波峰焊焊接知识BL20150730

1、1波峰焊接知识介绍波峰焊接知识介绍撰写：白浪撰写：白浪时间：时间：2015年年8月月7日日2导导 言言 波峰焊波峰焊（Wave SolderingWave Soldering）是指将熔融的液态焊料借助叶泵的作用，在焊料液面形成特定形状的焊料波峰，而装载了元器件的PCB以某一特定角度，并以一定的浸入深度穿过焊料波峰来实现连接点的焊接过程。 波峰焊接设备一般由助焊剂系统、预热系统、夹送系统、冷却系统、电气控制系统。按波峰数量可以分为单波峰和双波峰。波峰焊焊接工艺流程如下图所示。送板送板助焊剂涂覆助焊剂涂覆预热预热波峰焊接波峰焊接冷却冷却一、助焊剂的作用及功能一、助焊剂的作用及功能1、除去被焊机体金

2、属表面的锈膜（金属氧化物）、除去被焊机体金属表面的锈膜（金属氧化物）被焊金属表面的氧化膜通常不溶于任何溶液，但这些氧化膜可以与某些材料发生化学反应，生成能溶于液态助焊剂的化合物。利用这一原理，可以去除氧化膜以达到净化被焊金属表面的目的。除此外，也可以把金属氧化膜还原为纯金属表面的化学反应。PS:第一种化学反应的助焊剂主要是以松香助焊剂为代表，松香的主要成份是松香酸，用作助焊剂时，通常用酒精作为溶剂，当在氧化了的铜表面涂上该助焊剂并加热时，松香酸与氧化铜化合生成松香酸铜，松香酸铜易于和没有反应的松香酸混合在一起，从而为焊料润湿提供洁净的金属表面。松香酸对氧化铜层下面的机体铜没有任何浸蚀作用。当借

3、助有机溶剂清除残留的助焊剂时，松香酸铜也一起被清除掉。2、防止加热过程中基体金属的二次氧化、防止加热过程中基体金属的二次氧化波峰焊接时，必须将基体金属加热到焊料发生润湿的温度，随着温度的升高，金属表面再度氧化现象也会加剧。因此，助焊剂必须在焊接温度下为已净化的基体金属表面提供保护层，即助焊剂应在整个金属表面形成一层薄膜。包住基体金属，使其同空气隔绝，起到在焊接的加热过程中防止二次氧化的作用。43、降低液态焊料的表面张力、降低液态焊料的表面张力焊接区域中的助焊剂，能够以促进焊料漫流的方式影响表面能量平衡，降低液态焊料的表面张力，减小接触角。二、二、PCB预热预热1、促使助焊剂活性充分发挥。、促使

4、助焊剂活性充分发挥。助焊剂在起作用前，需要把助焊剂中的活化剂进行激活，然后这些化学成分与基体表面氧化物相互作用，使氧化物从基体金属表面清楚。如松香助焊剂需要加热到104 左右，并在此温度下停留足够的时间。2、除去助焊剂中过多的挥发物来改善焊接质量、除去助焊剂中过多的挥发物来改善焊接质量PCB在进入焊料波峰之前，大多数助焊剂中的挥发性材料与松香混在一起。如果这种状态下直接进行波峰焊接，那么焊料槽的热量就会使溶剂迅速气化，这不仅使焊料本身产生喷溅现象，而且这些蒸汽被截留在填充焊料中形成气孔。另外大量送机的挥发需要吸收锡槽中大量的热量，导致PCB实际焊接温度降低，从而导致虚焊、短路、拉尖等不良现象。

5、53、减小波峰焊接时的热冲击、减小波峰焊接时的热冲击预热可以使PCB温度逐步均匀加热，从而使波峰焊接时的热冲击减至最少，缓和了热应力，使PCB的翘曲和变形最小，改善了PCB的机械平整度。也是热敏元器件损坏的危险程度降至最低。三、合金焊接三、合金焊接1、Sn/Pb共晶合金概念共晶合金概念在所有的Sn/Pb合金配比中，只有63 Sn/37Pb合金配比有共晶点，所以63 Sn/37Pb合金称为共晶合金。6合金的塑性范围对质量影响很大，塑性范围大的合金，在合金凝固形成焊点时需要较长时间。如果在合金凝固过程中如果PCB和元器件发生振动，都会造成焊点不良或焊点开裂。液相线温度等于熔点温度，固相线温度等于软

6、化温度，对于给定的合金成分，在液相线和固相线之间的温度范围是液相和固相共存范围，被称为塑性范围或黏稠范围。液相线温度和固相线温度相等的合金称为共晶合金。此温度称为共晶点。因此共晶合金在融化和凝固过程中没有塑性范围。72、Sn/Pb合金中合金中Pb的作用的作用降低熔点，便于操作降低熔点，便于操作锡的熔点是232 ，而铅的熔点是327 ,如果按照合理比例混合就可得到熔点较低的Sn/Pb合金（熔点为183 ），由于熔点低，所以便于生产操作。改善力学性能改善力学性能锡的抗拉强度为1.5Kg/ ,剪切强度约为2Kg/ .铅的抗拉力强度为1.4 Kg/ ，剪切强度约为1.4Kg/ .如果两则混合起来制作合

7、金焊料，抗拉力强度可以达到4 5Kg/ ，剪切力约为3 3. 5Kg/ 。2mm2mm2mm2mm2mm2mm降低焊料表面张力降低焊料表面张力液态焊料的扩散性（即润湿性）会因表面张力及黏性的下降而得到改善，从而增大了流动性。配比配比% %表面张力（表面张力（N/mN/m）黏度（黏度（MPa.sMPa.s）SnPb20804672.7230704702.4550504762.1963374901.9780205141.9283、Sn/Pb合金焊接原理合金焊接原理5665SnCuCuSn正是由于 的存在，才能将元器件与PCB焊牢。显然，在焊接过程中，温度是一个关键因素，焊料首先要熔化，铺展并完全润

8、湿被焊金属。如果温度低于190 ，即使焊料处于熔融状态也形成不了 或者说形成的 不够厚，在较低温度下形成的焊点称为冷焊，此焊点没有足够的机械强度。通常在230 250 ，1 3s时间内，便可生产锡铜合金层。初期锡铜合金的结构为 。此化合物中Cu含量约为40%。若温度进一步升高，或时间延长，化合物中的Cu含量由40%上升至66%， 会转换为56SnCu56SnCu56SnCu56SnCu56SnCuSnCu3分子式分子式形成形成位置位置颜色颜色性质性质焊料润湿到Cu是立即生成Sn与Cu之间的界面白色良性，强度较高温度高，焊接时间长引起Cu与 之间灰色恶性，强度差，脆性 与 两种金属间化合物比较5

9、6SnCuSnCu356SnCuSnCu356SnCu94、焊接过程介绍、焊接过程介绍考虑到许多组装板需要经过双面回流，有的焊点甚至经受多次焊接，因此无论再流焊还是波峰焊，都不建议采用过高的温度进行焊接，同时要控制液态时间不要过长，避免金属合金层强度变差。当PCB进入波峰面前端（A）时，基板与引脚被加热，并在未离开波峰面尾端（B）之前，整个PCB浸在焊料中，即被焊料所桥连，但在离开波峰尾端的瞬间，少量的焊料由于润湿力的作用，黏附在焊盘上并透过焊盘孔与元器件引脚间隙上升到PCB另一侧元器件根部，并由于表面张力的原因，会以引线为中心收缩至最小状态，此时锡料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间焊料的内聚

10、力，因此就会形成饱满、圆整的焊点，离开波峰尾端的多余焊料，由于重力的原因，回落到锡槽中。相反，若焊盘的可焊性差，焊接温度不够，则会出现锡料与焊盘之间的润湿力不足以克服两焊盘之间的焊料内聚力，就会造成桥连。5、焊接参数介绍、焊接参数介绍焊接温度和时间焊接温度和时间焊接温度偏低，熔融焊料黏度大，不能很好地在金属表面润湿和扩散，容易产生拉尖和短路、焊点表面粗糙等缺陷；若焊接温度过高，容易损坏器件，还会由于助焊剂碳化而失去活性，产生焊点发乌、焊点不饱满等问题。波峰温度一般控制在250 5 。焊点与焊料分离速度太快，焊接时间太短，将会导致桥接不良，分离速度太慢，焊接时间太长容易造成焊点干瘪、少锡不良。因

11、此焊接时间一般为3 5s。PCB爬坡角度爬坡角度PCB爬坡角度是通过调节传送装置的倾角来实现的，一般控制在3 7度。适当的爬坡角度有利于排除残留在焊点和元器件周为由焊剂产生的气体（通孔较少的板子可以适当增加爬坡角度）。爬坡角度影响焊接时间，倾斜角度越大，每个焊点与波峰基础时间越短，焊接时间就越短；倾斜角度越小。焊接时间就越长。爬坡角度影响焊点与焊料的剥离，加大PCB爬坡角度有利于多余的焊料返回锡锅中。波峰高度波峰高度波峰高度是指波峰焊接中PCB的吃锡高度。适当的波峰高度可增加焊料波对焊点的压力和流速，有利于焊料润湿金属表面、流入插装孔和通孔中。波峰高度一般控制在PCB后的1/2或2/3处。传送

12、速度传送速度波峰焊机预热区长度越长、波峰宽度越宽，传送带速度越快；产品越简单，传送带速度越快；传送带倾斜角度越小，焊点接触波峰的宽度越宽，相当于增加了波峰宽度，因此传送带速度也越快。传送带速度一般为0.8 1.92m/min。四、常见缺陷分析四、常见缺陷分析1、拉尖、拉尖形成的原因：形成的原因：基板的可焊性差，焊盘氧化，污染。助焊剂用量少。预热不当，基板翘曲。焊料槽温度低夹送速度不合适，焊接时间过短或过长。PCB压波深度过大铜箔面积过大。助焊剂选用不合适或变质失效。焊料纯度变差，杂质容量超标。改善措施：改善措施：净化被焊表面。调整和优选助焊剂。合理选择预热温度。调整焊料槽温度。调整加送速度。调

13、整波峰高度。焊料槽中铜的含量控制在0.3%以下。基板上的大面积铜箔可以用绿油阻焊膜分割为310mm来改善。 2、锡珠、锡珠形成的原因：形成的原因：PCB在制造或存储过程中受潮。环境湿度大，厂房内部 没有采取驱潮措施。PCB和原件拆封后在线滞留时间过长，增加了吸潮机会。助焊剂吸潮夹水。预热温度选择不合理。改善措施：改善措施：改进PCB制造工艺，改进PCB包装工艺及存储环境。尽可能缩短在线滞留时间，从PCB开封到波峰焊生产完毕应在24H内完成，特别是在湿热地区特别重要。PCB上线前应予烘烤（120 2H）。波峰焊场地环境温度应为23 5 ，相对湿度小于65%。正确选择助焊剂，特别是助焊剂所用溶剂的

14、挥发速度要合适。同时做好助焊剂的管理，避免助焊剂受潮。合理选择预热温度和时间，温度过低，时间过短，会导致助焊剂中的溶剂不宜挥发，残留的溶剂过多时进入波峰后温度会急剧升高，溶剂剧烈挥发，在熔融的焊料内形成高压汽泡，爆喷后形成大量锡珠。3、焊料不足、焊料不足形成的原因：形成的原因：PCB预热或者焊接温度过高，使熔融焊料的黏度过低。插件孔孔径过大，焊料从孔中流出。插件零件细引脚大焊盘，焊料被拉到焊盘上，使焊点干瘪。焊盘可焊性差，元器件引脚氧化。波峰高度不足，不能是印制板对焊料产生压力，不利于上锡。改善措施：改善措施：预热温度在90 130 ，元器件较多或较为复杂的PCB,取温度的上限值，锡波温度为2

15、50 5 ，焊接时间为3 5s。插装孔的孔径比引脚直径大0.15 0.4mm（细引脚取下限，大引脚取上限）。焊盘尺寸与引脚直径应该匹配，要有利于形成弯月面的焊点。反馈PCB厂家，提高加工质量，元器件先到先用，避免受潮。波峰高度一般控制在PCB厚度的2/3处。4、焊料过多、焊料过多形成的原因：形成的原因：焊接温度过低或传送带速度过快，是熔融的焊料的黏度增大。PCB预热温度太低，由于PCB和元器件温度低，导致焊接过程中吸热，拉底实际焊接温度。助焊剂活性差或喷涂量过少。焊盘，插装孔或引脚可焊性差，不能充分润湿。焊料中锡的比例减少，或焊料中Cu的含量过高时熔融焊料黏度增加，流动性变差。改善措施：改善措

16、施：锡波温度为250 5 ，焊接时间为3 5s。预热温度在90 130 ，元器件较多或较为复杂的PCB,取温度的上限值。更换助焊剂或加大喷涂量。提高PCB加工质量，元器件先到先用，避免受潮。锡铅焊料中Sn的含量小于61.4%时，可以适当添加一些纯锡，还可以清除一些Cu的化合物（例如 的密度为8.28g/ ,Sn/Pb的密度8.9g/ ，因此铜的化合物漂浮在表面，可以用不锈钢网制成小勺撇掉） 。56SnCu3cm3cm165、焊点短路、焊点短路形成的原因：形成的原因：PCB设计不合理，焊盘间距过小。插件元器件引脚不规则或歪斜，焊接前引脚就搭接在一起。PCB预热温度过低，由于PCB和元器件温度过低导致，焊接过程中实际焊接温度不够，焊料黏度过大。焊接温度过低或传送速度过快，使焊料的黏度过大。助焊剂活性差或喷涂量不够。改善措施：改善措施：根据相关DFM规范进行PCB设计。插装元器件引脚应根据PCB的孔距及装配要求进行成形，焊接面元件引脚应露出印制板表面0.8 3mm,插装时要求元件体端正。根据PCB的尺寸，层数，元件密度设置预热温度，预热温度一般在90 130 范围内调整。锡波温度为250 5 ，焊接时间为3 5s ，温度略低时应该将传送速度调慢。更换助焊剂或加大喷涂量。176、漏焊、虚焊、漏焊、虚焊形成的