波峰焊知识-JMGE.docx

一、浅谈波峰焊机焊接流程
将元件插入相应的元件孔中 →预喷涂助焊剂 → 预热(温度90-100 OC，长度1-1.2m) → 波峰焊(230-250 OC) → 冷却→切除多余插件脚 → 检查
二、波峰焊的操作要点
波峰焊是目前应用最广泛的自动焊接工艺。波峰焊采用波峰焊机进行焊接，波峰焊机的主要结构是一个温度能自动控制的熔锡缸，缸内装有机械泵和具有特殊结构的喷嘴。机械泵能根据要求连续不断的从喷嘴喷出液态锡波。当置于传送机构上的印制电路板以一定速度进入时，焊锡以波峰的形式溢出至印制板面进行焊接。
(1)焊接温度 
指喷嘴出口处焊料波峰的温度，一般温度控制在230-250℃。温度调节应根据印制板材质与尺寸、环境温度、传送带速度作相应调整。
温度过低会导致焊点毛糙、拉尖、不光亮，甚至造成虚焊、假焊；温度过高易使焊锡氧化加快、印制电路板变形、甚至烫坏元器件。
(2)按时清除锡渣 
锡槽中锡料长时间与空气接触容易形成氧化物，氧化物积累多了会在泵的作用下随锡喷到印制板上，影响焊点光泽和出现桥连等缺陷。因此要定时清除氧化物，一般4小时清理一次。也可在熔融的焊料中加入防氧化剂。这不但能防止焊料氧化而且能将氧化物还原成锡。
(3)波峰的高度 
波峰的高度最好调节到印制板厚度的1/2-1/3为宜。波峰过低会造成漏焊和挂锡，波峰过高会造成堆锡过多．甚至烫坏元器件。
(4)传送速度 
传送速度一般控制在0.3—1.2m/s，或是3-5秒电路板通过波峰，或依据具体情况决定。冬季、印制电路板线条宽、元器件多、元器件热容量大时，速度可稍慢一些；反之速度可快一些。
速度过快则焊接时间过短，易造成虚焊、假焊、漏焊、桥连、气泡等现象；速度过慢则焊接时间过长，温度过高，易损坏印制电路板和元器件。
(5）传送角度 
传送角度—般选在5-8度之间。根据印制电路板面积以及所插元器件的多少决定。
(6）分析成分 
锡槽中的焊锡使用—段叫间后会使波峰焊焊料中的杂质增加，主要是铜离子杂质影响焊接质量。一般要3个月化验分析—次。如果杂质超过准许含量，应采取措施，其至调换。
三、波峰焊原理以及工作流程
在大家开始接触波峰焊的时候都不知道它究竟是什么东西？它的工作原理又是什么？它又有什么作用？下面我们分为五个点来讲。
A.什么是波峰焊
波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的，其高温液态锡保持一个斜面，并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象。
B.究竟波峰焊的作用是什么？
C.波峰焊简单原理
波峰焊是指将熔化的软钎焊料（铅锡合金），经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰,亦可通过向焊料池注入氮气来形成，使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。波峰焊机主要是由运输带，助焊剂添加区，预热区和波峰锡炉组成。
D.波峰焊工作流程图

1.喷助焊剂
已插完成元器件的电路板，将其嵌入治具，由机器入口处的接驳装置以一定的倾角和传送速度送入波峰焊机内，然后被连续运转的链爪夹持，途径传感器感应，喷头沿着治具的起始位置来回匀速喷雾，使电路板的裸露焊盘表面、焊盘过孔以及元器件引脚表面均匀地涂敷一层薄薄的助焊剂。
2.PCB板预加热
作用：
① 助焊剂中的溶剂被挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体；
② 助焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化，可以去除印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物，同时起到保护金属表面防止发生高温再氧化的作用；
③ 使PCB板和元器件充分预热，避免焊接时急剧升温产生热应力损坏PCB板和元器件。
④去除有害杂质
⑤减低焊料的内聚力以利于两焊点之间的焊料分开。
进入预热区域，PCB板焊接部位被加热到润湿温度，同时，由于元器件温度的升高，避免了浸入熔融焊料时受到大的热冲击。预热阶段，PCB表面的温度应在75～110 ℃之间为宜。
波峰焊机中常见的预热方法
1．空气对流加热
2．红外加热器加热
3．热空气和辐射相结合的方法加热
3.温度补偿：
进入温度补偿阶段，经补偿后的PCB板在波峰焊接中减少热冲击。
4.第一波峰
第一波峰是由狭窄的喷口的“湍流”流速快，对治具有影阴的焊接部位有较好的渗透性。同时，湍流波向上的喷射力使助焊剂气体顺利排除，大大减少了漏焊以及垂直填充不足的缺陷。

5.第二波峰

第二波峰是一个“平滑”焊锡流动速度慢一点，能有效去除端子上的过量焊锡，使所有的焊接面润湿良好，并能对第一波峰造成的拉尖和桥接进行充分的修正。
6.冷却阶段
制冷系统使PCB的温度急剧下降可明显改善无铅焊料共晶生产时产生的空泡及焊盘剥离问题。
7.氮气保护
在焊接整个过程中，在预热阶段和焊接区加氮气保护可有效防止裸，铜和共晶焊料氧化，大幅度提供润湿性和流动性，确保焊点的可靠性。
四、谈波峰焊焊点桥接或短路解决方法
焊点桥接或短路
原因分析：
a) PCB设计不合理，焊盘间距过窄;
b) 插装元件引脚不规则或插装歪斜，焊接前引脚之间已经接近或已经碰上;
c) PCB预热温度过低，焊接时元件与PCB吸热，使实际焊接温度降低;
d) 焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度降低;
e)阻焊剂活性差。

对策：
a) 按照PCB设计规范进行设计。两个直插端头的Chip元件的长轴应尽量与焊接时PCB运行方向垂直，SOT、SOP的长轴应与PCB运行方向平行，将SOP最后一个引脚的焊盘加宽或设计一个窃锡焊盘。
b) 插装元件引脚应根据PCB的孔距及装配要求成型，如采用短插一次焊工艺，焊接面元件引脚露出PCB表面0.8～3mm，插装时要求元件体端正。
c)根据PCB尺寸、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度，PCB底面温度在90-130。
d) 锡波温度250+/-5℃，焊接时间3～5S。温度略低时，传送带速度应调慢些。
f) 更换助焊剂。
五、波峰焊润湿不良、漏焊、虚焊解决方法
润湿不良、漏焊、虚焊
原因分析：
a) 元件焊端、引脚、印制板基板的焊盘氧化或污染，或PCB受潮。
b) Chip元件端头金属电极附着力差或采用单层电极，在焊接温度下产生脱帽现象。
c) PCB设计不合理，波峰焊时阴影效应造成漏焊。
d) PCB翘曲，使PCB翘起位置与波峰焊接触不良。
e) 传送带两侧不平行(尤其使用PCB传输架时)，使PCB与波峰接触不平行。
f) 波峰不平滑，波峰两侧高度不平行，尤其电磁泵波峰焊机的锡波喷口，如果被氧化物堵塞时，会使波峰出现锯齿形，容易造成漏焊、虚焊。
g) 助焊剂活性差，造成润湿不良。
h) PCB预热温度过高，使助焊剂碳化，失去活性，造成润湿不良。
对策：
a) 元器件先到先用，不要存在潮湿的环境中，不要超过规定的使用日期。对PCB进行清洗和去潮处理;
b) 波峰焊应选择三层端头结构的表面贴装元器件，元件本体和焊端能经受两次以上的260℃波峰焊的温度冲击。
c) SMD/SMC采用波峰焊时元器件布局和排布方向应遵循较小元件在前和尽量避免互相遮挡原则。另外，还可以适当加长元件搭接后剩余焊盘长度。
d) PCB板翘曲度小于0.8～1.0%。
e) 调整波峰焊机及传输带或PCB传输架的横向水平。
f) 清理波峰喷嘴。
g) 更换助焊剂。
h) 设置恰当的预热温度。
六、在使用波峰焊机时要注意哪些？
1、PCB绿油起泡或脱落：
　 焊接温度不超过PCB的技术参数温度要求，绿油是不会产生起泡或脱的。
2、焊点上有针孔或焊盘的边缘上锡不良：
主要是焊盘和组件脚有氧化点和组件孔内有杂质及潮湿的水分子造成的，可以通过提高预热温度来消 除水分子，使助焊剂能进一步在高温的作用下来消除氧化点来改善，但严重的氧化点是不能改善的。
3、焊点比原来亮度下降：
主要是锡的杂质在长期使用下，由于 PCB 及组件的铜分子及其它金属分子的提高造成的。可设置锡炉温度220℃ 当熔化后，将炉温度改设185℃ 10小时后，将上层锡渣捞走此为低温除铜或更换焊锡或在锡炉内做除杂质的工作。
4、双面板或多层板铜孔不透锡：
首先确认PCB的铜孔是否有印刷漆必须在可焊的情况下。可提高预热温度和降低焊接的速度可使铜孔和地线孔上锡。
5、焊接后组件浮起：
　 组件在通过波峰焊机锡峰的时候都要受到熔化状态的重金属的上浮力，组件会上升但在通过锡峰后会回落，如果回落不好是与组件的成型有直接关系。成型尺寸准确组件在自身重量和焊点的表面涨力作用下会回落能达到使你接受的外观。
有些插接件和特别部件的浮起问题最好的方法是在插接件上或部件上点一种叫“白胶”的专用胶来有效的避免上浮，只要适当是不会有丝毫外观的影响，也更不会有电气性能的影响。
6、焊接后焊点明亮过几小时就暗了：
主要是与助焊剂成份有关 , 原因是酸性物质没有完全气化造成“原电池短路效应”。通常良好的助焊剂焊接后焊点明亮是不会有明显变化的。
7、焊接后电路板绝缘阻抗差(漏电)：
有三个原因：
1) PCB 本身绝缘阻抗差。
2) 助焊剂存在问题或使用不适宜。
3) 清洗剂绝缘阻抗差或使用不适宜。
七、波峰焊助焊剂的成分有哪些
松香树脂系列是最常用的波峰焊用助焊剂，其中主要成份是松香或在松香焊剂中参加活件剂，如松香酒精焊剂，它是用无水乙醇加20％一30％的纯松香配制成乙醇溶液，这种助焊剂的长处是无腐蚀性、高的绝缘性、长时间的稳定性和耐湿性。焊接后清洗简单，并构成膜层掩盖焊点，使焊点不被氧化腐蚀。当然也可选用纯松香，但其焊剂活性较弱，只有当被焊的金属表面较清洁、无氧化层时，才可选用。
在电子产品出现锡焊技术过程中，通常多运用主要由①松香树脂、含②卤化物的活性剂、③添加剂和④有机溶剂组成的松香树脂系助焊剂。
     免洗助焊剂成份主要为①有机溶剂、②松香树脂及其衍生物、③合成树脂外表活性剂、④有机酸活化剂、⑤防腐蚀剂、⑥助溶剂、⑦成膜剂。
①有机溶剂：酮类、醇类、酯类中的一种或几种混合物，常用的有乙醇、丙醇、丁醇；丙酮、甲苯异丁基甲酮；醋酸乙酯、醋酸丁酯等。作为液体成分,其主要效果是溶解助焊剂中的固体成分，使之构成均匀的溶液，便于待焊元件均匀涂布适当的助焊剂成分，同事它还能够清洁轻的脏物和金属外表的油污。
②天然树脂及其衍生物或合成树脂，如：松香树脂
③合成树脂外表活性剂：
含卤素的外表活性剂活性强助焊性能才能高，但因卤素离子很难清洁洁净，离子残留度高，卤素元素(主要是氯化物)有强腐蚀性，故不适合用作免洗助焊剂的质料；不含卤素的外表活性剂，活性稍有弱，但离子残留少。
外表活性剂主要是脂肪酸族或芳香族的非离子型外表活性剂，主要功用是减小焊料与引线脚金属触摸时产生的外表张力，增强外表润湿力，增强有机酸活化剂的浸透力，也可起发泡剂的作用。
④有机酸活化剂：由有机酸二元酸或芳香酸中的一种或几种组成，如丁二酸、戊二酸、衣康酸、邻羟基苯甲酸、葵二酸、庚二酸、苹果酸、琥珀酸等。其主要功用是除掉引线脚上的氧化物和熔融焊料外表的氧化物，是助焊剂的主要成分之一。
⑤防腐蚀剂：消减树脂、活化剂等固体成分在高温分化后残留的物质。
⑥助溶剂：阻碍活化剂等固体成分从溶液中脱溶的趋势，防止活化剂不良的非均匀分布。
⑦成膜剂：引线脚焊锡过程中，所涂复的助焊剂沉积、结晶，构成一层均匀的膜，其高温分化后的残余物因有成膜剂的存在，可迅速固化、硬化、减小粘性。
简略地说是各种固体成分溶解在各种液体中构成均匀透明的混合溶液，其间各种成分所占份额各不相同，所起作用效果同。
八、助焊剂的功用
因为金属外表同空气接触后都会生成一层氧化膜，温度越高，氧化越凶猛。这层氧化膜，在焊接时会阻止焊锡的浸润，影响焊接点合金的构成。在没有去掉金属外表的氧化膜时，即便牵强焊接，也是很简单呈现虚焊、假焊表象。
　 助焊剂即是用于铲除氧化膜的一种专用材料，具有增强焊料与金属外表的活性、增强浸润性，并能掩盖在焊点外表，能有效的抑制焊料和被焊金属持续被氧化。所以在焊接进程中，一定要运用助焊剂，它是确保焊接过程顺利进行、取得优良导电性、具有满足的机械强度和清洗出漂亮高质量焊点必不可少的辅助剂。
在进行焊接时助焊剂的作用是为使被焊物与焊料连接可靠，要求金属外表无氧化物和杂质，只要这样才能确保焊锡与被焊物的金属外表固体结晶之间发生合金反应，即原子状况的彼此分散。因此在焊接开端之前，有必要采纳各种有用办法将氧化物和杂质除掉。
　　(1)去掉氧化物与杂质
　　用助焊剂去掉氧化物与杂质，具有不损坏被焊物及效率高的特色。
　　(2)避免氧化
　　因为焊接时有必要把被焊金属加热到使焊料潮湿并发生分散的温度，而跟着温度的升高，金属外表的氧化就会加速，助焊剂此刻就在整个金属外表上构成一层薄膜，包住金属使其同空气阻隔，然后起到了加热进程中避免氧化的效果。
　　(3)促进焊料活动
　　助焊剂可削减焊料外表张力、促进焊料活动的功用，使焊料附着力增强，使焊接质量得到进步。
　　(4)提高焊接速度
　　因为助焊剂的熔点比焊料和被焊物的熔点都低，先熔化，并填满空隙和潮湿焊点，使烙铁的热量经过它很快地传递到被焊物上，使焊接的速度加速。
九、波峰焊工艺指导技巧
波峰焊机操作规范
一、上岗要求
操作工必须能熟练使用消防器材，掌握焊接基本知识、波峰焊机的操作知识
与技能。
二、准备工作内容
  1、每天确定设定好定时器的自动开机熔锡时间：冷机状态设定在上班前90分钟进行，
热机状态设定在上班前45分钟进行。
  2、通过仪表控制面板上的按键开关或电脑键盘来开启各项运行功能。
1 准备工作
1.1检查波峰焊机配用的通风设备是否良好；
1.2检查波峰焊机定时开关是否良好；
1.3检查锡槽温度指示器是否正常。
进行温度指示器上下调节，然后用温度计测量锡槽液面下10-15mm处的温度，判断温度是否随其变化。
2 检查预热器系统是否正常：打开预热器开关，检查其是否升温且温度是否正常.
3 检查切脚刀的工作情况：根据印制板的厚度与所留元件引线的长度调整刀片的高低，然后将刀片架拧紧且平稳，开机目测刀片的旋转情况，最后检查保险装置有无失灵.
4 检查助焊剂容器压缩空气的供给是否正常：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的1/2处，再拧紧眼压阀，待正式操作时不再动此阀，只开进气开关即可。
5 等待以上程序全部正常后，方可将所需的各种工艺参数预置到设备的有关位置上。
三、设置控制参数
   根据波峰焊常规的参数要求设置各项参数
四、生产操作
  1、监视波峰焊焊接工艺各机种参数的实际显示的技术的参数要求设定范围内，如不在应及时调整。
  2、视锡面的氧化情况及时添加抗氧化剂，并及时清理氧化锡渣。
五、日常保养与点检
   根据波峰焊设备的各项要求随时保持机器的正常运行。
六、品质检查
   检测锡质：每半年1次，从锡缸中取样熔锡约50克，倒在纸盒中冷却，作好锡炉标识，锡样由工程部收集后送去专门的检测机构进行化验，根据化验结果决定是否需换锡。