電子組件的波峰焊接工藝介紹

中心論題：

• 焊料
• 波峰
• 波峰焊接後的冷卻

解決方案：

• 波峰焊接常用的焊料是共晶錫鉛合金：錫63％；鉛37％
• 掌握好焊料純度(按标準)、波峰溫度(230～250℃)、接觸波峰的總時間(3～5秒鍾)、印制闆浸入波峰中的深度(50～80％)
• 在波峰焊機的尾部增設冷卻工作站

在電子組件的組裝過程中，焊接起到瞭(le)相當重要的作用。它涉及到産品的性能、可靠性和質量等，甚至影響到其後的每一工藝步驟。此外，由於電子組件朝著(zhe)輕、薄、小的方向快速發展，爲焊接工藝提出瞭(le)一系列的難題，爲此，電子制造業的各個廠家圍繞SMT的焊接工藝展開瞭(le)激烈的競争，旨在進一步提高焊接質量，克服焊接中存在的短路、橋接、焊球和漏焊等缺陷，從而提高産品質量，滿足市場需求。 目前，廣泛使用的焊接工藝主要有波峰焊接和再流焊接。波峰焊接工藝主要是用於通孔和各種不同類型元件的焊接，是一種關鍵的群焊工藝。盡管波峰焊接工藝已有多年的曆史，而且還将繼續沿用下去，然而，我們要是能夠用上切實可行的、有生命力的波峰焊接工藝需持時日。因爲這種工藝必須達到快速、生産率高和成本合理等要求。換言之，這種工藝與焊接前的每一工藝步驟密切相關，其中包括資金投入、 PCB設計、元件可焊性、組裝操作、焊劑選擇、溫度/時間的控制、焊料及晶體結構等。

焊料

目前，波峰焊接常用的焊料是共晶錫鉛合金：錫63％；鉛37％，應時刻掌握焊錫鍋中的焊料溫度，其溫度應高於合金液體溫度183℃，並(bìng)使溫度均勻。過去，250℃的焊錫鍋溫度被視爲“标準”。随著(zhe)焊劑技術的革新，整個焊錫鍋中的焊料溫度的均勻性得到瞭控制，並(bìng)增設瞭預熱器，發展趨勢是使用溫度較低的焊錫鍋。在230—240℃的範圍内設置焊錫鍋溫度是很普遍的。 通常，組件沒有均勻的熱質量,要保證所有的焊點達到足夠的溫度，以便形成合格的焊點是必要的。重要的問題是要提供足夠的熱量，提高所有引線和焊盤的溫度，從而確保焊料的流動性，濕潤焊點的兩面。焊料的溫度較低就會降低對元件和基闆的熱沖擊，有助於減少浮渣的形成，在較低的強度下，進行焊劑塗覆操作和焊劑化合物的共同作用下，可使波峰出口具有足夠的焊劑，這樣就可減少毛刺和焊球的産生。 焊錫鍋中的焊料成份與時間有密切關系，即随著(zhe)時間而變化，這樣就導緻瞭浮渣的形成，這就是要從焊接的組件上去除殘餘物和其它金屬雜質的原因及在焊接工藝中錫損耗的原因。以上這些因素可降低焊料的流動性。在採購中，要規定的金屬微量浮渣和焊料的錫含量的上限，在各個标準中，(如象IPC/J-STD-006都有明確的規定)。在焊接過程中，對焊料純度的要求在ANSI/J-STD-001B标準中也有規定。除瞭對浮渣的限制外，對63％錫；37％鉛合金中規定錫含量不得低於61.5％。 波峰焊接組件上的金和有機泳層銅濃度聚集比過去更快。這種聚集，加上明顯的錫損耗，可使焊料喪失流動性，並(bìng)産生焊接問題。外表粗糙、呈顆粒狀的焊點常常是由於焊料中的浮渣所緻。由於焊錫鍋中的集聚的浮渣或組件自身固有的殘餘物暗淡、粗糙的粒狀焊點也可能是錫含量低的征兆，不是局部的特種焊點，就是錫鍋中錫損耗的結果。這種外觀也可能是在凝固過程中，由於振動或沖擊所造成的。 焊點的外觀就能直接體現出工藝問題或材料問題。爲保持焊料“滿鍋”狀态和按照工藝控制方案對檢查焊錫鍋分析是很重要的。由於焊錫鍋中有浮渣而“倒掉”焊錫鍋中的焊劑，通常來說是不必要的，由於在常規的應用中要求往錫鍋中添加焊料，使錫鍋中的焊料始終是滿的。在損耗錫的情況下，添加純錫有助於保持所需的濃度。爲瞭監控錫鍋中的化合物，應進行常規分析。如果添加瞭錫，就應採樣分析，以確保焊料成份比例正確。 浮渣過多又是一個令人棘手的問題。毫無疑問，焊錫鍋中始終有浮渣存在，在大氣中進行焊接時尤其是這樣。使用“芯片波峰”這對焊接高密度組件很有幫助，由於暴露於大氣的焊料表面太大，而使焊料氧化，所以會産生更多的浮渣。焊錫鍋中焊料表面有瞭浮渣層的覆蓋，氧化速度就放慢瞭。在焊接中，由於錫鍋中波峰的湍流和流動而會産生更多的浮渣。 推薦使用的常規方法是将浮渣撇去，要是經常進行撇削的話，就會産生更多的浮渣，而且耗用的焊料更多。浮渣還可能夾雜於波峰中，導緻波峰的不穩定或湍流，因此要求對焊錫鍋中的液體成份給予更多的維護。如果允許減少錫鍋中焊料量的話，焊料表面的浮渣會進入泵中，這種現象很可能發生。有時，顆粒狀焊點會夾雜浮渣。最初發現的浮渣，可能是由粗糙波峰所緻，而且有可能堵塞泵。錫鍋上應配備可調節的低容量焊料傳感器和報警裝置。

波峰

在波峰焊接工藝中，波峰是核心。可将預熱的、塗有焊劑、無污物的金屬通過傳送帶送到焊接工作站，接觸具有一定溫度的焊料，而後加熱，這樣焊劑就會産生化學反應，焊料合金通過波峰動力形成互連，這是很關鍵的一步。目前，常用的對稱波峰被稱爲主波峰，設定泵速度、波峰高度、浸潤深度、傳送角度及傳送速度，爲達到良好的焊接特性提供全方位的條件。應該對數據進行适當的調整，在離開波峰的後面(出口端)就應使焊料運行降速，並(bìng)慢慢地停止運行。PCB随著(zhe)波峰運行最終要将焊料推至出口。在理想的情況下，焊料的表面張力和理想化的闆的波峰運行，在組件和出口端的波峰之間可實現零相對運動。這一脫殼區域就是實現瞭去除闆上的焊料。應提供充分的傾角，不産生橋接、毛刺、拉絲和焊球等缺陷。 有時，波峰出口需具有熱風流，以確保排除可能形成的橋接。在闆的底部裝上表面貼裝元件後，有時，補償焊劑或在後面形成的“苛刻的波峰”區域的氣泡，而進行的波峰整平之前，使用湍流芯片波峰。湍流波峰的高豎直速度有助於保證焊料與引線或焊盤的接觸。在整平的層流波峰後面的振動部分也可用來消除氣泡，保證焊料實現滿意的接觸組件。 焊接工作站基本上應做到：高純度焊料(按标準)、波峰溫度(230～250℃)、接觸波峰的總時間(3～5秒鍾)、印制闆浸入波峰中的深度(50～80％)，實現平行的傳送軌道和在波峰與軌道平行狀态下錫鍋中焊劑含量。

波峰焊接後的冷卻

通常在波峰焊機的尾部增設冷卻工作站。爲的是限制銅錫金屬間化合物形成焊點的趨勢，另一個原因是加速組件的冷卻，在焊料沒有完全固化時，避免闆子移位。快速冷卻組件，以限制敏感元件暴露於高溫下。然而，應考慮到侵蝕性冷卻系統對元件和焊點的熱沖擊的危害性。 一個控制良好的“柔和穩定的”、強制氣體冷卻系統應不會損壞多數組件。使用這個系統的原因有兩個：能夠快速處理闆，而不用手夾持，並(bìng)且可保證組件溫度比清洗溶液的溫度低。人們所關心的是後一個原因，其可能是造成某些焊劑殘渣起泡的原因。另一種現象是有時會出現與某些焊劑浮渣産生反應的現象，這樣，使得殘餘物“清洗不掉”。 在保證焊接工作站設置的數據滿足所有的機器、所有的設計、採用的所有材料及工藝材料條件和要求方面沒有哪個定式能夠達到這些要求。必須瞭(le)解整個工藝過程中的每一步操作。

結論

總之，要獲得理想的焊接質量，滿足用戶的需求，必須控制焊接前、焊接中的每一工藝步驟，因爲SMT的整個組裝工藝的每一步驟都互相關聯、互相作用，任一步有問題都會影内到整體的可靠性和質量。焊接操作也是如此，所以應嚴格控制所有的參(cān)數、時間/溫度、焊料量、焊劑成分及傳送速度等等。對焊接中産生的缺陷，應及早查明起因，進行分析，採(cǎi)取相應的措施，将影響質量的各種缺陷消滅在萌芽狀态之中。這樣，才能保證生産出的産品都符合技術規範。