1 引言

  波峰焊是將熔化的焊料，經(jīng)電動(dòng)泵或電磁泵噴流成設(shè)計(jì)要求的焊料波峰，使預(yù)先裝有電子元器件的印制板通過焊料波峰，實(shí)現(xiàn)元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。波峰焊用于印制板裝聯(lián)已有20多年的歷史，現(xiàn)在已成為一種非常成熟的電子裝聯(lián)工藝技術(shù)，目前主要用于通孔插裝組件和采用混合組裝方式中的插裝組件的焊接。

  2 波峰焊工藝技術(shù)介紹

  波峰焊有單波峰焊和雙波峰焊之分。采用單波峰焊時(shí)，由于焊料的"遮蔽效應(yīng)"容易出現(xiàn)較嚴(yán)重的質(zhì)量問題，如漏焊、橋接和焊縫不充實(shí)等缺陷。而雙波峰則較好地克服了這個(gè)問題，大大減少漏焊、橋接和焊縫不充實(shí)等缺陷，因此目前在表面組裝中廣泛采用雙波峰焊工藝和設(shè)備。

  波峰錫過程：治具安裝→噴涂助焊劑系統(tǒng)→預(yù)熱→一次波峰→二次波峰→冷卻。下面分別介紹各步內(nèi)容及作用。

  2．1 治具安裝

  治具安裝是指給待焊接的PCB板安裝夾持的治具，可以限制基板受熱形變的程度，防止冒錫現(xiàn)象的發(fā)生，從而確保浸錫效果的穩(wěn)定。

  2．2 助焊劑系統(tǒng)

  助焊劑系統(tǒng)是保證焊接質(zhì)量的第一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要作用是去除PCB和元器件焊接表面的氧化層和防止在焊接過程中再氧化。助焊劑的涂覆一定要均勻，盡量不要產(chǎn)生堆積，否則將導(dǎo)致焊接短路或開路。

  涂覆助焊劑的方式有多種，包括噴霧式、噴流式和發(fā)泡式。目前一般使用噴霧式助焊系統(tǒng)，采用免清洗助焊劑。這是因?yàn)槊馇逑粗�焊劑中固體含量極少(不揮發(fā)無含量只有1／5～1／20)，所以必須采用噴霧式助焊系統(tǒng)涂覆助焊劑。在助焊劑系統(tǒng)中，一般都添加有防氧化系統(tǒng)，以防止氧化，避免焊接中造成助焊劑量不足，而導(dǎo)致焊料橋接和拉尖。

  噴霧式有兩種方式：一是采用超聲波擊打助焊劑，使其顆粒變小，再噴涂到PCB板上；二是采用微細(xì)噴嘴，在一定空氣壓力下噴霧助焊劑，這種噴涂均勻、粒度小，易于控制。

  噴霧高度／寬度可自動(dòng)調(diào)節(jié)，是今后發(fā)展的主流。

  2．3．1 預(yù)熱系統(tǒng)的作用

  助焊劑中的溶劑成份在通過預(yù)熱器時(shí)，將會(huì)受熱揮發(fā)。從而避免溶劑成份在經(jīng)過液面時(shí)高溫氣化導(dǎo)致炸裂現(xiàn)象發(fā)生，最終消除產(chǎn)生錫粒的品質(zhì)隱患。

  待浸錫產(chǎn)品搭載的部件在通過預(yù)熱器時(shí)的緩慢升溫，可避免過波峰時(shí)因驟熱產(chǎn)生的物理作用造成部件損傷的情形發(fā)生。

  預(yù)熱后的部件或端子在經(jīng)過波峰時(shí)不會(huì)因自身溫度較低的因素大幅度降低焊點(diǎn)的焊接溫度，從而確保焊接在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到溫度要求。

  2．3．2 預(yù)熱方法

  波峰焊機(jī)中常見的預(yù)熱方法有三種：空氣對流加熱；紅外加熱器加熱；熱空氣和輻射相結(jié)合的方法加熱。

  2．3．3 預(yù)熱溫度

  一般預(yù)熱溫度為180℃～210℃，預(yù)熱時(shí)間為1min～3min。預(yù)熱溫度控制得好，可防止虛焊、拉尖和橋接，減小焊料波峰對基板的熱沖擊，可有效地避免焊接過程中PCB板翹曲、分層、變形問題。

  2．4 焊接系統(tǒng)

  焊接系統(tǒng)一般采用雙波峰。在波峰焊接時(shí)，PCB板先接觸第一個(gè)波峰，然后接觸第二個(gè)波峰。第一個(gè)波峰是由窄噴嘴噴流出的"湍流"波峰，流速快，對組件有較高的垂直壓力，使焊料對尺寸小、插裝密度高的元器件的焊端有較好的滲透性；通過湍流的熔融焊料在所有方向擦洗組件表面，從而提高了焊料的潤濕性，并克服了由于元器件的復(fù)雜形狀和取向帶來的問題；同時(shí)也克服了焊料的"遮蔽效應(yīng)"。湍流波向上的噴射力足以使焊劑氣體排出，因此，即使印制板上不設(shè)置排氣孔也不存在焊劑氣體的影響，從而大大減少了漏焊、橋接和焊縫不充實(shí)等焊接缺陷，提高了焊接可靠性。經(jīng)過第一個(gè)波峰的產(chǎn)品，因浸錫時(shí)間短以及部件自身的散熱等因素，浸錫后存在著很多的短路、錫多、焊點(diǎn)光潔度不正常以及焊接強(qiáng)度不足等不良內(nèi)容。因此，緊接著必須進(jìn)行浸錫不良的修正，這個(gè)動(dòng)作由噴流面較平較寬闊、波峰較穩(wěn)定的二級(jí)噴流進(jìn)行。這是一個(gè)"平滑"的波峰，流動(dòng)速度慢，有利于形成充實(shí)的焊縫，同時(shí)也可有效地去除焊端上過量的焊料，并使所有焊接面上焊料潤濕良好，修正了焊接面，消除了可能的拉尖和橋接，獲得充實(shí)無缺陷的焊縫，最終確保了組件焊接的可靠性。

  2．5 冷卻

  浸錫后適當(dāng)?shù)睦鋮s有助于增強(qiáng)焊點(diǎn)接合強(qiáng)度，同時(shí)，冷卻后的產(chǎn)品更利于爐后操作人員的作業(yè)。因此，浸錫后產(chǎn)品需進(jìn)行冷卻處理。

  3 提高波峰焊接質(zhì)量的方法和措施

  分別從焊接前的質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝材料及工藝參數(shù)這三個(gè)方面探討了提高波峰焊質(zhì)量的有效方法。

  3．1 焊接前對印制板質(zhì)量及元件的控制

  3．1．1 焊盤設(shè)計(jì)

  在設(shè)計(jì)插件元件焊盤時(shí)，焊盤大小尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)合適。焊盤太大，焊料鋪展面積較大，形成的焊點(diǎn)不飽滿，而焊盤太小，形成的焊點(diǎn)為不浸潤焊點(diǎn)�？讖脚c元件引線的配合間隙太大，容易虛焊，當(dāng)孔徑比引線寬0．05mm-0．2mm，焊盤直徑為孔徑的2～2．5倍時(shí)是焊接比較理想的條件。

  在設(shè)計(jì)貼片元件焊盤時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

  ·為了盡量去除"陰影效應(yīng)"，元件焊端或引腳應(yīng)正對著錫流的方向，以利于與錫流的接觸，減少虛焊和漏焊。波峰焊時(shí)推薦采用的元件布置方向圖如圖5所示。

  ·波峰焊接不適合于細(xì)間距QFP、PLCC、BGA和小間距SOP器件焊接，也就是說在要波峰焊接的這一面盡量不要布置這類元件。

   3．1．2 PCB平整度控制

  波峰焊接對印制板的平整度要求很高，一般要求翹曲度要小于0．5mm。如果大于0．5mm要做平整處理。尤其是某些印制板厚度只有1．5mm左右，其翹曲度要求就更高，否則無法保證焊接質(zhì)量。

  3．1．3 妥善保存并縮短儲(chǔ)存周期

  在焊接中，無塵埃、油脂、氧化物的銅箔及元件引線有利于形成合格的焊點(diǎn)，因此印制板及元件應(yīng)保存在干燥、清潔的環(huán)境下，并且盡量縮短儲(chǔ)存周期。對于放置時(shí)間較長的印制板，其表面一般要做清潔處理，這樣可提高可焊性，減少虛焊和橋接，對表面有一定程度氧化的元件引腳，應(yīng)先除去其表面氧化層。

  3．2 生產(chǎn)工藝材料的質(zhì)量控制

  在波峰焊接中，使用的生產(chǎn)工藝材料有：助焊劑和焊料。分別討論如下：

  3．2．1 助焊劑質(zhì)量控制

  助焊劑在焊接質(zhì)量的控制上舉足輕重，其作用是：

  ·除去焊接表面的氧化物；

  ·防止焊接時(shí)焊料和焊接表面再氧化；

  ·降低焊料的表面張力；

  ·有助于熱量傳遞到焊接區(qū)。

  目前，波峰焊接所采用的多為免清洗助焊劑。選擇助焊劑時(shí)有以下要求：

  ·熔點(diǎn)比焊料低；

  ·浸潤擴(kuò)散速度比熔化焊料快；

  ·黏度和比重比焊料��；

  ·在常溫下貯存穩(wěn)定。

  3．2．2 焊料的質(zhì)量控制

  鉛錫焊料在高溫下(250℃)錫會(huì)不斷被氧化，使錫鍋中鉛一錫焊料含錫量不斷下降，偏離共晶點(diǎn)，導(dǎo)致流動(dòng)性差，出現(xiàn)連焊、虛焊、焊點(diǎn)強(qiáng)度不夠等質(zhì)量問題�？刹捎靡韵聨讉�(gè)方法來解決這個(gè)問題：

  ①添加氧化還原劑，使已氧化的SnO還原為Sn，減小錫渣的產(chǎn)生；

  ②不斷除去浮渣；

  ③每次焊接前添加一定量的錫；

  ④采用抗氧化(含磷)的焊料；

  ⑤采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，讓氮?dú)獍押噶吓c空氣隔絕開來，取代普通氣體，這樣就避免了浮渣的產(chǎn)生。這種方法要求對設(shè)備改型，并提供氮?dú)狻?/p>

  目前最好的方法是在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下使用含磷的焊料，可將浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少、工藝控制最佳。

  3．3 焊接過程中的工藝參數(shù)控制

  焊接工藝參數(shù)對焊接表面質(zhì)量的影響比較復(fù)雜，并涉及到較多的技術(shù)范圍。

  3．3．1 預(yù)熱溫度的控制

  預(yù)熱的作用：

  1使助焊劑中的溶劑充分揮發(fā)，以免印制板通過焊錫時(shí)，影響印制板的潤濕和焊點(diǎn)的形成；

  2使印制板在焊接前達(dá)到一定溫度，以免受到熱沖擊產(chǎn)生翹曲變形。

  一般預(yù)熱溫度控制在180℃～210℃，預(yù)熱時(shí)間1min～3min。

  3．3．2 焊接軌道傾角

  軌道傾角對焊接效果的影響較為明顯，特別是在焊接高密度器件時(shí)更是如此。當(dāng)傾角太小時(shí)，較易出現(xiàn)橋接，特別是焊接中，器件的"遮蔽區(qū)"更易出現(xiàn)橋接；而傾角過大，雖然有利于橋接的消除，但焊點(diǎn)吃錫量太小，容易產(chǎn)生虛焊。軌道傾角應(yīng)控制在5°-8°之間。

  3．3．3 波峰高度

  波峰的高度會(huì)因焊接工作時(shí)間的推移而有一些變化，應(yīng)在焊接過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚�，以保證在理想高度進(jìn)行焊接；壓錫深度為PCB厚度的1／3～1／2為準(zhǔn)。

  3．3．4 焊接溫度

  焊接溫度是影響焊接質(zhì)量的一個(gè)重要的工藝參數(shù)。焊接溫度過低時(shí)，焊料的擴(kuò)展率、潤濕性能變差，使焊盤或元器件焊端由于不能充分地潤濕，從而產(chǎn)生虛焊、拉尖、橋接等缺陷；焊接溫度過高時(shí)，則加速了焊盤、元器件引腳及焊料的氧化，易產(chǎn)生虛焊。焊接溫度應(yīng)控制在250℃±5℃。