波 峰 焊 技 术(精品).ppt

无线电调试技师、电子设备装接技师 波波 峰峰 焊焊 技技 术术主讲人：聂洪敏一、波峰焊操作流程 元件准备 插件 装板 涂布焊剂 预热高波焊接 切脚机 双波焊接 卸板二、波峰焊设备 有了合格的电子元件及BCP,剩下的问题就是如何选择适合的工艺方法和设备,设定正确的工艺参数,实现电子产品的可靠装联。1.焊接的方法和产品很多（手工焊接、红外回炉焊接、热风回炉焊接、波峰锡炉焊接今介绍全自动波峰焊机设备（YX-HW300系列）：A.工艺流程及其操作方法：特点：1、适合不同的PCB板焊接：可以方便的控制各个焊接工艺参数，2、具有焊锡温度数字显示功能和在面板上方便地调节。3、效率高：在实际生产中，可最大限度的提高劳动生产率。产品简介产品简介：HW-300系列型中型波峰焊机是针对国内目前焊接工艺的实际状况而自主研制的，采用独立控制的单槽双波峰锡泵可有效消除引脚虚焊。助焊剂喷雾头，可与其他设备在线接驳，实现自动化生产。弹性钛爪传动PCB，平稳可靠。采用高温烧结发热元件,使用寿命长。具有超高温自动报警功能。技术参数：A.整机*.外型尺寸：2500L1270W1620H*.总功率：24.5KW*.电源：3 380V 50HZ *.气源：35Bar*.重量：680Kg *.基本尺寸：Max 300mm*.生产产量：Max 2200PCS/8h 技术参数：B.传送系统*.运输马达：1 220V 60W *.运输速度：0.51.9m/min可调 技术参数：C.锡炉系统*.锡炉发热管：220V 750W15=11.25Kw*.锡炉容量：300Kg*.锡炉温度：Max 300*.锡炉升温时间：45min 技术参数：D.预加系统*.预热器发热管：220V 550W12=6.6KW*.预热器温度：120180*.预热器升温时间：10min技术参数：E.其它参数*.助焊剂容量：12L*.助焊剂气压：35 Bar*.洗爪泵：220V 10W*.冷却风扇：220V 10W*.焊锡角度：37波峰焊锡工艺流程（喷雾式）如下示意图 a.涂敷助焊剂 b.预热 c.浸波峰焊锡 d冷却 说明：将焊接的且已插贴完元件的PCB板(PCB板需留有运载边35mm),可由入口处推进运输链运转的波峰焊锡装置中，按焊锡的工艺流程，依次自动完成，最后由运输链送出焊接完的PCB板。1）检查输入电源：3相 4线、380V、50HZ，锡容量：约300Kg（离炉面10mm）2.)将锡炉的设定温度SP 射定在250，报警温度AL定在5，锡炉中的发热管分为上下两组，上层加热，下层恒温。锡炉开始工作时，上层先加热一定时间后，下层再开始加热，温度达到设定值，上层加热停止，下层次保持恒温，此时操作指示灯亮，本机其它功能才能操作，这种设计是为了保护锡炉马达。3）操作指示灯亮以后，开始预热，把温度设定好（一般以PCB底板温度为标准，在120185）4）通过面板上的按键，开始各项功能（按一下为“ON”，再按一下为OFF”）特别指出面板上有一个“变频器按键”它是调节波峰的,顺时针旋转,频率增高,波峰高度也提高,逆时针旋转,频率降低,波峰高度也降低 5.）将运输轨道调整到所需宽度，开启运输，运输速度调至1.2M/min（一般生产所需速度）6）如用电子时间制的程式来自动控制，下班时不需关闭电源。B.安装与调效 图片链接如下：无线电调试技师、电子设备装接三、波峰焊技术1.焊料 在焊接中常采用的是Sn63/Pb37锡铅焊料，是易溶金属，它在母材表面能形成合金，并与母材连为一体，不仅实现机械连接，同时也用于电气连接。电子线路的焊接温度在180300之间，通常焊接温度要比实际焊料熔化温度高50左右，铅锡合金在焊料中占有特殊地位（如下图表）图表如下：（无铅焊接技术的发展.禁止电子产品含铅（Pb）.焊料的无铅化、.元件及板的无铅化、.焊接设备的无铅化。.焊料的无铅化：现普遍采用Sn-Ag-Cu三元合金，给电子产品制造业带来成本的增加.）熔点高，比Sn/Pb高约度）延展性有所下降，但不存在长期劣质问题）焊接时间一般为左右）对助焊剂的热稳定性要求更高）在焊接过程中，其焊接温度也不算太高（），但相对于电子元件和来说，由于它们是用不耐高温的，对过高的温度会导致元件的损坏及的变形 在采用机器波峰焊接时，对于产品来说，他们的参数是唯一的，而一块上有几百个大小不一的元件，会出现工艺参数不确定，从而导致各种焊接缺陷的发生，在分析缺陷的原因时，有时分不清是元件的可焊性问题，还是设备问题，或是工艺参数的设定问题，为了分清个问题，深刻理解焊接工艺参数的“温度”与“时间”的内涵是必要的。A.传热学的基本概念 要焊接物体，必须将其加热到焊接温度工程上的传热通常以传导、对流和辐射三种基本方式进行：传导热源与介质间存在温差，将相互接触时所发生的换热称为-传导导热；对流运动着的流体（气体、液体）与介质表面存在温度差时所发生的换热称为对流导热；辐射而将具有一定温度的物体以电磁方式将热传导给另一个温度低的物体的方式称为辐射导热；总之，热量的传递不管依靠哪种方式进行，它必须有一个发热体，即热源，以热源为中心，存在着一个温度分布空间，这个空间又称为温度场，在温度场内，任何一点的温度均可以表示为该点位置与时间的函数，即：t=f(x,y,z,）式中t温度（），x,y,z任一点的空间坐标，某一时刻。通常在电子产品的焊接中，假定炉温（波峰焊机的锡锅、再流焊炉）处于一个稳定的状态，即恒定状态，此时又称稳定温度场。某点的温度可以表示为t=f(x,y,z,，同一瞬间具有相同温度的各点组成的面称为等温面，在再流炉中每个温区的等温面，都平行于加热器的平面。在同一等温面上的温度可以认为是相同的，但在等温面的法线方向上有温度变化，其温度差t和两个等温面之间的垂直距离n之比的极限称之为温度梯度，即 lim=t/n2.助焊剂:（RX363-4769HO）焊料与被焊金属表面必须“清洁”才能保证焊料在被焊金属表面润湿，并形成合金；.助焊剂-主要是能去除焊料及被焊金属表面的氧化外物。1.FLUX-成分复杂的化学溶剂,含有松香脂,活化剂.(异丙醇,乙醇,甲醇.)作用(1)清洗掉所焊接面和物体表面的尘埃;(2)可以出去所焊接表面的氧化物或氧化层;(3)焊接预热挥发形成薄膜防止二次氧化(4)活化剂,增强焊接时的润湿性。A.常见的三种焊剂：松香型焊剂、水溶型焊剂、低残渣型免清洗焊剂 B.松香型焊剂：松香是一种天然产物，常用乙醇、异丙醇的有机混合物。C.波峰焊低残渣型免清洗焊剂(通常喷雾式每月更新即可)。3.波峰焊技术：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。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。A.焊点成型：当PCB进入波峰面前端时基板与引脚被加热并在未离开波峰面之前整个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。B.防止桥联的发生1使用可焊性好的元器件/PCB2提高助焊剂的活性 3提高PCB的预热温度增加焊盘的湿润性能4提高焊料的温度 5、去除有害杂质减低焊料的内聚力以利于两焊点之间的焊料分开。C.波峰焊机中常见的热方法 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 1.）再流焊工艺技术的研究 再流焊接是表面贴装技术（SMT）特有的重要工艺，焊接工艺质量的优劣不仅影响正常生产，也影响最终产品的质量和可靠性。因此对再流焊工艺进行深入研究，并据此开发合理的再流焊温度曲线，是保证表面组装质量的重要环节。影响再流焊工艺的因素很多，也很复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探讨，本文将从多个方面来进行探讨。在电子行业中，大量的表面组装组件（SMA）通过再流焊机进行焊接，目前再流焊的热传递方式经历了远红外线-全热风-红外/热风二个阶段。a.远红外再流焊 八十年代使用的远红外流焊具有加热快、节能、运作平稳的特点，但由于印制板及各种元器件因材质、色泽不同而对辐射热吸收率有很大差异，造成电路上各种不同元器件测验不同部位温度不均匀，即局部温差。例如集成电路的黑色塑料封装体上会因辐射被吸收率高而过热，而其焊接部位一银白色引线上反而温度低产生假焊。另外，印制板上热辐射被阻挡的部位，例如在大（高）元器件阴影部位的焊接引脚或小元器件就会加热不足而造成焊接不良。b.全热风再流焊 全热风再流焊是一种通过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使气流循环，从而实现被焊件加热的焊接方法。该类设备在90年代开始兴起。由于采用此种加热方式，印制板和元器件的温度接近给定的加热温区的气体温度，完全克服了红外再流焊的温差和遮蔽效应，故目前应用较广。在全热风再流焊设备中，循环气体的对流速度至关重要。为确保循环气体作用于印制板的任一区域，气流必须具有足够快的速度。这在一定程度上易造成印制板的抖动和元器件的移位。此外，采用此种加热方式而言，效率较差，耗电较多。c.红外热风再流焊 这类再流焊炉是在IR炉基础上加上热风使炉内温度更均匀，是目前较为理想的加热方式。这类设备充分利用了红外线穿透力强的特点，热效率高，节电，同时有效克服了红外再流焊的温差和遮蔽效应，并弥补了热风再流焊对气体流速要求过快而造成的影响，因此这种IR+Hot的再流焊在国际上目前是使用最普遍的。随着组装密度的提高，精细间距组装技术的出现，还出现了氮气保护的再流焊炉。在氮气保护条件下进行焊接可防止氧化，提高焊接润湿力润湿速度加快，对未贴正的元件矫正人力，焊珠减少，更适合于免清洗工艺。2).温度曲线的建立 温度曲线是指SMA通过回炉时，SMA上某一点的温度随时间变化的曲线。温度曲线提供了一种直观的方法，来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得最佳的可焊性，避免由于超温而对元件造成损坏，以及保证焊接质量都非常有用。以下从预热段开始进行简要分析 预热段：该区域的目的是把室温的PCB尽快加热，以达到第二个特定目标，但升温速率要控制在适当范围以内，如果过快，会产生热冲击，电路板和元件都可能受损，过慢，则溶剂挥发不充分，影响焊接质量。由于加热速度较快，在温区的后段SMA内的温差较大。为防止热冲击对元件的损伤。一般规定最大速度为40/S。然而，通常上升速率设定为130/S。典型的升温度速率为20/S。保温段：（活性区）是指温度从120180升至焊膏熔点的区域。保温段的主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定，尽量减少温差。在这个区域里给予足够的时间使较大元件的温度赶上较小元件，并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到保温段结束，焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去，整个电路板的温度达到平衡。应注意的是SMA上所有元件在这一段结束时应具有相同的温度，否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。回流段回流段:（焊接区）（焊接区）在这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的温度快速上升至峰值温度。在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同，一般推荐为焊膏为焊膏的溶点温度加200-400.对于熔点为183的63Sn/37Pb焊膏和熔点为179的Sn62/Pb36/Ag2膏焊，峰值温度一般为210-230，再流时间不要过长24S，以防对SMA造成不良影响。理想的温度曲线是超过焊 锡 熔 点 的“尖 端 区”覆 盖 的 体 积 最 小。冷却段：这段中焊膏中的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面，应该用尽可能快的速度来进行冷却，这样将有助于得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的更多分解而进入锡中，从而产生灰暗毛糙的焊点。在极端的情形下，它能引起沾锡不良和弱焊点结合力。冷却段降温速率一般为3100/S,冷却至75即可。测量再流焊温度曲线测试仪 （以下简称测温仪）其主体是扁平金属盒子，一端插座接着几个带有细导线的微型热电偶探头。测量时可用焊料、胶粘剂、高温胶带固定在测试点上，打开测温仪上的开关，测温仪随同被测印制板一起进入炉腔，自动按内编时间程序进行采样记录。测试记录完毕，将测试仪与打印机连接，便可打印出多根各种色彩的温度曲线。测温仪作为SMT工艺人员的眼睛与工具，在国外SMT行业中已相当普遍地使用。D.焊接停留时间 1.润湿时间 指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间 2停留时间 PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰面的时间 停留/焊接时间的计算方式是 停留/焊接时间=波峰宽/速度 例如：S=5cm/(1.2m/min*100cm/60s)=2.5s E.波峰高度 波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度。其數值通常控制在PCB板厚度 的1/22/3,過大會導致熔融的焊料流到PCB的表面形成“橋連”。F.传送倾角（37）波峰焊机在安装时除了使机器水平外还应调节传送装置的倾角通过 倾角的调节可以调控PCB与波峰面的焊接时间适当的倾角会有助于 焊料液与PCB更快的剥离使之返回锡锅内。G.产量（8小时）列如：带速V=1.2m/min,PCB宽=0.4m，PCB放的间隔=0.1m，则产量N=1.2（608）/（0.4+0.1）=1152（块）四四.对于銲接有影响之参数对于銲接有影响之参数 分析，检讨这些的构成因素和焊接之相互结果，如以下所述，有冷焊和钖桥之产生定性倾向，将会更一步了解。1助焊剂比重:为了防止冷焊，故最适当的比重范为0.8300.850。它含固体含有量之流动性。当助焊剂的比重高时，则基板上之助焊用残量增加，因焊锡波尾部助焊剂不足，导致产生钖桥现象。当助焊剂本身的固体含有量多时，则妨碍焊钖之流动而引起冷焊现象。为了焊钖要有良好的濡润性，必须要有一定量以上的助焊剂固体含有量，为了防止冷焊，故使用濡润性良好程度的助焊剂量。相反的若固体含有且过多的话，则产生反效果，故必须在最适当的比重范围内使用。2预热:预热温度，设定在零件耐热可靠度之最高点且温度能够加以限制。助焊剂有恶化温度，当温度达到160以上时，即使将氧化膜除去，也会再氧化，故在不恶化之范围内，采用最高温度较好。(助焊剂之特性，当预热温度低时，则容易流动，相反的当预热温度高时，则基板之翘曲变大)。3输送机速度:为了防止冷焊，输送机速度最好慢一些。为了防止钖桥，在零件形状和焊锡之流速关系里，采用最合适之范围。锡桥之防止方面输送机速度与焊锡流速有相对之关系，在一定的速度条件下，存在着产生钖桥最少的范围。为了防止冷焊，浸润时间最好长些。(当输送机速度慢时，助焊剂便流动有时会引起焊接不良，故必须试整浸润时间。4焊锡温度:在助焊剂不受坏的范围内，焊锡温度最好高些。就自动焊接设备的防止不良发生对策而言，在选择机器参数的基本条件而进行分散分析之同时，助焊剂也有最适的要素条件，故同时必须检讨机器参数。当不良发生被限定时，例如，在同一个地方，连续的发生不良时，必须对包括基板之设计变更，全部重新下对策。五五.提高波峰质量的方法及效果提高波峰质量的方法及效果 1、插件元件与表面贴装元件同时组装于电路基板的混装工艺仍是当前电子产品中采用最普遍的一种组装形式，SMT混装波峰焊技术对工艺参数的要求是相当苛刻。焊接工艺参数选择不当，不但影响焊接质量，而且还会出现桥接、虚焊等焊接缺陷，严重影响焊接质量。下面将就一些提高波峰焊质量的方法和措施做些讨论。1.1焊盘设计 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0.050.2mm,焊盘直径的22.5倍时，是焊接比较理想的条件。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。1.2PCB平整度控制 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。1.3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。2.生产工艺材料的质量控制在波峰焊接中，使用的生产工艺材料有：助焊剂和焊料 分别讨论如下：2.1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。2.2焊料的质量控制 锡铅焊料在高温下（250）不断氧化，使锡锅中锡-铅焊料含锡量不断下降，偏离共晶点，导致流动性差，出现连焊、虚焊、焊点强度不够等质量问题。可采用以下几个方法来解决这个问题：添加氧化还原剂，使已氧化的SnO还原为Sn，减小锡渣的产生。不断除去浮渣。每次焊接前添加一定量的锡。采用含抗氧化磷的焊料。采用氮气保护，让氮气把焊料与空气隔绝开来，取代普通气体，这样就避免了浮渣的产生。这种方法要求对设备改型，并提供氮气。目前最好的方法是在氮气保护的氛围下使用含磷的焊料，可将浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少、工艺控制最佳。3.焊接过程中的工艺参数控制 3.1预热温度的控制预热的作用：使助焊剂中的溶剂充分发挥，以免印制板通过焊锡时，影响印制板的润湿和焊点的形成；使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，一般预热温度控制在120-180C，预热时间1-3分钟。3.2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3-7之间。3.3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1/2-1/3为准。3.4焊接温度 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+50C。4.常见焊接缺陷及排除产生原因及解决方法4.1.焊点不全：助焊剂喷涂量不足，预热不好，传送速度过快，波峰不平，元件氧化，焊盘氧化，焊锡有较多浮渣；加大助焊剂喷涂量，提高好预热温度、延长预热时间，降低传送速度，稳定波峰，除去元件氧化层或更换元件，更换PCB，除去浮渣桥联4.2桥接：焊接温度过高，焊接时间过长，轨道倾角太小；降低焊接温度，减少焊接时间，提高轨道倾角，焊锡冲上印制板，印制板压锡深度太深，波峰高度太高。焊接加热过程中也会产生焊料塌边，这个情况出现在预热和主加热两种场合，当预热温度在几十至一百范围内，作为焊料中成分之一的溶剂即会降低粘度而流出，如果其流出的趋是下分强烈的，会同时将焊料颗粒挤出焊区外的含金颗粒，在溶融时如不能返回到焊区内，也会形成滞留焊料球。除上面的因素外SMD元件端电极是否平整良好，电路线路板布线设计与焊区间距是否规范，阻焊剂涂敷方法的选择和其涂敷精度等会是造成桥接的原因。4.3立碑 片式元件在遭受急速加热情况下发生的翘立，这是因为急热元件两端存在的温差，电极端一边的焊料完全熔融后获得良好的湿润，而另一边的焊料完全熔融而引起湿润不良，这样促进了元件的翘立。因此，加热时要从时间要素的角度考虑，使水平方向的加热形成均衡的温度分布，避免急热的产生。六.波峰焊设备的保养维护计划的实施 设备的运行状况和设备的使用寿命来自于日常的人为的维护和改善.因此,本计划将阐明在波焊系统中怎样去做设备的维护和对设备维护的目的进行细致分析,以便使维护人员更加了解其重要性.一般地说,波峰焊接系统而言,整个过程有几个至关重要的参数需要管制和适时监控,.只有严格管理各个参数的最优化设置,才能将焊接不良降到有限小。1.及时清理周边的脏物,保证其清洁度(适时)2.及时的矫正输送轨道的变形,可用角度轨鉴定(1W/T)3.及时更换变形的爪牙(适时)4.用优化仪检测各个参数的正常性(1W/T)通过上述的分析,当然还有很多的因素但是我们日常工作的重点计划怎样去实施是另一个重点,因此我们建议制定实施细则,表格管控,记录追踪。如下几个确切的工作点:FLUX的更新和FLUXPOT的清洁-(1周/次)入口处.出口处齿轮的润滑加润滑油和清洁(1周/次)预热段耐热玻璃的清洁和预热段内部的清洁及线路检查(1周/次)锡槽的拆清和整型校正及其滤网的清洁(7周/次)锡波马达的润滑和内部轴承的拆洗与磨损更换(根据打油状况)(2月/次)欧姆处传动(检查项目)禁锢锣丝的松动(1周/次)联轴器的松动和偏位校正(1周/次)欧姆周边的清洁(适时)检查欧姆内部传动齿轮的磨损和打滑更换(3月/1次)焊接参数的校验,优化仪使用(1周/次)表格管制其稳定性,以后可2周/次输送轨道的检查,使用角度轨(2周/次)电器的检查,线路内部的清洁,预防电气故障(1月/次)可将以上九条进行执行表格管制和记录评估其实效性。注意