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1、波峰炉的工艺参数及常见问题(PGD-TE02-005) 一、 工艺方面:工艺方面主要从助焊剂在波峰炉中的使用方式,以及波峰炉的锡波形态这两 个方面作探讨;1、在波峰炉中助焊剂的使用工艺一般来讲有以下几种:发泡、喷雾、喷射 等;A、当使用“发泡”工艺时,应该注意的是助焊剂中稀释剂添加的问题,因 为助焊剂在使用过程中容易挥发,易造成助焊剂浓度的升高, 如果不能及时添加 适量的稀释剂,将会影响焊接效果及PCB板面光洁程度;B、如果使用“喷雾”工艺,则不需添加或添加很少量的稀释剂,因为密封 的喷雾罐能够有效地防止助焊剂的挥发,只需根据需要调整喷雾量即可; 并要选 择固含较低的最好不含松香树脂成份的,适
2、合喷雾用的助焊剂;C、因为“喷射”时易造成助焊剂的涂布不均匀,且易造成原材料的浪费等 原因,目前使用喷射工艺的已不多。2、锡波形态主要分为单波峰和双波峰两种:A、单波峰:指锡液喷起时只形成一个波峰,一般在过一次锡或只有插装件 的 PCB时所用;B、双波峰:如果 PCB上既有插装件又有贴片元器件,这时多用双波峰,因 为两个波峰对焊点的作用较大,第一个波峰较高, 它的主要作用是焊接; 第二个 波峰相对较平,它主要是对焊点进行整形;二、 相关参数:波峰炉在使用过程中的常见参数主要有以下几个:1、预热:A、 “预热温度”一般设定在90-110, 这里所讲“温度”是指预热后PCB 板焊接面的实际受热温度
3、, 而不是“表显”温度; 如果预热温度达不到要求, 则 易出现焊后残留多、易产生锡珠、拉锡尖等现象;B、影响预热温度的有以下几个因素,即:PCB 板的厚度、走板速度、预热 区长度等;B1、PCB的厚度,关系到 PCB 受热时吸热及热传导的这样一系列的问题,如果 PCB较薄时,则容易受热并使PCB “零件面”较快升温,如果有不耐热冲击的 部件,则应适当调低预热温度;如果PCB较厚,“焊接面”吸热后,并不会迅速 传导给“零件面”,此类板能经过较高预热温度;B2、走板速度:一般情况下,我们建议客户把走板速度定在1.1-1.2米/ 分 钟这样一个速度, 但这不是绝对值; 如果要改变走板速度, 通常都应
4、以改变预热 温度作配合; 比如:要将走板速度加快, 那么为了保证 PCB焊接面的预热温度能 够达到预定值,就应当把预热温度适当提高;B3、预热区长度:预热区的长度影响预热温度,这是较易理解的一个问题, 我们在调试不同的波峰焊机时,应考虑到这一点对预热的影响;预热区较长时, 温度可调的较接近想要得到的板面实际温度;如果预热区较短, 则应相应的提高 其预定温度。2、锡炉温度:以使用63/37 的锡条为例,一般来讲此时的锡液温度应调在 245 至 255为合适,尽量不要在超过260,因为新的锡液在 260以上的温度 时将会加快其氧化物的产生量。基于以上参数所定的波峰炉工作曲线图如下:3、链条(或称输
5、送带)的倾角: A、 这一倾角指的是链条(或PCB板面) 与锡液平面的角度; B、 当 PCB板走过锡液平面时,应保证PCB零件面与锡液 平面只有一个切点;而不能有一个较大的接触面;示意图如下: C、当没有倾角 或倾角过小时,易造成焊点拉尖、沾锡太多、连焊多等现象的出现;当倾角过大 时,很明显易造成焊点的吃锡不良甚至不能上锡等现象。4、风刀:在波峰炉使用中,“风刀”的主要作用是吹去PCB板面多余 的助焊剂,并使助焊剂在PCB零件面均匀涂布;一般情况下,风刀的倾角应在 100 左右;如果“风刀”角度调整的不合理,会造成PCB表面焊剂过多,或涂布 不均匀,不但在过预热区时易滴在发热管上,影响发热管
6、的寿命, 而且会影响焊 完后 PCB表面光洁度,甚至可能会造成部分元件的上锡不良等状况的出现。参考 下图:风刀角度可请设备供应商在调试机器进行定位,在使用过程中的维修、 保养 时不要随意改动。5、锡液中的杂质含量:在普通锡铅焊料中,以锡、铅为主元素;其他少量 的如:锑( Sb)、铋(Bi)、铟( In )等元素为添加元素以外,其他元素如:铜 (Cu )、铝(Al)、砷(As)等都可视为杂质元素; 在所有杂质元素中, 以“铜” 对焊料性能的危害最大, 在焊料使用过程中,往往会因为过二次锡(剪脚后过锡), 而造成锡液中铜杂质或其它微量元素的含量增高,虽然这部分金属元素的含量不 大,但是在合金中的影
7、响却是不可忽视的,它会严重地影响到合金的特性,主要 表现在合金中出现不熔物或半熔物、以及熔点不断升高, 并导至虚焊、 假焊的产 生; 另外杂质含量的升高会影响焊后合金晶格的形成,造成金属晶格的枝状结构, 表现出来的症状有焊点表面发灰无金属光泽、焊点粗糙等。所以, 在波峰炉的使用过程中, 应重点注意对波峰炉中铜等杂质含量的控制; 一般情况下,当锡液中铜杂质的含量超过0.3% 时, 我们建议客户作清炉处理。但是,这些参数需要专业的检验机构或焊料生产厂商才能检测,所以,焊料 使用厂商应与焊料供应商沟通, 定期进行锡液中杂质含量的检测,如半年一次或 三个月一次,这需要根据具体的生产量来定。三、 波峰炉
8、使用过程中常见问题的探讨 波峰炉在使用过程中,往往会出现各种各样的问题,如焊点不饱满、短路、 PCB板面残留脏、 PCB板面有锡渣残留、虚焊、假焊、焊后漏电等各种问题;这 些问题的出现严重地影响了产品质量与焊接效果;为了解决这些问题, 我们建议 客户应该从以下几个方面着手:第一,检查锡液的工作温度。 因为锡炉的仪表显示温度总会与实际工作温度 有一定的误差, 所以在解决此类问题时, 应该掌握锡液的实际温度, 而不应过分 依赖“表显温度”; 一般状况下, 使用 63/37 比例的锡铅焊料时, 建议波峰炉的 工作温度在 245-255之间即可,但这不是绝对不变的一个数值,遇到特殊状况 时还是要区别对
9、待;第二,检查 PCB 板在浸锡前的预热温度。 通常状况下, 我们建议预热温度应 在 90-110之间,如果 PCB 上有高精密的不能受热冲击的元件,可对相关参数 作适当调整;这里要求的也是 PCB 焊接面的实际受热温度, 而不是“表显温度”;第三、检查助焊剂的涂布是否有问题。无论其涂布方式是怎样的, 关键要求 PCB在经过助焊剂的涂布区域后,整个板面的助焊剂要均匀,如果出现部分零件 管脚有未浸润助焊剂的状况, 则应对助焊剂的涂布量、 风刀角度等方面进行调整 了。第四,检查助焊剂活性是否适当。 如果助焊剂活性过强, 就可能会对焊接完 后的 PCB造成腐蚀 ; 如果助焊剂的活性不够,PCB 板面
10、的焊点则会有吃锡不满等 状况;如果锡脚间连锡太多或出现短路, 则表明助焊剂的载体方面有问题, 即润湿 性不够 , 不能使锡液有较好的流动 ; 出现以上问题时,应该与助焊剂供货厂商寻求 解决方案,对助焊剂的活性及润湿性方面作适当调整;第五,检查锡炉输送链条的工作状态。 这其中包括链条的角度与速度两个问 题,通常建议客户把链条角度定在5-6 度之间(见本文第二节第3 点之论述), 送板速度定在每分钟1.1-1.2米之间;就链条角度而言, 用经验值来判断时, 我 们可以把 PCB上板面比锡波最高处高出1/3 左右,使 PCB过锡时能够推动锡液向 前走, 这样可以保证焊点的可靠性; 在不提高预热温度及
11、锡液工作温度的状况下, 如果提高 PCB的输送速度,会影响焊点的焊接效果;就以上所有指标参数而言,绝不是一成不变的数据,他们之间是相辅相承、 互相影响与制约的关系; 比如我们要提高生产量, 就要提高链条的输送速度, 速 度提高以后, 相应的预热温度一定要提高, 否则就会使 PCB 板过锡时因温差过大 而产生各种问题, 严重时会造成锡液的飞溅拉尖等;另外,我们还要提高锡液的 工作温度,因为输送速度快了,PCB 板面与锡液的接触时间就短了,同时锡液的 “热补偿”也达不到平衡状态, 严重时会影响焊接效果, 所以提高锡液的温度是必要的。第六、检验锡液中的杂质含量是否超标。(关于此点内容请参照本文第二节
12、 第 5 点相关论述)第七,为了保证焊接质量,选择适当的助焊剂也是很关键的问题。首先确定 PCB是否是“预涂覆板” (单面或双面的 PCB板面预涂覆了助焊剂 以防止其氧化的我们称之为“预涂覆板”),此类 PCB板在使用一般的免清洗低 固含量的助焊剂焊接时,PCB 板表面就有可能会出现“泛白”现象:轻微时PCB 板面会有水渍纹一样的斑痕, 严重时 PCB板面会出现白色结晶残留; 这种状况的 出现严重地影响了PCB的安全性能与整洁程度。如果您所用的PCB是预覆涂板, 则建议您选用松香树脂型助焊剂,如果要求板面清洁, 可在焊接后进行清洗; 或 选择与所焊 PCB上的预涂助焊剂中松香相匹配的免清洗助焊
13、剂。如果是经热风整平的双层板或多层板,因其板面较清洁, 可选用活性适当的 免清洗助焊剂, 避免选择活性较强的免洗助焊剂或树脂型助焊剂;如果有强活性 的助焊剂进入 PCB板的“贯穿孔”,其残留物将很有可能会对产品本身造成致命 的伤害。第八、如果 PCB板面上总是有少部分零件脚吃锡不良。这时可检查PCB板 的过锡方向及锡面高度, 并辅助调整输送PCB 的速度来调节; 如果仍解决不了此 问题,可以检查是否因为部分零件脚已经氧化所致。第九、 在保证上述使用条件都在合理范围内, 如果仍出现 PCB 不间断有虚焊、 假焊或其他的焊接不良状况。 可检查 PCB否有氧化现象, 板孔与管脚是否成比例 等,以及
14、PCB板的设计、制造、保存是否合理、得当等。习惯上,当出现焊接不良的状况时, 大多数的客户第一反应就是“焊料有问 题”,其实这种观念是不完全正确的。经过以上的分析可以看出, 造成焊接不良 的原因有很多,不仅有“焊料”、 “助焊剂”的问题, 很多时候与客户自身工艺、 设备、生产工作环境、 PCB板材、元器件等各多种因素有关。出现了焊接不良的状况, 焊料使用厂商应从多个角度去分析,并及时通知供 应商进行协查;大多数的客户在遇到焊接问题时, 第一时间内会通知焊料供应商, 这也反映了客户对焊料供应商的信任;建议客户对供应商的分析意见予以客观、 全面的听取, 避免持对立或怀疑情绪; 这也要求客户在选择供应商时,应选择技 术支持能力强、售后服务较好的供应商配合。