波峰焊工藝參數(shù)優(yōu)化

張鑫

(總裝重慶軍代局，重慶400060)

波峰焊工藝參數(shù)優(yōu)化

張鑫

(總裝重慶軍代局，重慶400060)

波峰焊主要用于傳統(tǒng)通孔插裝印制電路板電裝工藝以及表面組裝與通孔插裝元器件的混裝工藝。與手工焊接相比較，波峰焊具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。波峰焊接工藝是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，在實(shí)際生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制焊劑涂覆量、印制板預(yù)熱溫度、焊接溫度和時間、印制板爬坡角度和波峰高度；綜合調(diào)整其工藝參數(shù)，才能獲得較好的焊接質(zhì)量。

波峰焊；工藝參數(shù)；控制

0 前言

波峰焊接技術(shù)已廣泛應(yīng)于電子組裝業(yè)中。波峰焊接的各個工藝參數(shù)對電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量有著直接的影響，各工藝參數(shù)并非獨(dú)立，與設(shè)備、產(chǎn)品密切相關(guān)，所以各企業(yè)必須根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際優(yōu)化工藝參數(shù)。即使同一企業(yè)，對不同設(shè)備、不同產(chǎn)品也應(yīng)制定相應(yīng)不同的工藝參數(shù)。

1 穿孔安裝組件的波峰焊工藝要素的優(yōu)化

1.1 上機(jī)前的烘干處理

波峰焊接時，如因PCB板中的溶液和水分急劇蒸發(fā)形成高壓氣泡會使釬料從焊縫中噴出，并形成大量蒸汽。這些蒸汽截留在填充釬料中形成氣孔。為了消除PCB內(nèi)殘余的溶劑和水分，特別是在焊接中當(dāng)PCB上出現(xiàn)氣泡時，需對PCB板進(jìn)行上線前的預(yù)烘干處理。國內(nèi)某軍工廠(以下簡稱“X廠”)采用的是循環(huán)干燥箱，其工藝參數(shù)如表1所示。

表1 PCB板上線前的烘干溫度

表1的參數(shù)是對厚度1.5 mm以下的薄PCB；而對多層PCB板而言，預(yù)烘干溫度設(shè)計為105℃，持續(xù)2～4 h。要求烘干過程中電路板不能疊放在一起，否則內(nèi)層的PCB板就會被隔熱，達(dá)不到預(yù)烘干的效果。最好將PCB放在一個對流爐內(nèi)，每塊PCB板之間最少相距3 mm。PCB在上線之前進(jìn)一步預(yù)烘處理對消除PCB制板過程中所形成的殘余應(yīng)力，減少波峰焊接時PCB的翹曲和變形也是極為有利的。

1.2 預(yù)熱溫度與釬料溫度的選取

預(yù)熱是保證助焊劑在活化溫度下在PCB表面停留足夠的時間。X廠采用IF2005免清洗助焊劑，PCB元件表面的溫度要求控制在95℃～130℃。預(yù)熱溫度偏低會使焊后板面的助焊劑殘留物增多。

在最佳釬接條件下，焊點(diǎn)強(qiáng)度取決于釬接溫度。接合溫度在250℃時附件具有最高的接合強(qiáng)度，焊點(diǎn)表面具有最好的金屬光澤，并且能在界面處生成合適的金屬間化合物。若溫度進(jìn)一步提高，則容易生成其他金屬間化合物，導(dǎo)致接合強(qiáng)度降低。X廠采用的溫度的取值范圍為250℃±5℃。

1.3 夾送速度與夾送傾角

釬接時間可以通過夾送速度反映出來。被焊表面浸入和退出熔化釬料波峰的速度對潤濕質(zhì)量、釬料層的均勻性和厚度影響很大。波峰焊接中最佳夾送速度的確定需根據(jù)具體的生產(chǎn)效率、PCB基板和元件的熱容量、預(yù)熱溫度等綜合因素通過工藝測試確定。X廠的釬料波峰的熱交換區(qū)寬度為75 mm，浸漬時間3 s，夾送速度1.5 mm／min。目前公認(rèn)較好的夾送傾角范圍為6°～8°，X廠取7°。

1.4 波峰高度與壓波深度

一般波峰焊接機(jī)波峰高度可在0～10 mm之間調(diào)節(jié)，最適宜焊接的高度為6～8 mm，我國電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最佳波峰高度宜控制在7～8 mm，X廠的波峰高度設(shè)置在7 mm。

PCB板經(jīng)過波峰時浸入波峰的深度稱為壓波深度，深度過大產(chǎn)生橋連，深度過淺易發(fā)生局部漏焊。X廠對單面板浸入厚度的三分之一，對孔金屬化的板子則浸入厚度的三分之二。

2 表面安裝組件(SMA)波峰焊工藝要素的優(yōu)化

2.1 助焊劑涂覆與預(yù)熱溫度

由于安裝了SMC／SMD的PCB板凹凸不平，增加了助焊劑均勻涂覆的難度，要求噴霧頭的噴霧方向與PCB板面一定要垂直，以克服噴霧陰影效應(yīng)的產(chǎn)生。

SMA波峰焊接中預(yù)熱溫度不僅要考慮助焊劑所要求的激活溫度，還要考慮SMC／SMD本身所要求的預(yù)熱溫度。通常預(yù)熱溫度選擇原則是：使經(jīng)過預(yù)熱區(qū)后的SMA的溫度與釬料波峰的溫度差值小于等于100℃為宜。

2.2 釬料、釬接溫度和時間

由于SMA為浸入式波峰焊接，釬料槽中的釬料工作時受污染的機(jī)會比THT波峰焊接時要大得多，因此，要特別注意監(jiān)視釬料槽中釬料的雜質(zhì)含量。SMA波峰焊接所采用的最高溫度和焊接時間的選擇原則是：除了要對焊縫提供熱量外，還必須提供熱量去加熱元件，使其達(dá)到釬接溫度。當(dāng)使用較高的預(yù)熱溫度時，釬料槽的溫度可以適當(dāng)降低些，釬接時間可酌情延長些。例如在250℃時，單波峰的最長浸漬時間或雙波峰中總的浸漬時間之和約為5 s，但在230℃時，則最長時間則可延至7.5 s。

2.3 PCB夾送速度與角度

在THT波峰焊接中，較好的角度大約是6°～7°。而SMA的波峰焊接面一般不如THT的波峰焊接面平整，這是導(dǎo)致拉尖、橋連、漏焊的一個潛在因素，因此SMA波峰焊接中夾送角度選擇宜稍大。X廠的PCB夾送角度為8°。選擇夾送速度必須使第二波峰有足夠的浸漬時間，以使較大的元器件能夠吸收到足夠的熱量，從而達(dá)到預(yù)期的釬接效果。

2.4 浸入深度

SMA波峰焊接中，第一波PCB板浸入波峰釬料的深度應(yīng)比較深，以獲得較大的壓力克服陰影效應(yīng)；通過噴口的時間要短，這樣有利于剩余的助焊劑有足夠的劑量供給第二波峰使用。

2.5 冷卻

在SMA波峰焊接中，釬接后X廠采用2 min以上的緩慢冷卻，這對減小因溫度劇變所形成的應(yīng)力、避免元器件損壞(特別是以陶瓷作基體或襯底的元器件的斷裂現(xiàn)象)尤為重要。

3 波峰焊接設(shè)備調(diào)整

波峰焊接設(shè)備狀態(tài)的調(diào)整是確保設(shè)備正常運(yùn)行，最大限度發(fā)揮設(shè)備潛能的重要手段，也是確保波峰焊接質(zhì)量的前提。根據(jù)需要實(shí)時校準(zhǔn)機(jī)身、釬料噴嘴頂面寬度方向的水平；調(diào)整左右二側(cè)夾持爪下端面與波峰噴嘴頂面等高；調(diào)整預(yù)熱區(qū)的預(yù)熱平面、助焊劑噴頭的橫向掃描軌跡與二側(cè)夾持爪下端面等高。左右二側(cè)夾持爪的夾持面保持平行，夾送鏈條的張力調(diào)整到合適程度。另外，實(shí)時關(guān)注波峰高度、波峰闊度、波峰的平整度與穩(wěn)定性、以及助焊劑的均勻性。

4 結(jié)論

波峰焊接工藝是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，要想獲得較好的焊接質(zhì)量，各生產(chǎn)單位要根據(jù)自身的設(shè)備、電子產(chǎn)品反復(fù)調(diào)整工藝參數(shù)。定期抽樣檢查焊料，進(jìn)行測定和化學(xué)分析；選用適合自己產(chǎn)品及工藝特點(diǎn)的焊劑；控制錫鍋溫度，不能讓錫溫波動很大；調(diào)整合適的鏈條傳送速度，以保證最合適的預(yù)熱與釬接時間；調(diào)整最佳的軌道傾角，控制好波峰高度等。

Optimized processing parameters of wave soldering

ZHANG Xin
(Military Representatives of the General Armament Department，Bareau of Chongqing，Chongqing 400060，China)

Wave soldering is mainly used in traditional through-hole cartridge PCB assembly process，as well as surface mount hole cartridge with oxidising components.Compared with manual welding，wave soldering welding with high efficiency，good quality and high reliability etc.As wave soldering process is a complicated system engineering，you should not only control such as coated weight of flux，preheating temperature and climbing angle of PCB，wave height，but also adjust processing parameters of wave soldering，in order to obtain good welding quality.

wave soldering；processing parameters；control

book=93,ebook=224

TG456.9

B

1001－2303(2010)10－0093－02

2009－05－18；

2009－11－26

張鑫(1977—)，男，四川廣元人，工程師，主要從事電子可靠性工程的研究工作。