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1、生产设备部 Page 1,Lead Free,2014年6月,波峰焊接技术及应用分析,工程部 Page 2,内容提要,无铅波峰焊概述 无铅波峰焊的工艺要求 无铅焊锡的常见缺陷及对策,工程部 Page 3,一、无铅波峰焊概述,工程部 Page 4,波峰焊是将熔融的液态焊料，借助叶泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波，插装了零件的PCB放置在传送链上，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。,什么是波峰焊,工程部 Page 5,波峰焊机的工位组成及其功能,工程部 Page 6,名 称：波峰焊装置 型 号：MWSI 厂 家：日东 控制编号：E009,设备介绍,工程
2、部 Page 7,MWSI的操作界面,工程部 Page 8,（一）插件,根据产品工艺指导书的要求将THT元件插装在PCB通孔上。,MI插件线,工程部 Page 9,（二）助焊剂,助焊剂是进行焊锡时所必需的辅助材料，是焊接时添加在焊点上的化合物，参与焊接的整个过程。,工程部 Page 10,助焊剂的作用 除去氧化物：为了使焊料与零件脚和焊盘表面的原子能充分接近，必须将妨碍两金属原子接近的氧化物和污染物去除，助焊剂正具有溶解这些氧化物、氢氧化物或使其剥离的功能。 防止零件脚、铜箔和焊料加热时氧化：焊接时，助焊剂先于焊料之前熔化，在焊料和零件脚与铜箔的表面形成一层薄膜，使之与外界空气隔绝，起到在加热
3、过程中防止零件脚和铜箔氧化的作用。 降低焊料表面的张力：使用助焊剂可以减小熔化后焊料表面张力，增加其流动性，有利于浸润。,工程部 Page 11,对助焊剂的要求 常温下必须稳定，熔点应低于焊料。 在焊接过程中具有较高的活化性，较低的表面张力，粘度小于焊料。 不产生有刺激性的气味和有害气体，熔化时不产生飞溅或飞沫。 绝缘好、无腐蚀性、残留物无副作用，焊接后的残留物易清洗。 形成的膜光亮、致密、干燥快、不吸潮、热稳定性好，具有保护零件脚和铜箔表面的作用。,工程部 Page 12,免清洗助焊剂 什么是免清洗？ 免清洗是指PCBA生产中采用的低固态含量、无腐蚀性的助焊剂，在惰性气体环境下焊接，焊后PC
4、B上的残留物极微、无腐蚀，且具有极高的表面绝缘电阻(SIR)，一般情况下不需要清洗既能达到离子洁净度的标准，可直接进入下道工序的工艺技术。 必须指出的是“免清洗”与“不清洗”是绝对不同的两个概念，所谓“不清洗”是指在PCBA生产中采用传统的松香助焊剂(RMA)或有机酸助焊剂，焊接后虽然板面留有一定的残留物，但不用清洗也能满足某些产品的质量要求。,工程部 Page 13,免清洗焊接工艺 在采用免清洗助焊剂后，虽然焊接工艺过程不变，但实施的方法和有关 的工艺参数必须适应免清洗技术的特定要求. 为了获得良好的免清洗效果，助焊剂涂敷过程必须严格控制两个参数， 即助焊剂的固态含量和涂敷量。 助焊剂的涂敷
5、 通常助焊剂的涂敷方式有发泡法和喷雾法两种。,工程部 Page 14,发泡法 在免清洗工艺中，不宜采用发泡法，其原因是： 发泡法的助焊剂是放置在敞开的容器内，由于免清洗助焊剂的溶剂含 量很高，特别容易挥发，从而导致固态含量的升高，因此在生产过程中用比重法来控制助焊剂的成分保持不变是有困难的，且溶剂的大量挥发也造成了污染和浪费； 由于免清洗助焊剂的固体含量极低，不利于发泡； 涂敷时不能控制助焊剂的涂敷量，涂敷也不均匀，往往有过量的助焊剂残留在板的边缘。 因此，采用发泡方式不能得到理想的免清洗效果。,工程部 Page 15,喷雾法 喷雾法适用于免清洗助焊剂的涂敷。 助焊剂被放置在一个密封的加压容器
6、内，通过喷口喷射出雾状助焊剂涂敷在PCB的表面，喷射器的喷射量、雾化程度和喷射宽度均可调节，所以能够精确地控制涂敷的焊剂量。 由于涂敷的焊剂是雾状薄层，因此板面的焊剂非常均匀，可确保焊接后的板面符合免清洗要求。同时，由于助焊剂完全密封在容器内，不必考虑溶剂的挥发和吸收大气中的水分，这样可保持焊剂比重(或有效成分)不变，一次加入至用完之前无需更换，较发泡法可减少稀释剂用量50%左右。 喷雾涂敷方式是免清洗工艺中首选的一种涂敷工艺。 注意：由于助焊剂中含有较多的易燃性溶剂，喷雾时散发的溶剂蒸气存在一定的爆燃危险性，因此设备需要具有良好的排风设施和必要的灭火器具。,工程部 Page 16,助焊剂的功
7、能指标,工程部 Page 17,涂敷助焊剂后，焊接件进入预热工序，通过预热挥发掉助焊剂中的溶剂部分，增强助焊剂的活性。同时减少PCB在波峰浸锡时的热冲击，减少PCB的变形翘曲。 常见预热方式有： 1.热风预热方式； 2.红外线发热管方式； 3.热空气和辐射相结合的方法加热 。 我司波峰焊采用的红外线发热管方式比较理想，因为发热原理是一种红外线辐射，可提高热效率，发热管上部再覆盖耐高温陶瓷玻璃，安全可靠，避免松香滴落在发热管上。,（三）预热,工程部 Page 18,将熔化的软钎焊料，经电动泵喷流成设计要求的焊料波峰, 使预先装有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
8、与电气连接的软钎焊。,（四）波峰焊接,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前面的锡波被推向前进，这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动。,工程部 Page 19,焊点成型原理,PCB离开焊料波时，分离点位与B1和B2之间的某个地方，分离后形成焊点。,当PCB进入波峰面前端(A)时，PCB与引脚被加热，并在未离开波峰面(B)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，
9、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，回落到锡槽中。,工程部 Page 20,焊接材料,能熔合两种或两种以上的金属，使之成为一个整体的易熔金属或合金都叫焊料。焊料的种类很多，焊接不同的金属使用不同的焊料。按其成分可分为锡铅焊料、锡银焊料、锡铜焊料等。按其耐温情况可分为高温焊料、低温焊料等。在一般电子产品装配中，通常使用锡铅焊料，俗称“焊锡”。 锡(Sn)是一种质软、低熔点的金属，其熔点为232，纯锡较贵，质脆而机械性能差；在常温下，锡的抗氧化性强，金属锡在高于13.2时呈银白色，低于13.2时呈灰色，低于-4
10、0变成粉末。 铅(Pb)是一种浅青色的软金属，熔点为327，机械性能差，可塑性好，有较高的抗氧化性和抗腐蚀性。铅属于对人体有害的重金属，在人体中积蓄能引起铅中毒。 锡铅合金当铅和锡以不同的比例熔成锡铅合金以后，熔点和其他物理性能都会发生变化。,工程部 Page 21,无铅焊料的类别,目前世界范围内已开发出的无铅焊料合金种类繁多，根据合金成分，大体上分为二元合金、三元合金及其它多元合金:,对无铅焊性能的评价基准是基于传统Sn-Pb焊料的性能。要求无铅焊料的性能，尽可能的接近Sn-Pb焊料，并且价格不能太高。,工程部 Page 22,（1）Sn-Zn系列焊料 缺点： 一、是在无铅焊料中润湿性最差
11、二、是容易氧化,必须在氮气保护下进行回流焊和波峰焊，氮气保护的目的， 是为了防止Sn-Zn焊料氧化，降低焊料的表面张力，提高润湿力。,工程部 Page 23,共晶点温度较高,例如Sn0.7Cu共晶点227，焊接温度接近280，现有的元 器件和设备，有的承受不了这么高的温度，另外焊点桥连，元 器件引脚中的铜向焊料中溶解会改变焊料的成分配比和熔点， 使波峰焊工艺参数不稳定。其优点是价格便宜，机械性能好 ， 对杂质元素敏感度低等。,（2）Sn-Cu焊料,工程部 Page 24,（3）Sn-Ag-Cu系列：,有优异的力学性能和抗蠕变疲劳特性。 Sn3.5Ag共晶 温度221，使用温度较高，Ag含量超过
12、3.5%，容易脆化引 起龟裂，在Sn-Ag中添加Cu可以降低焊料的熔点，增加焊 料的润湿力，提高机械强度。 因此，Sn-Ag-Cu得到普遍应用，是目前用的最多的无铅焊料。,工程部 Page 25,目前行业内广泛应用的较为成熟的无铅焊料,工程部 Page 26,实际使用的产品：,工程部 Page 27,1.一般控制锡炉输送带爬坡角度3-6度； 2.锡波浸入深度为PCB厚度的1/22/3，着锡时间35秒为宜，波峰高度在1040mm之间。 3.预热温度：一般要求PCB经预热后，焊点面温度达到： 单面板90100，双面板100110，多层板115125。 4.锡温：无铅锡温一般控制在2605.,锡炉参
13、数设定,(1)浸焊条件,工程部 Page 28,在PCB底面有SMD元件贴装情况时，要使用双波峰焊接 由于SMD没有DIP那样的安装插孔，焊接受热后挥发的气体无处散发，另外，SMD有一定的高度，又是高密度贴装，而焊料表面有张力作用，因而很难及时湿润渗透到贴装零件的每个角落，所以如果采用单波峰焊接，将会出现大量的漏焊及连锡，须采用双波峰解决上述问题。,（2）双波峰的焊接,同时使用双波峰焊接对应于元件孔通孔上锡有严格要求的场合。,采用双波峰焊接会加大锡渣氧化量的形成。,工程部 Page 29,1.运输速度与角度：运输速度决定焊接时间，速度过慢，则焊接时间长，对PCB与零件不利，速度过快则焊接时间过
14、短，易造成虚焊、假焊、漏焊、连锡、堆锡、气泡等现象。焊接接触焊料的时间3-5秒为宜。 2.预热温度：合适的预热温度可减少PCB的冲击，减少PCB的变形翘曲，提高助焊剂的活性。 3.焊料成份：进行焊接作业时，PCB或零件脚上的金属杂质会进入熔锡里，可能影响焊点的不良或者外观，需要周期性地检查一次锡炉中的焊锡成份，使其控制在标准范围内。铜的含量控制0.6%左右，过高时锡的流动变差，而影响焊锡效果，且含铜过高时焊点变脆，而影响寿命。,（3）影响焊接品质的主要因素,工程部 Page 30,4.助焊剂的比重：合适的比重会提高焊点的品质，比重太高即助焊剂浓度高，易出现PCB残留物增多、连锡、包焊等，甚至造
15、成绝缘电阻下降；助焊剂的比重过低易造成焊接不良，出现焊点拉尖、连锡、虚焊等现象，一般比重控制在0.800-0.830。比重太低会影响焊锡效果；比重太高，而太稠影响雾化效果，且零件面残留物太多，需要洗板(可根据供货商的配方比重决定)。 5.PCB线路设计及零件的可焊性及其他因素：PCB线路设计及零件的可焊性，PCB受潮，环境的污染，运送系统的污染及包装材料的污染对焊点品质都有影响。,工程部 Page 31,锡渣的堆积对波峰焊接是有害的。如果在锡槽里聚集有锡渣，则锡渣进入波峰里面的可能性会增加。可以通过设计锡泵系统来避免这种问题，使其从锡槽的底部而不是锡渣聚集的顶部抽取锡。采用惰性气体也可减少锡渣并节省费用。 氮气焊接可以减少锡渣节省成本，但是用户必须要承担氮气的费用以及输送系统的先期投资。通常需要折衷考虑上述两个方面的因素，因此必须确定减少维护以及由于焊点浸润更好因而缺陷率降低所节省下来的成本。,（4）锡渣,工程部 Page 32,冷却系统的要求：推荐使用快速冷却.,自然冷却时，因焊点内外的冷却速率及PCB和焊点冷却速率不一致，这样容易造成焊点裂锡我司波峰焊采用强制风冷。,（五）冷却,外置水冷机,强制风冷,工程部 Page 33,二、无铅波峰焊的
