全面波峰焊工艺讲解课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,全面波峰焊工艺讲解,全面波峰焊工艺讲解,1,内容,1、,波峰焊原理,2、,波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求,3、,波峰焊材料,4、,波峰焊工艺流程,5、,波峰焊操作步骤,6,、,检验,7、,波峰焊工艺参数控制要点,8、,波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策,9、,无铅波峰焊特点及对策,内容1、 波峰焊原理,2,波峰焊主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺,以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺,波峰焊主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺,以及表,3, ,印刷贴片胶 贴装元器件 胶固化 插装元器件 波峰焊,波峰焊工艺,波峰焊工艺,4,波峰焊是利用熔融焊料循环流动的波峰与装有元器件的,PCB,焊接面相接触,以一定速度相对运动时实现群焊的焊接工艺。,与手工焊接相比较,波峰焊具有生产效率高、焊接质量好、可靠性高等优点。,适用于,SMD,的波峰焊设备有双波峰或电磁泵波峰焊机。,适合波峰焊的表面贴装元器件有矩形和圆柱形片式元件、,SOT,以及较小的,SOP,等器件。,波峰焊是利用熔融焊料循环流动的波峰与装有元器件的PCB,5,SMD,波峰焊时造成阴影效应,SMD波峰焊时造成阴影效应,6,1、,波峰焊原理,下面以双波峰机为例来说明波峰焊原理。,当完成点(或印刷)胶、贴装、胶固化、插装通孔元器件的印制板从波峰焊机的人口端随传送带向前运行,通过助焊剂发泡(或喷雾)槽时,使印制板的下表面和所有的元器件端头和引脚表面均匀地涂敷一层薄薄的助焊剂;,1、 波峰焊原理,7,随传送带运行印制板进入预热区(预热温度在,90,130,),预热的作用:助焊剂中的溶剂被挥发掉,如此能够减少焊接时产生气体;助焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化,能够去除印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物,同时起到保护金属表面防止发生高温再氧化的作用使印制板和元器件充分预热,幸免焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。,随传送带运行印制板进入预热区(预热温度在90130,8,印制板接着向前运行,印制板的底面首先通过第一个熔融的焊料波,第一个焊料波是乱波(振动波或紊流波),使焊料打到印制板的底面所有的焊盘、元器件焊端和引脚上,熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润和扩散。然后印制板的底面通过第二个熔融的焊料波,第二个焊料波是平滑波,平滑波将引脚及焊端之间的连桥分开,并将去除拉尖等焊接缺陷。当印制板接着向前运行离开第二个焊料波后,自然降温冷却形成焊点,即完成焊接。,振动波 平滑波,PCB,运动方向,印制板接着向前运行,印制板的底面首先通过第一个熔融的,9,焊点的形成过程,当,PCB,进入波峰面前端,A,处至尾端,B,处时,PCB,焊盘与引脚全部浸在焊料中,被焊料,润湿,开始发生扩散反应,此时焊料是连成一片(桥连)的。当,PCB,离开波峰尾端,的瞬间,由于焊盘和引脚表面与焊料之间金属间合金层的结合力(润湿力),使少量焊料沾附在焊盘和引脚上,此时焊料与焊盘之间的润湿力,大于,两焊盘之间焊料的内聚力,使各焊盘之间的焊料分开,并由于表面张力的作用使焊料以引脚为中心,收缩到最小状态,形成饱满、半月形焊点。,相反,假如焊盘和引脚可焊性差或温度低,就会出现焊料与焊盘之间的润湿力,小于,两焊盘之间焊料的内聚力,造成桥接、漏焊或虚焊。,PCB,与焊料波分离点位于,B1,和,B2,之间某个位置,分离后形成焊点。,焊点的形成过程 当PCB进入波峰面前端A处至尾,10,波峰焊时流体(锡波)在喷嘴与出口处的管道现象,0,0,处,PCB,运动方向与流体的流向相逆;,0,0,处,PCB,运动方向与流体的流向相同;,PCB,静止,V1,0,时,紧贴,PCB,板面流速为零,波峰表面保持静态;,V1,V2,时,焊料容易被焊盘和引脚一起被带着向前,易桥接和拉尖,V1,V2,时,可减少形成桥接和拉尖的发生几率;但,V1,过快,过度檫洗,反而会,造成焊点吃锡量减少,使焊点干瘪,甚至缺锡、虚焊 。,V,47,0,0,0,0,喷嘴,PCB,47,喷嘴,PCB,0,0,0,0,V1,V2,波峰焊时流体(锡波)在喷嘴与出口处的管道现象 00处PCB,11,波峰喷嘴示意图,增压腔,喷嘴,液态焊料液面,平滑焊料波,倾斜角可调的传送装置,焊料从远远低于液面处返回焊料槽,可调节的“侧板”,旋转“侧板”不同的倾斜角度,控制焊料流速,波峰喷嘴示意图 增压腔,12,通过以上分析能够得出结论:,除了与润湿、毛细管现象、扩散、溶解、表面张力之间互相作用有直截了当影响外,还与,PCB,传送速度、传送角度、焊锡波温度、粘度、焊锡波喷流的速度、,B2,处剩余锡的重力加速度有关,同时这种参数都不是独立的、它们互相之间都存在一定制约关系。,当传送角度、焊料波温度、粘度等条件都一定的情况下,对某一特定的,PCB,其,PCB,的传送速度与液态焊料流体速度都有一个最佳的配合关系。因此,如何找到这个最佳的配合关系,正是波峰焊工艺要掌握和控制的难点。,波峰焊焊点形成是一个特别复杂的过程,通过以上分析能够得出结论:除了与润湿、毛细管现象、扩散、溶解,13,双波峰焊理论温度曲线,双波峰焊理论温度曲线,14,双波峰焊实时温度曲线,双波峰焊实时温度曲线,15,2,波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求,a,应选择三层端头结构的表面贴装元器件,元器件体和焊端能经受两次以上,260,波峰焊的温度冲击,焊接后元器件体不损坏或变形,片式元件端头无脱帽现象;,外部电极(镀铅锡),中间电极(镍阻挡层),内部电极(一般为钯银电极),无引线片式元件端头三层金属电极示意图,2 波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求外部电极(镀铅锡),16,b,如采纳短插一次焊工艺,焊接面元件引脚露出印制板表面,0、8,3mm,;,c,基板应能经受,260/50s,的耐热性,铜箔抗剥强度好,阻焊膜在高温下仍有足够的粘附力,焊接后阻焊膜不起皱;,d,印制电路板翘曲度小于,0、8,1、0%,;,e,关于贴装元器件采纳波峰焊工艺的印制电路板必须依照贴装元器件的特点进行设计,元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量幸免互相遮挡的原则;,b 如采纳短插一次焊工艺,焊接面元件引脚露出印制板表面,17,3,波峰焊材料,3、1,焊料, 有铅焊料,一般采纳,Sn63/Pb37,棒状共晶焊料,熔点,183,。,使用过程中,Sn,和,Pb,的含量分别保持在,1%,以内;焊料的主要杂质的最大含量控制在以下范围内:,Cu,0、08%,Al,0、005%,Fe,0、02%,Bi,0、1%,Zn,0、002%,Sb,0、01%,As,0、03%,依照设备的使用情况定期(三个月至半年)检测焊料的主要杂质以及,Sn,和,Pb,的含量,不符合要求时更换焊锡或采取措施,例如当,Sn,含量少于标准时,可掺加一些纯,Sn,。,3 波峰焊材料3、1 焊料,18,无铅焊料,Sn-0、7Cu,或,Sn-0、7Cu-Ni,合金,其熔点为,227,。,(添加少量的,Ni,可增加流动性和延伸率),Sn-3Ag-0、5Cu,或,Sn-3、5Ag-0、75Cu,其熔点为,216,220,左右。(用于高,可靠产品,),Sn-0、5Ag-0、7Cu,;,Sn-1、0Ag-0、5Cu,等低,Ag,的,Sn-Ag-Cu,焊料,熔点,为,217227,性能鉴于,SAC305,和,Sn-0、7Cu,之间。, 无铅焊料Sn-0、7Cu或Sn-0、7Cu-Ni合金,其,19,3、2,助焊剂和助焊剂的选择,a、,助焊剂的作用:,助焊剂中的松香树脂和活性剂在一定温度下产生活性化反应,能去除焊接金属表面氧化膜,同时松香树脂又能保护金属表面在高温下不再氧化;,助焊剂能降低熔融焊料的表面张力,有利于焊料的润湿和扩散。,3、2 助焊剂和助焊剂的选择,20,b、,助焊剂的特性要求:,熔点比焊料低,扩展率,85%,;,黏度和比重比熔融焊料小,容易被置换,不产生毒气。焊剂的比重能够用溶剂来稀释,一般控制在,0、82,0、84,;,免清洗型助焊剂要求固体含量,2、0wt%,不含卤化物,焊后残留物少,不产生腐蚀作用,绝缘性能好,绝缘电阻,110,11,;,水清洗、半水清洗和溶剂清洗型助焊剂要求焊后易清洗;,常温下储存稳定。,b、 助焊剂的特性要求:,21,c、,助焊剂的选择:,依照清洗要求助焊剂分为免清洗、水清洗、半水清洗和溶剂清洗四种类型,依照松香的活性分类可分为,R,(非活性)、,RMA,(中等活性)、,RA,(全活性)三种类型,要依照产品对清洁度和电性能的具体要求进行选择。,一般情况下军用及生命保障类如卫星、飞机仪表、潜艇通信、保障生命的医疗装置、微弱信号测试仪器等电子产品必须采纳清洗型的助焊剂;其他如通信类、工业设备类、办公设备类、计算机等类型的电子产品可采纳免清洗或清洗型的助焊剂;一般家用电器类电子产品均可采纳免清洗型助焊剂或采纳,RMA,(中等活性)松香型助焊剂可不清洗。,c、 助焊剂的选择:依照清洗要求助焊剂分为免清洗、水清洗、半,22,3、3,稀释剂,当助焊剂的比重超过要求值时,可使用稀释剂进行稀释。不同型号的助焊剂应采纳相应的稀释剂。,3、4,防氧化剂,防氧化剂是为减少焊接时焊料在高温下氧化而加入的辅料,起节约焊料和提高焊接质量作用,目前主要采纳油类与还原剂组成的防氧化剂。要求防氧化剂还原能力强、焊接温度下不碳化。,3、3 稀释剂,23,3、5,锡渣减除剂,锡渣减除剂能使熔融的焊锡与锡渣分离,起到节约焊料的作用。,3、6,阻焊剂或耐高温阻焊胶带,用于防止波峰焊时后附元件的插孔被焊料堵塞 。,以上材料除焊料外,其它焊接材料应避光保存,期限为半年。,3、5 锡渣减除剂,24,4、,波峰焊工艺流程,焊接前准备开波峰焊机设置焊接参数首件焊接并检验连续焊接生产送修板检验。,4、 波峰焊工艺流程,25,5、,波峰焊操作步骤,5、1,焊接前准备,a、,插装前在待焊,PCB,(该,PCB,差不多过涂敷贴片胶、,SMC/SMD,贴片、胶固化)后附元器件插孔的焊接面涂阻焊剂或粘贴耐高温粘带,以防波峰焊后插孔被焊料堵塞。如有较大尺寸的槽和孔也应用耐高温粘带贴住,以防波峰焊时焊锡流到,PCB,的上表面(如水溶性助焊剂只能采纳阻焊剂,涂敷后放置,30min,或在烘灯下烘,15min,再插装元器件,焊接后可直截了当水清洗)。然后插装通孔元件。,5、 波峰焊操作步骤,26,b、,用比重计测量助焊剂比重,若比重大,用稀释剂稀释。,c、,将助焊剂倒入助焊剂槽,5、2,开炉,a、,打开波峰焊机和排风机电源。,b、,依照,PCB,宽度调整波峰焊机传送带(或夹具)的宽度,b、 用比重计测量助焊剂比重,若比重大,用稀释剂稀释。,27,5、3,设置焊接参数,a,发泡风量或助焊剂喷射压力:依照助焊剂接触,PCB,底面的情况确定。,b,预热温度:依照波峰焊机预热区的实际情况设定 (,90,130,),c,传送带速度:依照不同的波峰焊机和待焊接,PCB,的情况设定(,0、8,1、92m/min,),d,焊锡温度:(必须是打上来的实际波峰温度为,2505,时的表头显示温度),e,测波峰高度:调到超过,PCB,底面,在,PCB,厚度的,2/3,处,5、3 设置焊接参数,28,5、4,首件焊接并检验,(待所有焊接参数达到设定值后进行),a,把,PCB,轻轻地放在传送带(夹具)上,机器自动进行喷涂助焊剂、干燥、预热、波峰焊、冷却。,b,在波峰焊出口处接住,PCB,。,c,进行首件焊接质量检验。,5、5,依照首件焊接结果调整焊接参数,5、4 首件焊接并检验(待所有焊接参数达到设定值后进行),29,5、6,连续焊接生产,a,方法同首件焊接。,b,在波峰焊出口处接住,PCB,检查后将,PCB,装入防静电周转箱送修板后附工序(或直截了当送连线式清洗机进行清洗)。,c,连续焊接过程中每块印制板都应检查质量,有严重焊接缺陷的印制板,应马上重复焊接一遍。如重复焊接后还存在问题,应检查原因、对工艺参数作相应调整后才能接着焊接。,5、6 连续焊接生产 a 方法同首件焊接。,30,6,、,检验,检验方法:目视或用,2-5,倍放大镜观察,企业标准,国内外行业标准,IPC-A-610 C,IPC-A-610 D,检测标准,6、 检验 检验方法:目视或用2-5倍放大镜观察企业,31,通孔元件,优良焊点的条件,外观条件:,a,焊盘和引脚周围全部被焊料润湿,b,焊料量适中,幸免过多或少,c,焊点表面表面应完整、连续平滑,d,无针孔和空洞,e,焊料在插装孔中,100,填充,f,元件引脚的轮廓清楚可辨别,内部条件,优良的焊点必须形成适当的,IMC,金属间化合物(结合层),没有开裂和裂纹,通孔元件优良焊点的条件外观条件:,32,合格的焊点,(,IPC,标准),合格的焊点(IPC标准),33,IPC,标准(分三级),IPC标准(分三级),34,7、,波峰焊工艺参数控制要点,7、1,焊剂涂覆量,要求在印制板底面有薄薄的一层焊剂,要均匀,不能太厚,关于免清洗工艺特别要注意不能过量。焊剂涂覆量要依照波峰焊机的焊剂涂覆系统,以及采纳的焊剂类型进行设置。焊剂涂覆方法主要有涂刷、发泡及定量喷射两种方式。,7、 波峰焊工艺参数控制要点,35,采纳涂刷与发泡方式时,必须控制焊剂的比重。焊剂的比重一般控制在,0、8-0、84,之间(液态松香焊剂原液的比重),焊接过程中随着时间的延长,焊剂中的溶剂会逐渐挥发,使焊剂的比重增大,其黏度随之增大,流动性也随之变差,影响焊剂润湿金属表面,妨碍熔融的焊料在金属表面上的润湿,引起焊接缺陷,因此采纳传统涂刷及发泡方式时应定时测量焊剂的比重,如发现比重增大,应及时用稀释剂调整到正常范围内,但稀释剂不能加入过多,比重偏低会使焊剂的作用下降,对焊接质量也会造成不良影响。另外还要注意不断补充焊剂槽中的焊剂量,不能低于最低极限位置。,采纳定量喷射方式时,焊剂是密闭在容器内的,可不能挥发、可不能吸收空气中水分、可不能被污染,因此焊剂成分能保持不变。关键要求喷头能够控制喷雾量,应经常清理喷头,喷射孔不能堵塞。, 采纳涂刷与发泡方式时,必须控制焊剂的比重。焊剂的比,36,7、2,印制板预热温度和时间,预热的作用:,a,将焊剂中的溶剂挥发掉,如此能够减少焊接时产生气体,b,焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化,能够去除印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物,同时起到保护金属表面防止发生再氧化的作用,c,使印制板和元器件充分预热,幸免焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。,7、2 印制板预热温度和时间,37,印制板预热温度和时间要依照印制板的大小、厚度、元器件的大小和多少、以及贴装元器件的多少来确定。预热温度在,90,130,(,PCB,底面温度),多层板以及有较多贴装元器件时预热温度取上限,不同,PCB,类型和组装形式的预热温度参考,表,8-1,。,参考时一定要结合组装板的具体情况,做工艺试验或试焊后进行设置。有条件时可测实时温度曲线。,预热时间由传送带速度来控制。如预热温度偏低或和预热时间过短,焊剂中的溶剂挥发不充分,焊接时产生气体引起气孔、锡球等焊接缺陷;如预热温度偏高或预热时间过长,焊剂被提早分解,使焊剂失去活性,同样会引起毛刺、桥接等焊接缺陷。因此要恰当控制预热温度和时间,最佳的预热温度是在波峰焊前涂覆在,PCB,底面的焊剂带有粘性。,印制板预热温度和时间要依照印制板的大小、厚度、元器件,38,预热温度参考表,预热温度参考表,39,7、3,焊接温度和时间,焊接过程是焊接金属表面、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程,必须控制好焊接温度和时间,如焊接温度偏低。液体焊料的黏度大,不能特别好地在金属表面润湿和扩散,容易产生拉尖和桥连、焊点表面粗糙等缺陷;如焊接温度过高,容易损坏元器件,还会产生焊点氧化速度加快、焊点发乌、焊点不饱满等问题。,依照印制板的大小、厚度、印制板上搭载元器件的大小和多少来确定波峰焊温度,波峰温度一般为,2505,(必须测打上来的实际波峰温度)。由于热量是温度和时间的函数,在一定温度下焊点和元件受热的热量随时间的增加而增加,波峰焊的焊接时间通过调整传送带的速度来控制,传送带的速度要依照不同型号波峰焊机的长度、波峰的宽度来调整,以每个焊点接触波峰的时间来表示焊接时间,一般焊接时间为,3-4s,。,7、3 焊接温度和时间,40,7、4,印制板爬坡,(,传送带倾斜,),角度和波峰高度,印制板爬坡角度为,3,7,有利于排除残留在焊点和元件周围由焊剂产生的气体,有,SMD,时,通孔比较少,爬坡角度应大一些。,适当的爬坡角度还能够少量调节焊接时间。,适当的波峰高度使焊料波对焊点增加压力和流速有利于焊料润湿金属表面、流入小孔,波峰高度一般控制在印制板厚度的,2/3,处。,(a),爬坡角度小,焊接时间长,(b),爬坡角度大,焊接时间短,图,8-7,传送带倾斜角度与焊接时间的关系,7、4 印制板爬坡(传送带倾斜)角度和波峰高度(a)爬坡角度,41,7、5,工艺参数的综合调整,工艺参数的综合调整对提高波峰焊质量是特别重要的。,焊接温度和时间是形成良好焊点的首要条件。焊接温度和时间与预热温度、焊料波的温度、倾斜角度、传输速度都有关系。综合调整工艺参数时首先要保证焊接温度和时间。双波峰焊的第一个波峰一般在,235,240/1s,左右,第二个波峰一般在,240,260/3s,左右。两个波峰的总时间控制在,10s,以内。,焊接时间,=,焊点与波峰的接触长度,/,传输速度,焊点与波峰的接触长度能够用一块带有刻度的耐高温玻璃测试板走一次波峰进行测量。,传输速度是影响产量的因素。在,保证焊接质量的前提下,通过合理的综合调整各工艺参数,能够实现尽估计的提高产量的目的。,7、5 工艺参数的综合调整,42,7、6,波峰焊质量控制方法,(1),严格工艺制度,每小时记录一次温度等焊接参数。定时或对每块印制板进行焊后质量检查,发现质量问题,及时调整参数,采取措施。,(2),依照波峰焊机的开机工作时间,定期(一般半年)检测焊料锅内焊料的铅锡比例和杂质含量,假如锡的含量低于极限时,可添加一些纯锡,如杂质含量超标,应进行换锡处理。,(3),每天清理波峰喷嘴和焊料锅表面的氧化物等残渣。,(4),坚持定期设备维护,使设备始终保持在正常运行状态。,(5),把日常发生的质量问题记录下来,定期做总结、分析,积累经验。,7、6 波峰焊质量控制方法,43,8、,波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策,随着目前元器件变得越来越小,PCB,组装密度越来越密,另外由于免清洗助焊剂不含卤化物,固体含量不能超过,2%,因此去氧化和助焊作用大大减小,由于目前,无铅焊接,高温、润湿性差、工艺窗口小的特点,使波峰焊工艺的难度越来越大。,8、 波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策,44,8、1,影响波峰焊质量的因素,a,设备,b,材料,c,印制板,d,元器件,e PCB,设计,f,工艺,8、1 影响波峰焊质量的因素 a 设备,45,(一) 设备对波峰焊质量的影响,(一) 设备对波峰焊质量的影响,46,波峰焊机介绍,助焊剂喷雾系统,氮气保护装置,锡炉进出及升降,自动加锡装置,自动调整液面高度,波峰焊机介绍助焊剂喷雾系统 氮气保护装置 锡炉进出及升降 自,47,助焊剂涂覆装置,超声喷雾器,助焊剂喷嘴,滚筒助焊剂槽,发泡助焊剂槽,助焊剂涂覆装置超声喷雾器助焊剂喷嘴滚筒助焊剂槽发泡助焊剂槽,48,全面波峰焊工艺讲解课件,49,常见的几种波峰结构,T,形波,波,波,空心波,常见的几种波峰结构T形波波波空心波,50,主要技术参数,PCB,宽度,Max、350mm,PCB,传输速度,0,1、8m/min,传输导轨倾角,4,7,预热区长度,1800mm,(,2900mm,),预热区数量,2,预热区温度,室温,250,锡锅容锡量,600kg,锡锅温度,室温,350,锡炉功率,12KW,控温方式,P、I、D,助焊剂容量,Approx、20L,助焊剂流量,10,100ml/min,冷气发生系统,10,20,喷头移动方式,气缸,/,步送电机,启动功率,Max、30KW,正常运行功率,Approx、12KW,主要技术参数 PCB宽度Max、350mmPCB传输速度0,51,波峰焊机的评估,助焊剂喷涂系统的可控制性;,预热区长度和加热方式;,预热和焊接温度控制系统的稳定性;,波峰高度的稳定性及可调整性;,两个波峰之间的距离;,冷却系统的可控制性;,传输系统的平稳性;,以及是否配置了扰流(震动)波、热风刀、氮气保护等功能。,波峰焊机的评估助焊剂喷涂系统的可控制性;,52,选择性波峰焊机是无铅波峰焊的良好选择。,选择性波峰焊机是无铅波峰焊的良好选择。,53,(二)材料对波峰焊质量的影响,焊料质量,(合金配比与杂质对焊接质量的影响),焊剂,防氧化剂的质量,以及正确的管理和使用。,(二)材料对波峰焊质量的影响焊料质量(合金配比与杂质对焊接质,54,(,1,)焊料质量,(合金配比与杂质对焊接质量的影响),(1)焊料质量(合金配比与杂质对焊接质量的影响),55,(,3,),随时间延长,锡锅中合金比例发生变化、杂质也越来越多,引起熔点、黏度、表面张力的变化,造成波峰焊质量不稳定,严重时必须换锡。,合金配比对焊接温度的影响,(,1,)熔融,Sn,扩散,Pb,不扩散,Sn,的比例随时间延长越来越少,会提高熔点,焊接温度会越来越高。,(,2,),Cu,、,Ag,、,Au,等有浸析现象,因此,Cu,等杂质随时间延长越来越多。,最佳焊接温度线,液态,固态,(3)随时间延长,锡锅中合金比例发生变化、杂质也越来越多,引,56,Cu,等杂质,对焊接质量的影响,波峰焊时元件引脚、,PCB,焊盘中的,Cu,溶解到焊料中,当,Cu,含量超过,1%,时,焊料熔点上升,流动性变差,焊点易产生拉尖、桥接等缺陷,因此铜含量是经常检测的项目。,随时间延长,最初的设置温度焊不成了,必须提高温度才能焊好。这也是波峰焊的工艺难点之一。因为,合金比例,与杂质变化是动态的。,Cu等杂质对焊接质量的影响波峰焊时元件引脚、PCB焊盘中的C,57,锡炉中焊料的维护,适当补充纯,Sn,调整,SnPb,比例。,利用重力法来分离铜溶解污染形成的金属间化物,Cu,6,Sn,5,。,冷至,188,静置,8h,由于,Cu,6,Sn,5,比重为,8、28,而,SnPb,比重为,8、88、9,Cu,6,Sn,5,浮在表面可去除。,而无铅焊料比重为,7、297、39,比,Cu,6,Sn,5,轻,Cu,6,Sn,5,沉入锅底,无法使用重力法来分离。,加强设备的日常维护,锡炉中焊料的维护适当补充纯Sn,调整SnPb比例。,58,(,2,)助焊剂,对波峰焊质量的影响,在焊接过程中,助焊剂能净化焊接金属和焊接表面,因此助焊剂的活性直截了当影响浸润性。,(2)助焊剂对波峰焊质量的影响在焊接过程中,助焊剂能净化焊接,59,a、,去除被焊金属表面的氧化物;,b、,防止焊接时焊料和焊接表面的再氧化;,c、,降低焊料的表面张力,增强润湿性;,d、,有利于热量传递到焊接区。,助焊剂的作用,a、去除被焊金属表面的氧化物;助焊剂的作用,60,a、,松香型焊剂,b、,水溶性助焊剂,c、,免清洗助焊剂,d、,无挥发性有机化合物(,VOC,)的免清洗焊剂,近年来已开发出新一代无,VOC,免清洗助焊剂,以去离子水代替醇作为溶剂,再加入活性剂、发泡剂、润湿剂、非,VOC,溶剂等按一定比例配制。,水基无,VOC,免清洗助焊剂对波峰焊的预热过程提出了新的要求。假如在波峰焊前,水未完成挥发,当接触熔融焊料时会引起焊料飞溅、气孔和空洞。,四类常用助焊剂,a、 松香型焊剂四类常用助焊剂,61,(三)印制板对波峰焊质量的影响,PCB,焊盘镀层及氧化程度,金属化孔厚度与质量,阻焊膜的质量,PCB,的平整度,PCB,受潮与否:不要过早打开密封包装,对受潮,PCB,进行去潮处理。,以上因素直截了当影响焊接质量,会造成浸润性差、虚焊、漏焊、气孔、锡珠等焊接缺陷。,(三)印制板对波峰焊质量的影响PCB焊盘镀层及氧化程度以上因,62,(四)元器件对波峰焊质量的影响,元器件焊端与引脚镀层。,元器件焊端与引脚污染(包括贴片胶污染)或氧化,直截了当影响浸润性,会造成虚焊、漏焊、气孔、锡珠等焊接缺陷。,(四)元器件对波峰焊质量的影响元器件焊端与引脚镀层。直截了当,63,(五),PCB,设计对波峰焊质量的影响,PCB,焊盘设计与排布方向(尽量幸免阴影效应),以及插装孔的孔径和焊盘设计是否合理,也是影响波峰焊质量的重要因素。,(五)PCB设计对波峰焊质量的影响PCB焊盘设计与排布方向(,64,与波峰焊有关的,THC,(通孔插装元器件)焊盘设计,元件孔径和焊盘设计,元器件孔距,IC,焊盘设计,与波峰焊有关的THC(通孔插装元器件)焊盘设计 元件孔径,65,元件孔径和焊盘设计,a),元件孔径,元件孔径设计考虑的因素:,元件引脚直径、公差和镀层厚度;,孔径公差、金属化镀层厚度。,插装元器件焊盘。,孔径过大、过小都会影响毛细作用,影响浸润性和填充性,同时会造成元件歪斜, 元件孔径和焊盘设计a)元件孔径孔径过大、过小都会影响毛细,66,元件孔一定要设计在基本格、,1/2,基本格、,1/4,基本格上。,通常规定元件孔径,=,d,+(0、2,0、5) mm,(,d,为引线直径),插装元器件焊盘孔与引线间隙在,0、2,0、3mm,之间。,自动插装机的插装孔比引线大,0、4mm,。,假如引线需要镀锡,孔还要加大一些。,通常焊盘内孔不小于,0、6mm,否则冲孔工艺性不行,金属化后的孔径,0、2,0、3mm,的引线直径。如此有利于波峰焊的焊锡往上爬,同时利于排气,假如孔太小,气体跑不出来,会夹杂在焊锡里。孔太大元件容易偏斜。例:设计时大于引脚,0、2mm,镀层厚度,25m,引脚搪锡,0、1mm,只剩,0、2-0、025-0、1,0、075mm、,的余量。假如,0、2mm,结果引脚肯定插不进去,只好打孔,造成质量问题。,* 不允许用锥子打孔。,元件孔一定要设计在基本格、1/2基本格、1/4基本格上。,67,b),连接盘,(焊环),连接盘直径考虑的因素:,打孔偏差;,焊盘附着力和抗剥强度。,连接盘过大,由于焊盘吸热,容易造成焊点干瘪,连接盘过小,影响可靠性。,b)连接盘(焊环)连接盘过大,由于焊盘吸热,容易造成焊点干瘪,68,焊盘直径大于孔直径(焊盘宽度,S,)的最小要求:,国标:,0、2mm,最小焊盘宽度大于,0、1mm,。,航天部标准:,0、4mm,一边各留,0、,2mm,的最小距离。,美军标准:,0、26mm,时,一边各留,0、13,mm,的最小距离。,孔径,焊盘直径,D,引线直径,d,焊盘宽度,S,焊盘宽度,S,的最小要求,焊盘直径大于孔直径(焊盘宽度S )的最小要求:孔径焊盘直径,69,c),焊盘与孔的关系,孔直径,0、4mm,的焊盘设计:,D=(2、53)d,孔直径,2 mm,的焊盘设计:,D=(1、52)d,孔径,焊盘直径,D,引线直径,d,焊盘宽度,S,D,c) 焊盘与孔的关系 孔径焊盘直径D引线直径d焊盘宽度S,70,d),连接盘的形状由布线密度决定,一般有:圆形、椭圆、长方形、方形、泪滴形,可查标准。,焊盘一定在,2、54,栅格上。,f),焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于,1mm,如此能够幸免加工时导致焊盘缺损。,g),焊盘的开口:波峰焊后补焊的元件,可对该焊盘开一小口,如此波峰焊时内孔就可不能被封住,而且也可不能影响正常的焊接。,d) 连接盘的形状由布线密度决定,一般有:圆形、椭圆、长方形,71,h),多层板外层、单双面板上大的导电面积,应局部开设窗口,并最好布设在元件面;假如大导电面积上有焊接点,焊接点应在保持其导体连续性的基础上作出隔离刻蚀区域。防止焊接时热应力集中,。,h)多层板外层、单双面板上大的导电面积,应局部开设窗口,并最,72,插装元器件,孔,距应标准化,不要齐根成型。,跨接线通常只设,7、5,mm,10mm,。,元件名 孔距,R-1/4W,、,1/2W 10 mm; 12、5 mm ; 17、5mm,;,R1/2W (L+(23) mm,(,L,为元件身长),IN4148 7、5 mm,10 mm,12、5 mm,1N400,系列,10 mm,12、5 mm,小瓷片、独石电容,2、54 mm,小三极管、,3,发光管,2、54 mm,元器件孔距,孔距过大、过小都会造成插装困难,甚至损坏金属化孔。,插装元器件孔距应标准化,不要齐根成型。元器件孔距孔距过大、,73,IC,孔径,=0、8 mm,。,器件引脚间距,2、54(0、1,英寸,),封装体宽度有宽、窄,2,种,焊盘孔跨距为:,7、6mm,(,0、3,英寸)和,15、2mm,(,0、6,英寸),焊盘尺寸为:,2、2mm,。, IC,焊盘设计,IC孔径=0、8 mm 。 IC焊盘设计,74,与波峰焊有关的,SMC/SMD,(表面贴装元器件)焊盘设计,与波峰焊有关的SMC/SMD(表面贴装元器件)焊盘设计,75,SMD,波峰焊时造成阴影效应,SMD波峰焊时造成阴影效应,76,波峰焊工艺的元器件排布方向,波峰焊料流动方向,PCB,运行方向,a Chip,元件的长轴应垂直于波峰焊机的传送带方向;,SMD,器件长轴应平行于波峰焊机的传送带方向。,b,为了幸免阴影效应,同尺寸元件的端头在平行于焊料波方向排成一直线;不同尺寸的大小元器件应交错放置;小尺寸的元件要排布在大元件的前方;防止元件体遮挡焊接端头和引脚。当不能按以上要求排布时,元件之间应留有,3,5mm,间距。,(3),元器件的特征方向应一致如:电解电容器极性、二极管的正极、三极管的单引脚端、集成电路的第一脚等。,波峰焊工艺的元器件排布方向,77,减小阴影效应的措施,45,倒角处理,窃锡焊盘,延伸元件体外侧的焊盘长度,尾部增加,一个空焊盘,波峰方向,椭圆形焊盘,减小阴影效应的措施45倒角处理窃锡焊盘延伸元件体外侧的焊盘,78,QFP,焊盘设计:,A、 Pitch = 0、8/0、65mm,焊盘外框尺寸,Z= L,+ 0、6,L,:元件长(宽)方向公称尺寸,0、8,焊盘长,宽(,YX,),1、80、5,0、65,焊盘长,宽(,YX,),1、80、4,波峰焊时:,1,、,QFP,一般不建议波峰焊(只有单面板采纳),2,、,45,布局,3,、设计椭圆形焊盘,4,、,Z,值增加,0、40、6mm,5,、波峰尾部增加窃锡焊盘,QFP焊盘设计:波峰焊时:,79,c),波峰焊时,应将导通孔设置在焊盘的尾部或靠近焊盘。导通孔的位置应不被元件覆盖,便于气体排出。当导通孔设置在焊盘上时,一般孔与元件端头相距,0、254mm,。,0、254mm,波峰焊导通孔示意图,c) 波峰焊时,应将导通孔设置在焊盘的尾部或靠近焊盘。导通孔,80,全面波峰焊工艺讲解课件,81,(六)工艺对波峰焊质量的影响,助焊剂比重和喷涂量,预热和焊接温度,传输带倾斜角度和传输速度,波峰高度等参数的正确设置,以及工艺参数的综合调整。,(六)工艺对波峰焊质量的影响助焊剂比重和喷涂量,82,(七)加强设备的日常维护,每天清理助焊剂喷头,喷射孔不能堵塞。,每天清理波峰喷嘴和焊料锅表面的氧化物等残渣。,定期清洗传送轨和,PCB,夹持爪。,定期(一般半年)检测焊料锅内焊料的铅锡比例和杂质含量,假如锡的含量低于极限时,可添加一些纯锡,如杂质含量超标,应进行换锡处理。,坚持定期(日、周、月、季、半年、一年)设备维护:例如助焊剂喷涂系统、加热系统、冷却系统、,PCB,传送运行系统、传感器的清洁、润滑;锡锅温度、预热温度、,PCB,夹送速度、助焊剂喷涂系统的启动扫描速度和宽度等控制系统的精度、灵敏度校验与维护;使设备始终保持在正常运行状态。,(七)加强设备的日常维护每天清理助焊剂喷头,喷射孔不能堵塞。,83,8、2,波峰焊,常见焊接缺陷分析及预防对策,8、2 波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策,84,(1),焊料不足,焊料不足是指焊点干瘪、焊点不完整,不饱满。插装孔及导通孔中焊料填充高度不足,75,大多是半润湿引起的。,焊点不完整,元件面上锡不行,插装孔中,焊料不饱满,导通孔中,焊料不饱满,(1) 焊料不足焊料不足是指焊点干瘪、焊点不完整,不饱满,85,(2),焊料过多,元件焊端和引脚周围被过多的焊料包围,或焊点中间裹有气泡,不能形成标准的弯月面焊点。润湿角,90,。,(2) 焊料过多元件焊端和引脚周围被过多的焊料包围,或焊,86,(3),焊点拉尖,或称冰柱。焊点顶部拉尖呈冰柱状,小旗状。,(3) 焊点拉尖或称冰柱。焊点顶部拉尖呈冰柱状,小旗状。,87,(4),焊点桥接或短路,桥接又称连桥。元件端头之间、元器件,相邻的焊点,之间以及,焊点,与邻近的导线、过孔等电气上不该连接的部位被焊锡,连接在一起,(4) 焊点桥接或短路桥接又称连桥。元件端头之间、元器件,88,(5),漏焊、虚焊,元器件焊端、引脚或印制板焊盘不沾锡或局部不沾锡。,大多由于润湿不良造成。,(5) 漏焊、虚焊元器件焊端、引脚或印制板焊盘不沾锡或,89,全面波峰焊工艺讲解课件,90,(6),焊料球,又称焊锡球、焊锡珠。是指散布在焊点附近的微小珠状焊料。,(6) 焊料球又称焊锡球、焊锡珠。是指散布在焊点附近的微,91,(,7),气孔,分布在焊点表面或内部的气孔、针孔。,在焊点内部比较大的吹气孔也称空洞。,(7)气孔分布在焊点表面或内部的气孔、针孔。在焊点内部,92,(8),冷焊和焊点扰动,又称,焊点纹乱,。,焊点表面呈现焊锡紊乱痕迹。,(8)冷焊和焊点扰动又称焊点纹乱。,93,(9),锡丝、,锡网,元件焊端,之间、引脚之间、焊端或引脚,与通孔之间的微细锡丝。,粘着,在阻焊层的焊接残留称为锡网,(9) 锡丝、锡网 元件焊端,94,焊缝起翘又称焊点剥离(,Lift-off,),焊缝起翘,产生原因,预防对策,a,由于偏析现象造成,无,Pb,焊料与有,Pb,混用时,在焊锡与焊盘界面形成,Sn-Ag-Pb,的,174,的低熔点层,焊点凝固时,震动或,PCB,变形造成。,加强物料管理,无铅波峰焊不使用有铅元件;快速冷却;,PCB,传送系统要平稳,不发生震动或抖动,b,焊点冷却凝固时收冷凝缩现象造成。,快速冷却;,PCB,传送系统要平稳,不发生震动或抖动,c,焊料合金与,PCB,材料、,Cu,焊盘的热膨胀系数(,CTE,)不匹配,选择膨胀系数低的(特别是,Z,方向),PCB,材料,d,印制板受潮。,对印制板进行去潮处理。提高预热温度或延长预热时间。, 焊缝起翘又称焊点剥离(Lift-off) 焊缝起翘产生,95,元件损坏,产生原因:,MELF,在锡波中停留时间过长,估计碎裂;,冷却速度过快。,由于无铅高温,容易产生元件损坏, 元件损坏产生原因:由于无铅高温,容易产生元件损坏,96,焊料上吸(灯芯效应),焊锡从焊接处向上流走,造成焊点焊锡量不足,产生原因:,预热温度过高;,焊接时间过长。, 焊料上吸(灯芯效应) 焊锡从焊接处向上流走,造成焊点焊锡,97,热撕裂或收缩孔,热撕裂或收缩孔是无铅的焊接缺陷。严重时缩孔或热裂纹接触到引脚或焊盘,这种情况则认为是不可接受的。,产生热撕裂或收缩孔的主要原因,:,是无铅焊焊料合金的熔点高、粘度大、表面张力大、焊接时气体排不出来;焊点冷却凝固时体积收缩等原因造成的。,解决对策:,选择活性高的助焊剂;提高预热温度或延长预热时间;适当提高焊接温度,降低熔融焊料的表面张力,增加流动性。, 热撕裂或收缩孔热撕裂或收缩孔是无铅的焊接缺陷。严重时缩孔,98,其它,还有一些常见的问题,例如,板面脏,主要由于焊剂固体含量高、涂覆量过多、预热温度过高或过低,或由于传送带爪太脏、焊料锅中氧化物及锡渣过多等原因造成的。,白色殘留物,(俗称白霜),在焊接或溶剂清洗后基板表面的白色殘留物,通常是松香的殘留物。尽管不影响表面绝缘电阻,但客戶不接受。,可先用助焊剂再用溶剂清洗,。,假如清洗不掉,估计由于助焊剂过期老化,或暴露在空气中吸收水汽;也估计由于清洗剂(溶剂)中水分含量过高;或助焊剂与清洗剂不匹配;应请供应商协助或更换助焊剂或清洗剂。, 其它还有一些常见的问题,例如板面脏,主要由于焊剂固体含量,99,又例如焊接贴装元器件时经常发生,掉片(丢片),现象,其主要原因是贴片胶质量差或过期、点胶量和胶高度不合适、,PCB,表面污染、或由于贴片胶固化温度不正确,固化温度过低或过高都会降低粘接强度,波峰焊时由于经不起高温冲击和波峰剪切力的作用,使贴装元器件掉在焊料锅中。,又例如焊接贴装元器件时经常发生掉片(丢片)现象,其主要原因是,100,又例如,PCB,变形,一般发生在大尺寸,PCB,主要由于大尺寸,PCB,重量大或由于元器件布置不均匀造成重量不平衡,这需要,PCB,设计时尽量使元件分布均匀,在大尺寸,PCB,中间设计支撑带(可设计,5,10,mm,宽的非布元件区)。,又例如PCB变形,一般发生在大尺寸PCB,主要由于大尺寸PC,101,焊点灰暗,有的焊后就灰暗,有的半年,一年后变暗。残留在焊点上的有机助焊剂残留物长时间会輕微腐蝕而呈灰暗色。焊接后马上清洗可改善。定期采样分析,检测锡槽内合金比例及杂质含量。,焊点表面暗淡、粗糙,主要,原因是金属杂质的结晶。估计是锡锅中锡损耗,锡含量低的征兆。可添加纯锡;外表粗糙、呈颗粒状的焊点常常是由于焊料中的浮渣所致。錫槽液面高度太低,沉在四角底部的錫渣被泵打入錫槽內再噴流出来,使焊点中混入锡渣。一般要求錫槽液面高度为:不噴流靜止时錫面离錫槽边缘,10mm,。,焊点发黃,一般由于焊錫温度过高造成,应马上查看温度及温度控制器是否故障。,焊点灰暗 有的焊后就灰暗,有的半年一年后变暗。残留在焊,102,浮渣过多,是一个令人棘手的问题。双波峰的第一个波是扰流波,对,SMD,及高密度焊接特别有帮助,但由于湍流,大大增加了暴露于大气的液体焊料面积,加剧焊料氧化,产生更多的浮渣。,锡锅中焊料表面有了浮渣层的覆盖,氧化速度就放慢了。,在焊接中,常规方法是将浮渣撇去,如经常进行撇的话,就会产生更多的浮渣,而且耗用的焊料更多。假如不及时补充焊料,液面下降,浮渣及沉在四角底部的錫渣被泵打入錫槽內再噴流出来,浮渣夹杂于波峰中,导致波峰的不稳定,甚至堵塞泵及喷嘴,因此对锡锅中焊料量(液面高度)的控制与维护特别重要。,一般要求錫槽液面高度为:,不噴流靜止时錫面离錫槽边缘,10mm,浮渣过多是一个令人棘手的问题。双波峰的第一个波是扰流波,对S,103,A,面回流后,B,面波峰焊时,A,面焊点二次熔锡问题,主要由于设计或温度过高造成的,A面回流后,B面波峰焊时,A面焊点二次熔锡问题主要由于设计或,104,A,面再流焊,B,面波峰焊工艺时,BGA,的导通孔应设计盲孔,A,面再流焊,B,面波峰焊,由于二次熔锡,造成,BGA,焊点失效,A面再流焊,B面波峰焊工艺时,BGA的导通孔应设计盲孔A面,105,还有一些肉眼看不见的缺陷,例如焊点晶粒大小、焊点内部应力、焊点内部裂纹、焊点发脆、焊点强度差等,这些要通过,X,光、电镜扫描、焊点疲劳试验等手段才能检测到。,这些缺陷主要与焊接材料、印制板焊盘附着力、元器件焊端或引脚的可焊性以及温度曲线等因素有关。,例如焊接材料中杂质过多、,Sn/Pb,比例失调,造成焊点焊点发脆。,焊接温度过低、焊接时间过短,由于不能生成一定厚度的金属间合金层而造成焊点界面的机械结合强度差;但焊接温度过高或焊接时间过长,又会使金属间合金层厚度过厚、结构疏松,也会影响焊点机械强度。冷却速度过慢,会形成大结晶颗粒,造成焊点抗疲劳性差,但冷却速度过快,又容易产生元件体和焊点裂纹;,还有一些肉眼看不见的缺陷,例如焊点晶粒大小、焊点内部应力、焊,106,焊接过程是焊接金属表面、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程,波峰焊的焊接质量与印制板、元器件、焊料、焊剂、焊接温度和时间等工艺参数以及设备条件等诸多因素有关。在生产过程中要依照本单位的设备以及产品的具体情况通过选择适当的焊料和焊剂,调整工艺参数,不断总结经验,还要加强设备的日常维护,使设备始终处于良好状态,力求焊接不良率降到最低限度。,焊接过程是焊接金属表面、熔融焊料和空气等之间相互作用,107,总结,随着目前元器件变得越来越小,PCB,组装密度越来越密,尤其当前,无铅焊的焊接温度高、润湿性差、工艺窗口小的条件下,使波峰焊工艺的难度越来越大。,影响波峰焊质量的因素特别多。其中,PCB,设计、,PCB,加工质量、元器件和焊料质量是保证波峰焊质量的基础;,工艺控制是保证波峰焊质量的手段,。,在生产过程中通过综合调整助焊剂喷涂量、预热和焊接温度、传输速度、波峰高度等工艺参数,加强设备的日常维护等措施,能够使焊接不良率降到最低限度。,总结 随着目前元器件变得越来越小,PCB组装密度越来越,108,建议,1、,特别多缺陷与,PCB,设计有关,必须考虑,DFM,;,2、,特别多缺陷与,PCB,、元件质量有关,应选择合格的供应商,受控的物流、存储条件;,3、,特别多缺陷源于助焊剂活性不够。好的助焊剂能够经受住高温,防止桥接,改善通孔的透过率,4、,波峰焊的焊料温度尽估计设低,防止元件过热,材料损坏,尤其要控制混装工艺中二次回流;,5、,低的焊料温度能减轻焊锡氧化、减少锡渣,减轻熔融焊料对焊料槽及叶轮的侵蚀作用,限制,FeSn2,晶体的生成;,6、,优秀的工艺控制能够降低缺陷水平。,工艺参数的综合调,必须控制温度曲线;,7、,注意锡炉中焊料的维护,加强设备的日常维护,建议1、特别多缺陷与PCB设计有关,必须考虑DFM;,109,9,、,无铅波峰焊特点及对策,(在无铅工艺中专门介绍),9 、 无铅波峰焊特点及对策 (在无铅工艺中专门介绍),110,新技术介绍,通孔元件再流焊工艺,三种选择性波峰焊工艺,1,、掩膜板波峰焊,为每种,PCB,设计专用掩膜板,保护已焊好的表面贴装器件(此方式不需要买专用设备),2,、拖焊工艺:在单个小焊嘴焊锡波上拖焊。适用于少量焊点及单排引脚,。,3,、浸焊工艺:机械臂携带待焊,PCB,浸入固定位置焊嘴组的焊锡波上(多焊锡波)。浸入选择焊系统有多个焊锡嘴,与,PCB,待焊点是一对一设计的,。,因而对不同的,PCB,需制作专用的焊锡嘴 。,新技术介绍通孔元件再流焊工艺,111,感谢您的聆听！,感谢您的聆听！,112,