SMT焊接工藝-波峰焊(hàn)
1，波峰(fēng)焊(hàn)接(jiē)的(dí)歷(lì)史
波(bō)峰(fēng)焊已經(jīng)存(cún)在了幾十年(nián)，並(bìng)且作(zuò)為焊接元件的主要(yào)方(fāng)法在PCB的利用(yòng)增(zēng)長中起到(dào)了(liǎo)重要作用。將(jiāng)電(diàn)子產品(pǐn)變得更(gēng)小(xiǎo)，功能更多，PCB（這些設備(bèi)的核(hé)心(xīn)）使這成(chéng)為(wéi)可能(néng)，這是一(yī)個(gè)巨大(dà)的(dí)推動力(lì)。這種趨勢也催(cuī)生(shēng)了(liǎo)新的(dí)焊(hàn)接(jiē)工藝(yì)作為波峰(fēng)焊的替代品(pǐn)。
波峰焊(hàn)前(qián)：PCB組(zǔ)裝歷史
焊接作(zuò)為連(lián)接金屬部(bù)件的過(guò)程(chéng)被(bèi)認(rèn)為(wéi)是(shì)在錫的(dí)發(fā)現後(hòu)不久出(chū)現的，錫仍然是(shì)當今焊(hàn)料的(dí)主要元素。另一方麵(miàn)，第一塊PCB出(chū)現(xiàn)在(zài)20世(shì)紀。德國發(fā)明(míng)家艾(ài)伯(bó)特(tè)漢森提出了一個多(duō)層平麵(miàn)的想(xiǎng)法; 包括絕(jué)緣層(céng)和箔導體(tǐ)。他(tā)還描(miáo)述(shù)了在(zài)器件(jiàn)中(zhōng)使用(yòng)孔，這(zhè)與(yǔ)今天用於(yú)通孔(kǒng)元件安裝的(dí)方(fāng)法(fǎ)基本相(xiāng)同。
在(zài)第二次(cì)世界大戰(zhàn)期間(jiān)，隨著各國(guó)尋(xún)求提高(gāo)通(tōng)信和(hé)準(zhǔn)確(què)性(xìng)或精(jīng)確度，電氣(qì)和電(diàn)子設(shè)備的發展(zhǎn)起飛。 現代(dài)PCB的發明者保(bǎo)羅·艾(ài)斯勒（Paul Eisler）於(yú)1936年開(kāi)發了一(yī)種將銅箔連接(jiē)到玻璃絕緣(yuán)基(jī)底(dǐ)的(dí)工藝。他後來演(yǎn)示了如何在他的設備(bèi)上組裝(zhuāng)無綫電(diàn)。盡管他的電路(lù)板使用(yòng)布(bù)綫(xiàn)來(lái)連(lián)接元件(jiàn)，這是(shì)一個緩慢(màn)的(dí)過(guò)程，但當時並(bìng)不(bù)需要大(dà)規模生(shēng)產PCB的(dí)大規模(mó)生產。
2，雙波(bō)峰焊機的工(gōng)作原(yuán)理
雙波(bō)峰(fēng)焊機(jī)是(shì)為適(shì)應(yīng)插(chā)裝元件與(yǔ)表麵(miàn)貼裝元件(jiàn)混合(hé)安裝(zhuāng)特點而(ér)在單波峰(fēng)焊機基礎上發展起來的，此(cǐ)發(fā)明以(yǐ)來，其(qí)結(jié)構(gòu)就基本固定為(wéi)“紊(wěn)流(liú)波+平滑波(bō)”的形式(shì)，如圖所示。
1) 紋流(liú)波
主(zhǔ)要(yào)功能(néng)是(shì)產生一(yī)個向上(shàng)衝擊的(dí)紊(wěn)流(liú)波(bō)，將(jiāng)因“遮蔽效(xiào)應”（如圖(tú)所(suǒ)示），而形(xíng)成的(dí)氣(qì)泡趕(gǎn)走，使錫(xī)波能夠緊密地(dì)與(yǔ)焊盤接(jiē)觸從而減少漏焊(hàn)現象(xiàng)的發生。向(xiàng)上衝(chōng)擊的紊(wěn)流波(bō)也(yě)有利(lì)於安裝孔的良(liáng)好填(tián)錫。
2) 平滑波(bō)
正(zhèng)如(rú)其名，其主要功能產生(shēng)一個(gè)無波峰(fēng)與(yǔ)波穀的(dí)平滑錫波，用(yòng)於焊(hàn)縫(féng)形(xíng)態(tài)是(shì)修正。平滑波的結構與寬度(dù)對波(bō)峰(fēng)焊接(jiē)質(zhì)量的影響(xiǎng)很大，一定程度上決定(dìng)了波峰焊接的直(zhí)通率(shuài)，也是不同品牌(pái)波峰焊(hàn)機的(dí)價值所(suǒ)在(zài)。
（1）平滑波工藝(yì)分析(xī)
平滑(huá)波可(kě)分為(wéi)三(sān)個工(gōng)藝(yì)區(qū)域：PCB進(jìn)入區(qū)（A點前），傳熱區（A-B間的(dí)區(qū)域）和(hé)PCB離開(kāi)區（B點後），如圖所示(shì)。
3，工藝控(kòng)製
1）焊(hàn)劑(jì)噴(pēn)塗(tú)
用雙麵(miàn)膠(jiāo)紙把一張白(bái)紙粘(nián)貼(tiē)在PCB上，進行(háng)焊劑塗(tú)覆，檢(jiǎn)查焊劑噴塗是否(fǒu)均(jūn)匀，是否漏噴(pēn)，焊劑(jì)是(shì)否(fǒu)入孔，特(tè)別是(shì)OSP孔。
漏噴(pēn)常(cháng)常是引起(qǐ)橋連，拉(lā)尖的(dí)常(cháng)見原(yuán)因。
2）預熱(rè)
預(yù)熱有如(rú)下幾(jī)個(gè)目的：
（1）使大(dà)部(bù)分(fēn)焊(hàn)劑揮發，避免(miǎn)焊接時(shí)引(yǐn)起(qǐ)飛濺(jiàn)，造成(chéng)錫波(bō)溫(wēn)度(dù)下降(jiàng)（因為(wéi)焊(hàn)劑(jì)揮發(fā)需要(yào)吸熱(rè)）。
（2）獲(huò)得(dé)適(shì)當(dāng)的黏(nián)度。黏度太(tài)低，焊(hàn)劑(jì)容易過(guò)早地(dì)被錫(xī)波帶走，會使(shǐ)潤(rùn)濕(shī)變差；
（3）獲得適(shì)當的溫度(dù)。減(jiǎn)少PCBA進(jìn)入焊錫(xī)波(bō)時的熱衝擊和板(bǎn)變(biàn)形(xíng)；
（4）促進(jìn)焊劑活(huó)化(huà)。
4，合(hé)適(shì)預(yù)熱(rè)結果(guǒ)的評(píng)判
（1）對(duì)有鉛焊(hàn)接而言(yán)，焊接(jiē)麵約110℃。對於(yú)給定(dìng)的PCBA，可(kě)以通(tōng)過測量元(yuán)件(jiàn)麵(miàn)溫(wēn)度(dù)判斷(duàn)；也(yě)可(kě)以用手摸，發粘(nián)即(jí)可，太幹容易引起焊(hàn)接問(wèn)題(tí)。
（2）OSP板，預(yù)熱溫(wēn)度需要(yào)適當提(tí)高，如(rú)130℃。
（3）ENIG板(bǎn)，要視(shì)使(shǐ)用單(dān)波還是雙波確定(dìng)。雙波(bō)需要較高的(dí)預熱(rè)溫度，單波(bō)則需要(yào)較(jiào)低的預(yù)熱(rè)溫(wēn)度，以避免(miǎn)焊盤(pán)邊緣反潤濕(shī)。
5，焊(hàn)接(jiē)
（1）紊(wěn)流(liú)波(bō)向(xiàng)上應(yīng)具有一定(dìng)的衝擊力(lì)，形成無規則的穀與峰；
（2）平(píng)滑波錫(xī)波麵必(bì)須(xū)平整，波高以(yǐ)實現(xiàn)無缺陷焊接為調整(zhěng)目標(biāo)。
不同的波(bō)形(xíng)要(yào)求(qiú)不同，如某品牌(pái)波峰(fēng)焊機(jī)，波比較低(dī)時，橋連(lián)，拉(lā)尖就(jiù)比較多(duō)（ 受熱不(bù)足）；波比較高時(shí)，焊點的飽(bǎo)滿性(xìng)會變(biàn)差（快(kuài)速(sù)下拉(lā)）。這(zhè)些都基於其窄的(dí)弧形波特性。
拉(lā)尖，通常是(shì)因(yīn)為(wéi)焊(hàn)錫(xī)還(huán)沒有拉下，其上部(bù)已經(jīng)凝(níng)固(gù)所(suǒ)致。之(zhī)所以凝固，是因為(wéi)引(yǐn)綫散(sàn)熱比較(jiào)快或(huò)引(yǐn)綫(xiàn)比較長，為了避免拉尖(jiān)，有(yǒu)時需(xū)要(yào)平(píng)滑(huá)波壓(yā)的(dí)深些(xiē)以提高(gāo)引綫的(dí)熱容量，也可以通過(guò)降低(dī)傳送(sòng)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)（高(gāo)速(sù)傳送前提(tí)下）。
波(bō)高的調(tiáo)節一定要配合傳(chuán)送(sòng)速度(dù)進(jìn)行調(tiáo)節，單(dān)純的調節波高(gāo)往往難以實現目標。
傳送速(sù)度(dù)：影響焊(hàn)點的(dí)受熱(rè)和分(fēn)離(lí)速(sù)度。一般不(bù)可(kě)單獨調(tiáo)節，需要根(gēn)據波(bō)形(xíng)，所焊PCBA進行調(tiáo)節(jié)。
6，常(cháng)見焊(hàn)接(jiē)不良與對策
1，橋連
1) 橋(qiáo)連的(dí)類別(bié)
影(yǐng)響(xiǎng)橋連的(dí)因素(sù)很多(duō)，設(shè)計，焊劑活性(xìng)，焊料(liào)成(chéng)分(fēn)，工(gōng)藝(yì)等，需(xū)多(duō)方(fāng)麵持續改(gǎi)進。
根(gēn)據所產生的原因，橋(qiáo)連可以大致分(fēn)成兩(liǎng)類：焊劑不(bù)足型(xíng)和(hé)垂(chuí)直布局型(xíng)。
（1）焊劑不足(zú)型。
特(tè)征(zhēng)是(shì)多(duō)引綫(xiàn)連錫，焊(hàn)盤(pán)，引(yǐn)綫(xiàn)頭（最(zuì)容易氧(yǎng)化）無(wú)潤濕(shī)或(huò)局部潤濕，如(rú)圖(tú)所(suǒ)示。
（2）垂直(zhí)布(bù)局(jú)型(xíng)。
特(tè)征(zhēng)是焊點(diǎn)飽滿，引(yǐn)綫頭(tóu)包(bāo)錫(xī)，連錫懸(xuán)空(kōng)，如圖所(suǒ)示(shì)。這是常見(jiàn)的橋(qiáo)連類型，正(zhèng)如(rú)其分(fēn)類名稱(chēng)那樣，它主(zhǔ)要與引(yǐn)綫構成(chéng)的錫(xī)牆厚度(dù)有關(guān)—— 引(yǐn)綫(xiàn)直(zhí)徑(jìng)，長度(dù)與間距。
當(dāng)然，也與(yǔ)PCB上元(yuán)件(jiàn)布局，焊(hàn)劑的(dí)活(huó)性，錫波高度(dù)，預(yù)熱(rè)溫度和(hé)鏈速(sù)等(děng)有關(guān)，影響因(yīn)素比(bǐ)較多，復(fù)雜，難(nán)以(yǐ)100%解(jiě)決。一般多(duō)發生(shēng)在引綫(xiàn)間(jiān)距(jù)比較小(xiǎo)（≤2mm），伸(shēn)出(chū)比(bǐ)較長(≥1.5mm)，比較粗的連(lián)接(jiē)器(qì)類元件(jiàn)，如歐式插座。
2）改進(jìn)措施(shī)：
（1）設計(jì)
a）最(zuì)有(yǒu)效(xiào)的措(cuò)施就是采(cǎi)用短(duǎn)引綫設計。2.5mm間距(jù)的(dí)引綫(xiàn)，長(cháng)度控(kòng)製在1.2mm以內(nèi)；2mm間距(jù)的引(yǐn)綫，長(cháng)度控製在0.5mm以內。最簡單(dān)的(dí)經驗就是(shì)“1/3原則(zé)”，即(jí)引綫伸(shēn)出長度應(yīng)取(qǔ)其間距的(dí)1/3。隻(zhī)要(yào)做(zuò)到(dào)這(zhè)點，橋(qiáo)連現象基本(běn)可以消除(chú)。
b）連接(jiē)器等元(yuán)件。盡可(kě)能(néng)將(jiāng)元件的長(cháng)度方(fāng)向(xiàng)平(píng)行(háng)於傳(chuán)送方(fāng)向布局並設(shè)計(jì)盜錫(xī)工藝焊(hàn)盤(pán)，以提(tí)供連續載(zǎi)波能力。
c) 使(shǐ)用(yòng)小(xiǎo)焊(hàn)盤(pán)設(shè)計，因為(wéi)金屬(shǔ)化孔(kǒng)的(dí)PCB焊(hàn)點的(dí)強度(dù)基本(běn)不靠焊(hàn)盤(pán)的大(dà)小。對(duì)減(jiǎn)少(shǎo)橋(qiáo)連缺(quē)陷(xiàn)而言焊盤(pán)環(huán)寬(kuān)越小越好，隻(zhī)要(yào)滿足(zú)PCB製造需要(yào)的最小環(huán)寬即可(kě)。
(2) 工(gōng)藝(yì)
a)使用窄(zhǎi)的平(píng)波波峰焊機進行(háng)焊接。
b)使用合適(shì)的傳(chuán)送速(sù)度(dù)（以引(yǐn)綫能(néng)夠(gòu)連(lián)續(xù)脫(tuō)離(lí)為宜(yí)）。鏈速快(kuài)或(huò)慢(màn)，都(dū)不利於橋連(lián)現(xiàn)象的減少(shǎo)。這(zhè)是(shì)因(yīn)為（傳統(tǒng)的解釋(shì)）鏈速(sù)快，打開(kāi)橋連(lián)的時(shí)間不夠(gòu)或受(shòu)熱(rè)不足；鏈速慢(màn)，有可(kě)能(néng)導致引綫靠近封裝端(duān)溫(wēn)度下降(jiàng)。但(dàn)實際情(qíng)況遠比這復雜，有時(shí)，熱(rè)容量(liáng)大，長(cháng)的引綫，宜快(kuài)，反之(zhī)，宜(yí)慢(màn)（大熱容(róng)量與小熱容(róng)量引(yǐn)綫(xiàn)在傳送(sòng)速度(dù)方(fāng)麵的(dí)要求總(zǒng)是(shì)相反的）。因此(cǐ)，實(shí)踐(jiàn)中要(yào)多試(shì)。
鏈(liàn)速(sù)快慢判(pàn)別標(biāo)準(zhǔn)視(shì)焊(hàn)接(jiē)對象，所用(yòng)設備(bèi)而定，是(shì)一個動(dòng)態的概(gài)念(niàn)！一(yī)般以
0.8~1.2m/min分界點(diǎn)。
c）預(yù)熱溫度要合適，應使(shǐ)焊劑達(dá)到(dào)一定(dìng)的黏度。黏度(dù)太(tài)低容(róng)易(yì)被(bèi)焊(hàn)錫(xī)波衝走，會(huì)使(shǐ)潤(rùn)濕變差。過度預熱(rè)會使(shǐ)鬆香氧化並發生聚(jù)合反應，減(jiǎn)緩潤濕(shī)過(guò)程。這都會增加橋連(lián)的(dí)概(gài)率(shuài)。
d）對非焊劑原因產生的橋連，可以(yǐ)通(tōng)過(guò)降(jiàng)低(dī)波(bō)高的(dí)方法(fǎ)進(jìn)行消(xiāo)除(chú)（以波剛接(jiē)觸最長(cháng)引綫尖(jiān)端為目標，這是TAMULA的建(jiàn)議）。
漏焊(hàn)（Skip，Dry）及虛焊(hàn)
漏焊(hàn)，主要涉及(jí)片式元件(jiàn)，與(yǔ)元件(jiàn)高(gāo)度(dù)和(hé)布局(jú)方向以(yǐ)及元件(jiàn)封裝和焊(hàn)盤外伸長(cháng)度有關。原(yuán)因是元件(jiàn)的(dí)“遮(zhē)蔽效應(yīng)”和焊(hàn)劑(jì)的“氣(qì)囊隔(gé)絕(jué)”，有(yǒu)時(shí)也與(yǔ)焊劑(jì)塗(tú)覆，焊盤/引綫氧化有(yǒu)關(guān)。
虛焊多(duō)與焊盤或焊端氧化(huà)，熱(rè)量(liáng)不(bù)足(zú)，引(yǐn)綫(xiàn)長(cháng)過(guò)波峰時(shí)擾(rǎo)動(dòng)有關(guān)。改(gǎi)進(jìn)措施：
（1）優(yōu)化元件布(bù)局(jú)和(hé)焊盤設計，如圖(tú)所示(shì)。
（2）對裝(zhuāng)有(yǒu)SMD的波焊麵一定(dìng)要打(dǎ)開紊流(liú)波。圖(tú)示(shì)雖(suī)然非漏(lòu)焊現象，但形成原因同漏(lòu)焊。
（3）充(chōng)分預熱(rè)或減(jiǎn)少焊(hàn)劑量（前提(tí)是使用了(liǎo)高(gāo)焊(hàn)劑量(liáng)），消除“氣囊隔絕”效應(yīng)
的影(yǐng)響。
（4）還要注意擋條和(hé)托架的設(shè)計(jì)不要影(yǐng)響元件的受熱與受(shòu)錫空間。