波峰焊制程的应用

焊接參數
浸焊錫槽 Dip Soldering 波焊錫槽 Wave Soldering
單波 Single Wave
平流波(Lamda Nozzle)
雙波 Dual Wave
擾流波(Chip Nozzle) + 平流波(Lamda Nozzle)
振波 Omega Wave (Electrovert Machine)
波峰焊制程的应用
焊点的形成
利用焊锡分别与二个被焊物体的金属表 面在热与助焊剂的作用下形成介面合金 层 (IMC), 使二个金属被焊物连接在一起
Solder Pb rich area
Cu6Sn5
Cu3Sn Cu
影响焊锡的四大因素
可焊锡性 焊锡材料 助焊剂 热
焊接的应用
波峰焊 (Wave soldering)
時間過短
焊點金屬鍵結強度不夠 焊點結構不完整
錫渣的問題
錫渣的來源
焊錫中所含的雜質 焊錫在使用過程中產生的氧化物 焊錫在使用過程中外來雜質的污染 助焊劑的殘留物與反應物
錫渣的問題
錫渣造成的影響
浪費焊錫原料, 增加材料成本 清除錫渣增加不必要的生產成本 降低焊錫的流動性與潤濕性, 降低生產良率 影響焊點品質, 使焊點機械強度與導電性下 降
方法 發泡 Foam
噴霧 Spray
波流 Wave
優點
缺點
*應用較方便
*高揮發率
*成本較低
*助焊劑品質容易變異
*助焊劑易透過導通孔
*發泡高度調整維持不易 *塗覆量控制不易
*助焊劑塗覆均勻
*無效噴覆過多
*塗覆的量可以精確控制 *設備成本較高
*節省助焊劑稀釋劑成本
*助焊劑特性不易變異
*所有助焊劑都可適用 *塗覆量過多
短路
解決方案
材料方面
確認電路板及零件之焊性, 可向供應廠商洽詢 檢查板面是否蝕刻完整 試更強活化的助焊劑
電路板設計方面
假焊墊的使用 讓多腳零件的排列平行於錫波流動方向 保持焊墊, 線路, 零件之間的清潔 零件端點之距離設計不宜過近 校正零件的方位
漏焊
可能原因
錫波高度不足 / 錫波不穩 導通孔或焊墊上有綠漆覆蓋 對位孔的誤差 助焊劑過期或老化 未塗覆上助焊劑 / 助焊劑不足或不均 電路板翹 輸送帶問題 焊墊 / 零件腳焊性不良 導通孔對零件腳之比例太大 氧化現象 陰影效應
須儲放於通風且無陽光直射之室溫環境中
焊接參數
預熱
活化助焊劑 酒精或溶劑的揮發 降低焊錫與被焊金屬表面的表面張力 降低熱衝擊效應 一般焊錫製程預熱建議零件面溫度要達到
攝氏100~130度之間 : 無鉛焊錫, Lead Free 助 焊劑
焊接參數
錫爐輸送帶
傾斜角度建議 5 ~ 7 度 速度建議在 1.0 ~ 1.8 公尺/分
免洗 no clean 清洗 cleaning
水洗 溶剂清洗
回流焊 (Oven Reflow)
免洗 no clean 清洗 cleaning
水洗 溶剂清洗
为何要采取免洗制程?
节省成本
设备成本 – 清洗设备的节省 物料成本 – 清洗物料的节省 空间成本 – 生产线空间随设备的省略而节省
环保因素
CFC会破坏臭氧层而被禁用 废水与废溶剂会破坏生态坏境 纯水清洗问题
錫量不足
解決方案
調整錫波高度 調整過錫時間 改變綠漆之底片 確認孔間對位 調整發泡壓力 調整風刀壓力 增加預熱溫度 與供應商協調處理受污染的電路板 列出最小孔徑 在有腳零件旁設計適當的引錫墊 檢視設計以防有陰影效應
氣孔(針孔)
可能原因
電路板或零件沾有有機污染物 電路板有電鍍液殘留 電路板含有水氣 導通孔邊緣粗糙 預熱太低 焊錫時間太短 零件插件阻塞
短路(橋接)
可能原因
預熱不足/ 輸送帶速度過快 錫爐溫度不夠 焊錫黏度過高 錫波高度不足 助焊劑污染 助焊劑塗覆不均 助焊劑量不足 零件放置方向錯誤 電路板或零件焊性不良 不良的電路設計
短路
解決方案
製程方面
增加板面的預熱溫度 調整輸送帶速度 檢查錫爐溫度是否介於255 ~ 265度 分析焊錫是否受到污染 調整錫波高度 若使用單波則設定過錫時間於2~3秒 檢查助焊劑品質 確認風刀壓力 改變電路板進錫角度(使用製具) 零件腳在板底的出露以不超過1.8厘米為佳
發泡或噴霧與風刀的壓縮空氣須配有濾油濾水裝置
當助焊劑槽中有過量的電路板及零件溶解下的碎屑及從 風管中滲進雜質時, 會影響助焊劑品質, 所以定時更換 槽中的助焊劑是必須的
定時使用稀釋劑或清潔劑清潔助焊劑槽, 發泡或噴霧設 備
助焊劑的安全與儲存
助焊劑為易燃之液體，請遠離火源儲放 避免眼睛接觸、長期及重複性之皮膚接觸 焊錫操作中，須有適當之通風以利醇類及煙霧 從工作場所中排出 使用前詳閱物質安全資料表及警示標籤上之說 明
在單波噴錫口(Lamda Nozzle)前加一簧片(Omega Nozzle), 以不同頻率產生震動, 造成細波消除焊接死角
焊錫槽的比較
單波
雙波
振波
應用 優點 缺點
Hale Waihona Puke 適用於單面板製程 雙面SMD電路板點 膠過波焊製程
保養方便
避免陰影效應
氧化速率較低
導通孔滿錫率高
助焊劑使用限制少
不適用於雙面SMD 擾流波不易調整
如何控制錫渣的產生
降低焊錫雜質的含量 維持錫面高度在距錫槽頂端0.5 – 1.0公分 減少錫波與錫面的高度差 調整錫波的流速與穩定性 調整後擋板的高度 減少錫槽上方冷空氣的對流 使用低固態含量助焊劑 適當減少助焊劑的塗覆量 增加預熱時間與溫度使助焊劑活性充分發揮 適當降低焊錫的溫度減緩氧化速率 添加適當的抗氧化劑 加強製程的管控減少外部雜質污染
錫尖(冰柱)
可能原因
預熱不足/ 輸送帶速度過快 錫爐溫度不夠 焊錫的污染 助焊劑的污染 不適當的助焊劑塗覆方式 過量清除助焊劑
*應用方便
*高揮發率 *助焊劑品質容易變異
助焊劑的控制方法
比重控制
一般使用在傳統松香形助焊劑(固態含量5%以上) 優點 : 使用自動比重計做控制十分方便 缺點 : 無法真正掌控助焊劑的特性, 尤其固態含量 越低越不準確
酸價控制
定義 : 每一克助焊劑所須使用氫氧化鉀用以中和的 豪克數 優點 : 可以準確掌控助焊劑的特性 缺點 : 應用上較不方便
助焊剂的作用
化学上
除去被焊金属表面的氧化物和污物 在焊接过程中防止金属表面的第二次氧化
温度上
焊接过程中加速熔锡至焊点或被焊金属间的热传处
物理上
助焊剂被用以增进湿润性﹐即液态金属对固态金属 的金属亲和力
选择合适的助焊剂
應用方式
發泡 噴霧
電路板與零件的可焊錫性 焊接的參數 可靠度 乾淨度
助焊劑的應用方式
焊接的溫度
Lead Free焊錫的溫度一般控制在攝氏255度至 265度之間
溫度過高
增加熱衝擊效應 加速焊錫的氧化速率 形成能源的浪費
溫度過低
降低焊錫的流動性 生產上不良率容易增加 (短路, 錫尖)
焊接的時間
波峰焊製程焊錫時間一般控制在1.8~3秒(單波)
時間過長
容易形成過厚的介面合金層 焊點容易脆化
漏焊
解決方案
製程方面
調整錫波高度 改變綠漆之底片 確認孔間對位 助焊劑品質之檢查 調整發泡壓力 調整風刀壓力 更換 / 重新設計夾具(手指型) 對電路板及零件實施“先進先出”之壽命管理 使用雙波製程
漏焊
解決方案
電路板設計方面
規範最大的焊墊尺寸 規範最小孔徑的規格 校正零件置放方位 增加腳墊的面积 避免使用有陰影效應之零件
電路板焊錫
焊錫氧化較嚴重
導通孔滿錫率低 佔空間不易保養
助焊劑使用限制多
應用廣泛
減少漏焊率 導通孔滿錫率 高 氧化速率較低 成本高 (Electrovert)
錫槽的調整
噴錫口湧錫高度以不超過1.2公分為原則 錫波高度調整約於電路板厚度之一半高度 後擋板(溢錫板)高度應調整至電路板通過錫波 時焊錫才流動, 沒有電路板通過時錫波不溢出 之高度 錫渣控制板盡量接近錫波, 以不妨礙流動為準 錫波與電路板接觸的寬度約3.5~5公分左右 焊接角度為5~7度
錫量過多(包焊)
可能原因
焊錫角度太小 焊錫時間過短 焊錫溫度過低 助焊劑焊錫性不足 預熱不足 電路板焊墊或導通孔的污染 零件腳過短
錫量過多
解決方案
調整焊錫角度 調整過錫時間 調整發泡(噴霧)壓力 調整助焊劑比重 增加預熱溫度 與供應商協調處理受污染的電路板 加長零件腳長度
錫量不足
可能原因
錫波高度太低 / 錫波不穩 導通上有綠漆覆蓋 對位孔的誤差 助焊劑不足 預熱太低 電路板或導通孔的污染 導通孔太小 散熱問題 陰影效應
沾錫不良
可能原因
錫波高度太低 / 錫波不穩 導通上有綠漆覆蓋 對位孔的誤差 助焊劑不足 助焊劑污染 預熱太低 電路板或零件的污染 電路板或零件氧化 導通孔太小
沾錫不良
解決方案
調整錫波高度 調整過錫時間 改變綠漆之底片 確認孔間對位 確認助焊劑品質 調整發泡(噴霧)壓力 調整風刀壓力 增加預熱溫度 與供應商協調處理受污染的電路板與零件
常見問題與解決方案
波峰焊製程中常見的問題
短路 Solder Bridging 漏焊 Solder Skips 沾錫不良 Poor Wetting 錫量過多 Excess Solder 錫量不足 Insufficient Solder 氣孔 Blowholes 錫爆 Solder Splash 錫尖 (錫柱) Icicles
助焊劑的製程控制
利用比重或酸價控制槽中助焊劑濃度, 適時適量添加稀 釋劑, 以維持助焊劑的特性
助焊劑槽出口側加裝風刀以去除PC板底部多餘的助焊 劑, 風刀須注意其角度約10~15度與氣壓約30磅/平方英 吋
發泡槽液面高度應保持在發泡管上方2.5~3公分, 泡沫 應均勻細微保持高度在發泡孔上方約1.5公分
氣孔
解決方案
烘烤電路板 調整過錫時間 調整發泡(噴霧)壓力 增加預熱溫度 與供應商協調處理受污染的電路板 改善電路板鑽孔製程 改善零件設計 改善插件方式
錫爆
可能原因
電路板含有水氣 助焊劑含有水分 預熱溫度過低 發泡(噴霧)及風刀使用之壓縮空氣含有水氣 焊錫溫度過高
錫爆
解決方案
烘烤電路板 調整輸送帶速度 增加預熱溫度 確認助焊劑品質 壓縮空氣經過濾水濾油設備 降低焊錫溫度