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线路板焊接 线路板波峰焊 线路板波峰焊接工艺流程

什么是波峰焊

将熔化的软钎焊料(铅锡合金),经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰就是波峰焊,波峰焊亦可通过向焊料池注入氮气来形成,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与电气连接的软钎焊。根据机器所使用不同几何形状的波峰,波峰焊系统可分许多种。
波峰焊流程:将元件插入相应的元件孔中 →预涂助焊剂→ 预热(温度90-100℃,长度1-1.2m) → 波峰焊(220-240℃)冷却 → 切除多余插件脚 → 检查。
以前的焊接是采用锡铅合金,但是铅是重金属对人体有很大的伤害。且随着人们对环境保护意识的增强。于是现在有了无铅工艺的产生。它采用了*锡银铜合金*和特殊的助焊剂且焊接温度的要求更高的预热温度,还要说一点,在PCB板过焊接区后要设立一个冷却区工作站,这一方面是为了防止热冲击,另一方面,如果有ICT的话会对检测有影响。

在大多数不需要小型化和大功率的产品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技术线路板,比如电视机、家庭音像设备以及数字机顶盒等,仍然都在用穿孔元件,因此需要用到波峰焊。从工艺角度上看,波峰焊机器只能提供很少一点最基本的设备运行参数调整。

生产工艺过程

通过传送带将线路板进入波峰焊机以后,会经过某个形式的助焊剂涂敷装置,在这里助焊剂利用波峰、发泡或喷射的方法涂敷到线路板上。由于大多数助焊剂在焊接时必须要达到并保持一个活化温度来保证焊点的完全浸润,因此线路板在进入波峰槽前要先经过一个预热区。助焊剂涂敷之后的预热可以逐渐提升PCB的温度并使助焊剂活化,这个过程还能减小组装件进入波峰时产生的热冲击。它还可以用来蒸发掉所有可能吸收的潮气或稀释助焊剂的载体溶剂,如果这些东西不被去除的话,它们会在过波峰时沸腾并造成焊锡溅射,或者产生蒸汽留在焊锡里面形成中空的焊点或砂眼。波峰焊机预热段的长度由产量和传送带速度来决定,产量越高,为使板子达到所需的浸润温度就需要更长的预热区。另外,由于双面板和多层板的热容量较大,因此它们比单面板需要更高的预热温度。

目前热辐射方式是波峰焊机基本上主要的预热方式,最常用的波峰焊预热方法有强制热风对流、电热板对流、电热棒加热及红外加热等。在这些方法中,强制热风对流通常被认为是大多数工艺里波峰焊机最有效的热量传递方法。在预热之后,线路板用单波(λ波)或双波(扰流波和λ波)方式进行焊接。对穿孔式元件来讲单波就足够了,线路板进入波峰时,焊锡流动的方向和板子的行进方向相反,可在元件引脚周围产生涡流。这就象是一种洗刷,将上面所有助焊剂和氧化膜的残余物去除,在焊点到达浸润温度时形成浸润。

对于混和技术组装件,一般在λ波前还采用了扰流波。这种波比较窄,扰动时带有较高的垂直压力,可使焊锡很好地渗入到安放紧凑的引脚和表面安装元件(SMD)焊盘之间,然后用λ波完成焊点的成形。在对未来的设备和供应商作任何评定之前,需要确定用波峰进行焊接的板子的所有技术规格,因为这些可以决定所需机器的性能。

波峰焊基础知识

波峰面 

一层氧化皮覆盖在波的表面﹐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以同样的速度移动波峰焊机 

焊点成型

当PCB进入波峰面前端(A)时﹐基板与引脚被加热﹐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﹐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 。 

防止桥联的发生

  1. 使用可焊性好的元器件/PCB 
  2. 提高PCB的预热温度﹐增加焊盘的湿润性能 
  3. 提高助焊剞的活性 
  4. 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 。 
  5. 提高焊料的温度

波峰焊机中常见的预热方法

  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  

波峰焊工艺曲线解析

  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 
  3. 预热温度:预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度(見右表) 
  4. 焊接温度:焊接温度是非常重要的焊接参数﹐通常高于焊料熔点(183°C )50°C ~60°C大多数情况是指焊锡炉的温度实际运行时﹐所焊接的PCB焊点温度要低于炉温﹐这是因为PCB吸热的结果