浅谈波峰焊工艺中如何控制“虚焊”

浅谈波峰焊工艺中如何控制“虚焊”
摘要所谓虚焊是指焊端或引脚与焊盘之间有时出现电隔离,由诸多因素引起。

本文通过在波峰焊阶段可能产生虚焊的各种原因的分析,提出相应的解决方法。

关键词波峰焊;焊点;焊盘;助焊剂;焊锡温度
波峰焊是将熔融的液态焊料,借助与泵的作用,在焊料槽液面形成特定形状的焊料波,插装了元器件的PCB置与传送链上,经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程。

首先回顾波峰焊机的工位组成及其功能,板-涂布焊剂-预热-焊接-热风刀-冷却-卸板。

1波封面及焊点的形成
1.1什么是波峰面
波的表面均被一层氧化皮覆盖,它在沿焊料波的整个长度方向上几乎都保持静态,在波峰焊接过程中PCB接触到锡波的前沿表面氧化皮破裂,PCB前面的锡波无皲褶地被推向前进,这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动。

1.2焊点是如何成型
当PCB进入波峰面前端(A)时基板与引脚被加热,并在未离开波峰面(B)之前整个PCB浸在焊料中,即被焊料所桥联,但在离开波峰尾端的瞬间少量的焊料由于润湿力的作用粘附在焊盘上,并由于表面张力的原因会出现以引线为中心收缩至最小状态。

此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力。

因此会形成饱满,圆整的焊点,离开波峰尾部的多余焊料,由于重力的原因回落到锡锅中。

2 造成虚焊的部分原因
波峰自动焊接技术,在电子工业中已应用多年,但是对焊点的后期失效仍然是一个令人头疼的问题,它极大地影响着电子产品的质量和信誉。

本文拟根据实践经验作初步研究与探讨。

所谓“焊点的后期失效”,是指表面上看上去焊点质量尚可,不存在“搭焊”、“半点焊”、“拉尖”。

所谓“焊点的后期失效”,是指表面上看上去焊点质量尚可,不存在“搭焊”、“半点焊”、“拉尖”、“露铜”等焊接疵点,在车间生产时,装成的整机并无毛病,但到用户使用一段时间后,由于焊接不良,导电性能差而产生的故障却时有发生,焊端或引脚与焊盘之间有时出现电隔离现象是造成早期返修率高的原因之一,这就是“虚
焊”。

本人认为其根本原因有如下几个方面:
1)印制板孔径与引线线径配合不当。

手插板孔径与引线线径的差值,应在0.2-0.3mm。

机插板孔径与引线线径的差值,应在0.4-0.55mm。

如差值过小,则影响插件,如差值过大,就有一定几率的“虚焊”风险,如焊盘偏小,则锡量不足,偏大,则焊点扁平,都会造成焊接面小,导电性能差,只有适当,才会得到质量好的焊点,究其原因,是焊点形成的过程中,引线及焊盘与焊料之间的“润湿力”“平衡”的结果。

而对于需要通过大电流的焊点,焊盘需大些,经过波峰焊后,还需用锡丝加焊,甚至加铆钉再加焊,才能得到性能可靠的焊点。

2)元件引线、印制板焊盘可焊性不佳。

元件引线的可焊性,用GB 2433.32-85《润湿力称量法可焊性试验方法》所规定的方法测量,其零交时间应不大于1秒,润湿力的绝对值应不小于理论调湿力的35%。

但是,元器件引线的可焊性,并非都是一致的,参差不齐是正常现象。

如CP线不如镀锡铜线,镀银线不如镀锡线,线径大的不如线径小的,接插件不如集成块,储存期长的不如储存期短的等等,管理中稍有疏忽,便会造成危害。

对于印制板焊盘的可焊性,必须符合GB l0244-88《电视广播接收机用印制板规范》1.6条规定的技术条件,即“当……浸焊后,焊料应润湿导体,即焊料涂层应平滑、光亮,针孔、不润湿或半润湿等缺陷的面积不超过覆盖总面积的5%,并且不集中在一个区域内(或一个焊盘上)”;从另一个角度看,印制板焊盘的可焊性质量水平,也并非都是一致的。

因此,在实际生产中,所产生的效果不一致也就不足为奇了。

3)助焊剂助焊性能不佳。

助焊剂的作用:在钎焊过程中去除母材和液态钎料表面的氧化物,为液态钎料的铺展创造条件;以液体薄层覆盖母材和钎料表面,从而隔绝空气起保护作用;起界面活性作用,改善液态钎料对母材表面的润湿性。

对于助焊剂的助焊性能,应符合GB 9491-88所规定的标准,当使用RA型时,扩展率应不小于90%,相对润湿力应不小于35%,况且,在产生中往往其助焊性能随着使用时间的延长会逐渐降低甚至失效。

因此,助焊剂性能不佳时,很有可能在可焊性能差的元件、焊盘上产生“虚焊”。

4)锡锅温度与焊接时间的控制。

对于不同的波峰焊机,由于其波峰面的宽窄不同,必须调节印制板的传送速度,使焊接时间大于2.5秒,在实际生产中,往往只能评价焊点的外观质量及疵点率,其焊接强度、导电性能如何就不得而知了,“虚焊”由此而来。

根据王笃诚、车兆华《SMT波峰焊接的工艺研究》,在焊接过程中,焊点金相组织变化经过了以下三个阶段的变化:(1)合金层未完整生成,仅是一种半附着性结合,强度很低,导电性差:(2)合金层完整生成,焊点强度高,电导性好;(3)合金层聚集、粗化,脆性相生成,强度降低,导电性下降。

在实际生产中,我们发现,设定不同的锡锅温度及焊接时间,并没定适合的倾
斜角,有焊点饱满、变簿,再焊点饱满且搭焊点增多直至“拉尖”的现象,因此本人认为,必须控制在当产生较多搭焊利拉尖时,将工艺条件下调至搭焊较少且无拉尖,“虚焊”才能最大限度的控制。

另外,本人认为,该现象除可用金相结构来解释外,还与“润湿力”的变化及焊料在不同温度下的“流动性”有关。

5)预热温度与焊剂比重的控制。

控制一定的焊剂比重和预热温度,使印制板进入锡锅时,焊剂中的溶剂挥发得差不多,但又不太干燥,便能最大限度地起到助焊作用,即使零交时间最短,润湿力最大,如未烘干,则温度较低、焊接时间延长,通过锡峰的时间不足;如烘得过于,则助焊剂性能降低,甚至附着在引线、焊盘上,起不到去除氧化层的作用;这两种倾向都极易产生“虚焊”。

根据以上五个方面因素,我们在生产中,对印制板的设计规定了《印制板设计的工艺性要求》企业标准,规定了元器件、印制板可焊性检验及存放的管理制度,对助焊剂、锡铅焊料进行定厂定牌使用,对波峰焊工序严格按照工艺文件要求操作,每天定时记录工艺参数,检查焊点质量,将产生“虚焊”的诸方面因素压缩到最低限度。

近年来,出厂产品“虚焊”的反映很小,取得了一定的经济效益。

随着生产技术的发展,自动插件引线打弯及两次焊工艺,使焊接质量有了相当的提高,但仍离不开上述诸方面因素。

因此,控制“虚焊”仍然必须从印制板的设计、元器件、印制板、助焊剂等焊接用料的质量管理,波峰焊工艺管理诸方面进行综合控制,才能尽可能地减少“虚焊”,提高电子产品的可靠性波峰自动焊接技术。

参考文献
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