波峰焊接工艺技术的研究一2011/06/25

 1 引言
波峰焊是将熔化的焊料，经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰，使预先装有电子元器件的印制板通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。波峰焊用于印制板装联已有20多年的历史，现在已成为一种非常成熟的电子装联工艺技术，目前主要用于通孔插装组件和采用混合组装方式中的插装组件的焊接，图1是典型波峰焊外观图。

2 波峰焊工艺技术介绍
波峰焊有单波峰焊和双波峰焊之分。采用单波峰焊时，由于焊料的"遮蔽效应"容易出现较严重的质量问题，如漏焊、桥接和焊缝不充实等缺陷。而双波峰则较好地克服了这个问题，大大减少漏焊、桥接和焊缝不充实等缺陷，因此目前在表面组装中广泛采用双波峰焊工艺和设备。双波峰焊的结构组成见图2。
 

波峰锡过程：治具安装→喷涂助焊剂系统→预热→一次波峰→二次波峰→冷却。下面分别介绍各步内容及作用。

2．1 治具安装
治具安装是指给待焊接的PCB板安装夹持的治具，可以限制基板受热形变的程度，防止冒锡现象的发生，从而确保浸锡效果的稳定。
2．2 助焊剂系统
助焊剂系统是保证焊接质量的第一个环节，其主要作用是去除PCB和元器件焊接表面的氧化层和防止在焊接过程中再氧化。助焊剂的涂覆一定要均匀，尽量不要产生堆积，否则将导致焊接短路或开路。
涂覆助焊剂的方式有多种，包括喷雾式、喷流式和发泡式。目前一般使用喷雾式助焊系统，采用免清洗助焊剂。这是因为免清洗助焊剂中固体含量极少(不挥发无含量只有1／5～1／20)，所以必须采用喷雾式助焊系统涂覆助焊剂。在助焊剂系统中，一般都添加有防氧化系统，以防止氧化，避免焊接中造成助焊剂量不足，而导致焊料桥接和拉尖。
喷雾式有两种方式：一是采用超声波击打助焊剂，使其颗粒变小，再喷涂到PCB板上；二是采用微细喷嘴，在一定空气压力下喷雾助焊剂，这种喷涂均匀、粒度小，易于控制。
喷雾高度／宽度可自动调节，是今后发展的主流。
 

2．3 预热系统
2．3．1 预热系统的作用
助焊剂中的溶剂成份在通过预热器时，将会受热挥发。从而避免溶剂成份在经过液面时高温气化导致炸裂现象发生，最终消除产生锡粒的品质隐患。
待浸锡产品搭载的部件在通过预热器时的缓慢升温，可避免过波峰时因骤热产生的物理作用造成部件损伤的情形发生。
预热后的部件或端子在经过波峰时不会因自身温度较低的因素大幅度降低焊点的焊接温度，从而确保焊接在规定的时间内达到温度要求。

2．3．2 预热方法
波峰焊机中常见的预热方法有三种：空气对流加热；红外加热器加热；热空气和辐射相结合的方法加热。

2．3．3 预热温度
一般预热温度为180℃～210℃，预热时间为1min～3min。预热温度控制得好，可防止虚焊、拉尖和桥接，减小焊料波峰对基板的热冲击，可有效地避免焊接过程中PCB板翘曲、分层、变形问题。
2．4 焊接系统
焊接系统一般采用双波峰。在波峰焊接时，PCB板先接触第一个波峰，然后接触第二个波峰。第一个波峰是由窄喷嘴喷流出的"湍流"波峰，流速快，对组件有较高的垂直压力，使焊料对尺寸小、插装密度高的元器件的焊端有较好的渗透性；通过湍流的熔融焊料在所有方向擦洗组件表面，从而提高了焊料的润湿性，并克服了由于元器件的复杂形状和取向带来的问题；同时也克服了焊料的"遮蔽效应"。湍流波向上的喷射力足以使焊剂气体排出，因此，即使印制板上不设置排气孔也不存在焊剂气体的影响，从而大大减少了漏焊、桥接和焊缝不充实等焊接缺陷，提高了焊接可靠性。经过第一个波峰的产品，因浸锡时间短以及部件自身的散热等因素，浸锡后存在着很多的短路、锡多、焊点光洁度不正常以及焊接强度不足等不良内容。因此，紧接着必须进行浸锡不良的修正，这个动作由喷流面较平较宽阔、波峰较稳定的二级喷流进行。这是一个"平滑"的波峰，流动速度慢，有利于形成充实的焊缝，同时也可有效地去除焊端上过量的焊料，并使所有焊接面上焊料润湿良好，修正了焊接面，消除了可能的拉尖和桥接，获得充实无缺陷的焊缝，最终确保了组件焊接的可靠性。双波峰基本原理如图4。
 

2．5 冷却
浸锡后适当的冷却有助于增强焊点接合强度，同时，冷却后的产品更利于炉后操作人员的作业。因此，浸锡后产品需进行冷却处理。