件脚已经氧化所致。
  第九、在确保上述使用条件全部在合理范围内，假如仍出现PCB不间断有虚焊、假焊或其它焊接不良情况。可检验PCB否有氧化现象，板孔和管脚是否成百分比等，和PCB板设计、制造、保留是否合理、适当等。

SMA类型               元器件          预热温度
单面板组件            通孔器件和混裝        90~100
双面板组件            通孔器件             100~110
双面板组件            混裝                100~110
多层板                通孔器件           115~125
多层板               混裝                115~125

准备工作：
a． 检验波峰焊机配用通风设备是否良好；
b． 检验波峰焊机定时开关是否良好；
c． 检验锡槽温度指示器是否正常。
方法：进行温度指示器上下调整，然后用温度计测量锡槽液面下10—15 mm处温度，判定温度是否随其改变：
 d． 检验预热器系统是否正常。
方法：打开预热器开关，检验其是否升温且温度是否正常；
e．检验切脚刀工作情况。
方法：依据印制板厚度和所留元件引线长度调整刀片高低，然后将刀片架拧紧且平稳，开机目测刀片旋转情况，最终检验保险装置有没有失灵；
 f． 检验助焊剂容器压缩空气供给是否正常；
方法：倒入助焊剂，调好进气阀，开机后助焊剂发泡，使用试样印制板将泡沫调到板厚1／2处，再镇紧眼压阀，待正式操作时不再动此阀，只开进气开关即可；  
g. 待以上程序全部正常后，方可将所需多种工艺参数预置到设备相关位置上。

操作规则
a．波峰焊机要选派1～2名经过培训专职员作人员进行操作管理，并能进行通常性维修保养；
b．开机前，操作人员需配戴粗纱手套拿棉纱将设备擦洁净，并向注油孔内注入适量润滑油；
c．操作人员需配戴橡胶防腐手套清除锡槽及焊剂槽周围废物和污物；
d，操作间内设备周围不得存放汽油、酒精、棉纱等易燃物品；
e．焊机运行时，操作人员要配戴防毒口罩，同时要配戴耐热耐燃手套进行操作；
f．非工作人员不得随便进入波峰焊操作间；
g．工作场所不许可吸烟吃食物；
h．进行插装工作时要穿戴工作帽、鞋及工作服

单机式波峰焊工艺步骤
  a． 元器件引线成型一印制板贴阻焊胶带(视需要)——插装元器件——印制板装入焊机夹具——涂覆助焊剂——预热——波峰焊——冷却——取下印制板——撕掉阻焊胶带——检验——补焊——清洗——检验——放入专用运输箱；
  b．印制板贴阻焊胶带——装入模板——插装元器件——吸塑——切脚——从模板上取下印制板——印制板装焊机夹具———涂覆助焊剂——预热——波峰焊——冷却——取下印制板——撕掉吸塑薄膜和阻焊胶带——检验———补焊——清洗——检验——放入专用运输箱。

联机式波峰焊工艺步骤
将印制板装在焊机夹具上——人工插装元器件——涂覆助焊剂——预热——浸焊——冷却——切脚——刷切脚屑——喷涂助焊剂——预热——波峰焊——冷却——清洗——印制板脱离焊机—一检验——补焊——清洗——检验——放入专用运输箱。

操作过程
A．     接通电源；
B．     接通焊锡槽加热器；
C．     打开发泡喷涂器进气开关；
D．     焊料温度达成要求数据时，检验锡液面，若锡液面太低要立即添加焊料；
E．     开启波峰焊气泵开关，用装有印制板专用夹具来调整压锡深度；
F．     清除锡面残余氧化物，在锡面洁净后添加防氧化剂：
G．     检验助焊剂，假如液面过低需加适量助焊剂；
H．     检验调整助焊剂密度符合要求；
I．     检验助焊剂发泡层是否良好；
J．     打开预热器温度开关，调到所需温度位置；
K．     调整传动导轨角度；
L. 插件工人按要求配戴细纱手套。(若有静电敏感器件要配戴导电腕带)插件工应坚持在工位前等设备运行
M. 依据实际情况调整运输速度，使其和焊接速度相匹配；
N. 开通冷却风机；
O. 开通切脚机
P. 将夹具放在导轨上，将其调至所需焊接印制板尺寸；
Q. 焊接运行前，由专员将倾斜元件扶正，并验证所扶正元件正误；
R. 高大元器件一定在焊前采取加固方法，将其固定在印制板上
S. 待程序全部完成后，则可打开波峰焊机行程开关和焊接运行开关进行插装和焊接。

焊后操作
a．     关闭气源；
b．     关闭预热器开关；
c．     关闭切脚机开关；关闭清洗机开关；
d．     调整运输速度为零，关闭传送开关；
e．     关闭总电源开关；
f．     将冷却后助焊剂取出，经过滤后达成指标仍可继续使用，将容器及喷涂口擦洗洁净；
g．     将波峰焊机及夹具清洗洁净。

焊接过程中管理
a．     操作人必需坚守岗位，随时检验设备运转情况；
b．     操作人要检验焊板质量情况，如焊点出现导常情况，如一块板虚焊点超出百分之二应立即停机检验；
c．     立即正确做好设备运转原始统计及焊点质量具体数据统计；
焊完印制板要分别插入专用运输箱内，相互不得碰压，更不许可堆放(如有静电敏感元件一定要使用防静电运输箱).

作业要求：
1. 全部元件不可漏插/错插。
2. 有极性元件不可反向，浮高高度不可超出标准（根据DIP工艺标准）。
3. 全部元件印刷标识字体清楚。
4. 全部元件不可有烫伤/破裂现象。
5. 焊锡面不可有虚焊/空焊/连焊/不良焊点。
6. 元件脚长不可超出2.5。
7. 后焊元件不可反向、漏焊、浮高及其它现象。
8. 芯片底部无锡渣。
9. 插件流水操作时易震动，小心移动板子，注意板子上小元件抖落。

焊点标准：
1. 含有良好导电性及强度：即焊锡和被焊金属物面相互扩散形成合金层，条件是有足够焊接时间（1～2S，焊点越大时间越长）及适宜湿度。
2. 焊锡量要合适，过少则机械强度低，易造成虚焊及脱焊，过多则浪费，易造成推焊或包焊。
3. 焊点表面应有良好光泽，表面光滑，清洁、无毛刺及拉尖、无缝隙、无气泡及针眼（引脚有虚焊）、无焦块及污垢。