波峰焊接技术

焊接温度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数，焊接温度过低，焊料
的扩展率、润湿性变差，使焊盘或元器件焊端由于不能充分的润湿，从
而产生虚焊、拉尖、桥接等缺陷；焊接温度过高时，则加速了焊盘、元
器件引脚及焊料的氧化，易产生虚焊。焊接温度应控制在250℃±5℃。
（九） 常见焊接缺陷及排除
影响焊接质量的因素是很多，下表列出的是一些常见缺陷及排除方法，
( 7 ) 推荐使用的常规方法是将浮渣撇去，要是经常进行撇削的话，就 会产生更多的浮渣，而且耗用的焊料更多。浮渣还可能夹杂于波峰中， 导致波峰的不稳定或湍流，因此要求对焊锡锅中的液体成份给予更多的 维护。如果允许减少锡锅中焊料量的话，焊料表面的浮渣会进入泵中， 这种现象很可能发生。有时，颗粒状焊点会夹杂浮渣。最初发现的浮 渣，可能是由粗糙波峰所致，而且有可能堵塞泵。锡锅上应配备可调节 的低容量焊料传感器和报警装置。 焊接过程中的工艺参数控制 （五） 预热温度的控制 预热的作用：①使助焊剂中的溶剂充分发挥，以免印制板通过焊锡时，
波峰焊接技术
在电子组件的组装过程中，焊接起到了相当重要的作用。它涉及到产 品的性能、可靠性和质量等，甚至影响到其后的每一工艺步骤。此外， 由于电子组件朝着轻、薄、小的方向快速发展，为焊接工艺提出了一系 列的难题，为此，电子制造业的各个厂家围绕SMT的焊接工艺展开了激 烈的竞争，旨在进一步提高焊接质量，克服焊接中存在的短路、桥接、 焊球和漏焊等缺陷，从而提高产品质量，满足市场需求。
到更加广泛的应用，是今后发展的方向。 三： 免清洗焊接技术
免清洗技术是一个概念、新技术，不同于不清洗。如果说当人们认识 到清洗对提高电子产品质量的重要性，由焊后不清洗发展到清洗是一次 飞跃，那么，现在由清洗发展到免清洗将是一次新的飞跃，决不是倒 退，更不能以降低产品质量为代价。免清洗工艺是相对于传统的清洗工 艺而言，是建立在保证原有产品质量要求的基础上简化工艺流程的一种 先进技术，而不是简单地取消原来的清洗工艺不清洗。免清洗技术应用 新材料和新工艺来达到以往焊后需要清洗才达到质量要求。而不清洗只 是适用某些低消费类电子产品，虽然省去了清洗工序，却相对降低了新 产品的质量。
( 5 ) 焊点的外观就能直接体现出工艺问题或材料问题。为保持焊 料“满锅”状态和按照工艺控制方案对检查焊锡锅分析是很重要的。由于 焊锡锅中有浮渣而“倒掉”焊锡锅中的焊剂，通常来说是不必要的，由于 在常规的应用中要求往锡锅中添加焊料，使锡锅中的焊料始终是满的。 在损耗锡的情况下，添加纯锡有助于保持所需的浓度。为了监控锡锅中 的化合物，应进行常规分析。如果添加了锡，就应采样分析，以确保焊 料成份比例正确。
根据联合国："蒙特利尔"协议精神，20世纪80年代末90年代初工业发 达国家先后研制开发了下列四种主要替代技术，并已广泛应用在电子清 洗工艺中。
（1） 水洗技术 （2） 半水洗技术 （3） 非ODS有机溶剂清洗 （4） 免清洗技术 在这些替代技术中，水洗和半水洗的设备投资大，占地面积大，耗电 能大（50 ~ 100kw），耗水多，而且还要进行水处理和废水处理中。如 果废水不经过处理直接排放，将造成新的污染源。而非ODS有机溶剂清 洗，其溶剂本身成本高，存在挥发性有机物(VOC)的污染和工作操作安 全等问题，而且HCFC也只是一种过渡性替代物，已被列为2040年最终 全部淘汰的清洗溶剂之一，而且免清洗技术因具有简化工艺流程，降低 了生产成本（节省了水洗设备和清洗溶剂，而且减少了助焊剂的用 量），节省了生产工时，缩短了生产周期，对环境无污染等优点，受到 各国的普遍重视。实践证明，前三种清洗技术只是过渡进期的技术，从 长远来看，应首选免清洗技术，以达到最终不使用ODS的目的，对于替 代ODS清洗来说是一步到位技术。免清洗技术在国内外电子产品中已经 得到用户的信赖，已成为公认的当今替代ODS清洗的有效途径，将会得
( 4 ) 波峰焊接组件上的金和有机泳层铜浓度聚集比过去更快。这种聚 集，加上明显的锡损耗，可使焊料丧失流动性，并产生焊接问题。外表 粗糙、呈颗粒状的焊点常常是由于焊料中的浮渣所致。由于焊锡锅中的 集聚的浮渣或组件自身固有的残余物暗淡、粗糙的粒状焊点也可能是锡 含量低的征兆，不是局部的特种焊点，就是锡锅中锡损耗的结果。这种 外观也可能是在凝固过程中，由于振动或冲击所造成的。
( 3 ) 焊锡锅中的焊料成份与时间有密切关系，即随着时间而变化，这 样就导致了浮渣的形成，这就是要从焊接的组件上去除残余物和其它金 属杂质的原因及在焊接工艺中锡损耗的原因。以上这些因素可降低焊料 的流动性。在采购中，要规定的金属微量浮渣和焊料的锡含量的最高极 限，在各个标准中，(如象IPC/J-STD-006都有明确的规定)。在焊接过程 中，对焊料纯度的要求在ANSI/J-STD-001B标准中也有规定。除了对浮 渣的限制外，对63％锡；37％铅合金中规定锡含量最低不得低于 61.5％。
免清洗技术包括免清洗波峰焊技术和免清洗回流焊技术。前者由传统 波峰焊接发展而成，通过对原的波峰焊设备进行技术改造或更新波峰焊 机，采用低固物含量，不含任何卤化物，焊后仅有微量无腐蚀性残留， 而且焊后表面绝缘电阻高的免清洗助焊剂，以达到免清洗效果，主要解 决通孔插装元器件和混装联技术中固化表面元器件的波峰焊接。后者是 SMT装配中的重要工艺环节，通过采用低固化物含量，不含任何卤化 物、焊后仅有微量无腐蚀性残留物。而且焊后绝缘电阻高的免清洗焊膏 和工艺控制来达到免清洗效果，主要解决表面贴装元器件的回流焊接。 四： 免清洗焊接技术是一个系统工程
( 2 ) 在设计贴片元件焊盘时，应考虑以下几点： ·为了尽量去除“阴影效应”，SMD的焊端或引脚应正着锡流的方向，以 利于与锡流的接触，减少虚焊和漏焊。波峰焊时推荐采的元件布置方向 如图1所示。 ·波峰焊接不适于细间距QFP、PLCC、BGA和小间距SOP器件焊接，也 就是说在要波峰焊接的这一面尽量不要布置这类元件。 ·较小的元件不应排在较大元件后，以免较大元件妨碍锡流与较小元件 的焊盘接触，造成漏焊。
的“遮蔽区”更易出现桥接；而倾角过大，虽然有利于桥接的消除，但焊
点吃锡量太小，容易产生虚焊。轨道角应控制在5º-7º之间。
（七） 波峰高度
波峰的高度会因焊接工作时间的推移而有一些变化，应在焊接过程中进
行适当的修正，以保证理想高度进行焊接波峰高度，以压锡深度为PCB
厚度1/2-2/3为准。
（八） 焊接温度
焊锡冲上印制板 波峰高度太高
降低波峰高度
印制板翘曲
整平或采用框架固定
免清洗焊接
一：淘汰ODS清洗是我国政府对国际社会的郑重承诺 当今危害人类生存环境的全球问题之一，是臭氧层被坏。为了保护臭
氧层，国际社会于1987年制定了《关于消耗臭氧层物质蒙特利尔议定 书》。我国政府于1991年6月加入了该议定书，承诺履行自已的国际义 务，按照国际公约逐步淘汰消耗臭氧层物质（ODS）。1999年12月在北 京召开了第十一次缔约国大会，全球176个国家和有关组织参加了会 议，并通过了《北京宣言》。江泽民主席代表中国政府到会发表了重要 讲话，阐明了中国政府的立场。保护臭氧层，加快淘汰ODS进程，是我 国应尽的国际义务，也是我国经济建设可持续发展的迫要求。
截止到1997年12月，发达国家已经基本停止使用ODS，从而使我国成 为了目前世界上最大的ODS生产国和消费国，一些西方国家已经对我国 的出口产品使用ODS加以限制，出现了对使用ODS产品退货的情况。电 子信息产业众多企业大量使用ODS清洗济，而且地域分布广，规模大小 不一，清洗工艺各不相同。我国政府在《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰 国家方案》中庄严承诺，2005年部分淘汰和2009年全部淘汰ODS和生产 和消费，到2006年11月1日起清洗行业全部停止使用CFC-113和1.1.1三 氯乙烷，这是电子企业面临的最大挑战，是一项紧迫而艰巨的任务。 二： 淘汰ODS清洗的替代技术
以供参考。
缺陷
产生原因
解决方法
助焊剂喷涂量不足
加大助焊剂喷涂量
预热不好
提高好预热温度、延长预热时间
传送速度过快
降低传送速度
焊点不全
波峰不平
稳定波峰
元件氧化
除去元件氧化层或更换元件
焊盘氧化
更换PCB
焊锡有较多浮渣
除去浮渣
焊接温度过高
降低焊接温度
桥接
焊接时间过长
减少焊接时间
轨道倾角太小
提高轨道倾角
印制板压锡深度太深 降低压锡深度
（二）：PCB平整度控制 ( 1 ) 波峰焊接对印制板的平整度要求很高，一般要求翘曲度要小于 0.5mm要做平整处理。尤其是某些印制板厚度只有1.5mm左右，其翘曲 度要求就更高，否则无法保证焊接质量。 ( 2 ) 妥善保存印制板及元件，尽量缩短储存周期 在焊接中，无尘埃、油脂、氧化物的铜箔及元件引线有利于形成合格的 焊点，因此印制板及元件应保存在干燥、清洁的环境下，并且尽量缩短 储存周期。对于放置时间较长的印制板，其表面一般要做清洁处理，这 样可提高可焊性，减少虚焊和桥接，对表面有一定程度氧化的元件引 脚，应先除去其表面氧化层 （三）： 助焊剂质量控制 助焊剂在焊接质量的控制上举足轻重，其作用是：（1）除去焊接表面 的氧化物；（2）防止焊接时焊料和焊接表面再氧化；（3）降低焊料的 表面张力；（4）有助于热量传递到焊接区。目前，波峰焊接所采用的 多为免清洗助焊剂。选择助焊剂时有以下要求：（1）熔点比焊料低； （2）浸润扩散速度比熔化焊料块；（3）粘度和比重比焊料小；（4） 在常温下贮存稳定。 （四）： 焊料的质量控制 ( 1 ) 目前，波峰焊接最常用的焊料是共晶锡铅合金：锡63％；铅 37％，应时刻掌握焊锡锅中的焊料温度，其温度应高于合金液体温度 183℃，并使温度均匀。过去，250℃的焊锡锅温度被视为“标准”。随着 焊剂技术的革新，整个焊锡锅中的焊料温度的均匀性得到了控制，并增 设了预热器，发展趋势是使用温度较低的焊锡锅。在230—240℃的范围 内设置焊锡锅温度是很普遍的。 ( 2 ) 通常，组件没有均匀的热质量,要保证所有的焊点达到足够的温 度，以便形成合格的焊点是必要的。重要的问题是要提供足够的热量， 提高所有引线和焊盘的温度，从而确保焊料的流动性，湿润焊点的两 面。焊料的温度较低就会降低对元件和基板的热冲击，有助于减少浮渣 的形成，在较低的强度下，进行焊剂涂覆操作和焊剂化合物的共同作用 下，可使波峰出口具有足够的焊剂，这样就可减少毛刺和焊球的产生。
波峰焊接 一：焊接前的质量控制 （一）：焊盘设计
( 1 ) 设计插件元件焊盘时，焊盘大小尺寸设计应合适。焊盘太大， 焊料铺展面积较大，形成的焊点不饱满，而较小的焊盘铜箔表面张力太 小，形成的焊点为不浸润焊点。孔径与元件线的配合间隙太大，容易虚 焊，当孔径比引线宽0.05~0.2mm,焊盘直径的2~2.5倍时，是焊接比较理 想的条件。
目前，最广泛使用的焊接工艺主要有波峰焊接和再流焊接。波峰焊接 工艺主要是用于通孔和各种不同类型元件的焊接，是一种关键的群焊工 艺。尽管波峰焊接工艺已有多年的历史，而且还将继续沿用下去，然 而，我们要是能够用上切实可行的、有生命力的波峰焊接工艺需持时 日。因为这种工艺必须达到快速、生产率高和成本合理等要求。换言 之，这种工艺与焊接前的每一工艺步骤密切相关，其中包括资金投入、 PCB设计、元件可焊性、组装操作、焊剂选择、温度/时间的控制、焊料 及晶体结构等。
( 6 ) 浮渣过多又是一个令人棘手的问题。毫无疑问，焊锡锅中始终有 浮渣存在，在大气中进行焊接时尤其是这样。使用“芯片波峰”这对焊接 高密度组件很有帮助，由于暴露于大气的焊料表面太大，而使焊料氧 化，所以会产生更多的浮渣。焊锡锅中焊料表面有了浮渣层的覆盖，氧 化速度就放慢了。在焊接中，由于锡锅中波峰的湍流和流动而会产生更 多的浮渣。
影响印制板的润湿和焊点的形成；②便印制板在焊接前达到一定温度，
以免受到热冲击产生翘曲变形。根据我们的经验，一般预热温时间1-3分钟。
（六） 焊接轨道倾角
轨道倾角对焊接效果影响较为明显，特别是在焊接高密度SMT器件时更
是如此。当倾角太小时，较易出现桥接，特别是焊接中，SMT器件