波峰焊过程产生故障的主要原因及预防对策.doc

波峰焊过程产生故障的主要愿意及预防对策

1.焊料不足——焊点干瘪、焊点不完整有空洞（吹气孔、针孔）、插装孔以及导通孔中焊料不饱满或焊料没有爬到元件面的焊盘上。

焊点不完整
元件面上锡不好
插装孔中
焊料不饱满
导通孔中
焊料不饱满

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θ＞90°。

3.焊点拉尖——或称冰柱。焊点顶部拉尖呈冰柱状，小旗状。

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

5. 润湿不良、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。

6. 焊料球——又称焊料球、焊锡珠。是指散布在焊点附近的微小珠状焊料

7. 气孔——分布在焊点表面或内部的气孔、针孔。或称空洞。

8. 冷焊——又称焊锡紊乱。焊点表面呈现焊锡紊乱痕迹

9. 锡丝——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

10 其他
• 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；
• 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2~3mm宽的非布线区）；
• 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。
•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，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，由于不能一定厚度的金属间化合物而会造成焊点与被焊接面的机械结合强度差；但焊接温度过高或焊接时间过长，又会使金属间化合物厚度过厚、结构疏松，也会影响焊点与被焊接面的机械结合强度。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；
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。在生产过程中要根据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。

•影响波峰焊质量的因素
• a 设备——助焊剂喷涂系统的可控制性；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；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。
• b 材料——焊料、焊剂、防氧化剂的质量以及正确的管理和使用。
• c 印制板——PCB焊盘、金属化孔与阻焊膜的质量、PCB的平整度。
• d 元器件——焊端与引脚是否污染（包括贴片胶污染）或氧化。
• e PCB设计——PCB焊盘设计与排布方向（尽量避免阴影效应），以及插装孔的孔径和焊盘设计是否合理。
• f 工艺——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。
• 在生产过程中可以通过选择适当的焊料和焊剂，调整工艺参数，加强设备的日常维护等措施，使焊接不良率降到最低限度。

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：①助焊剂中的溶剂被挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体；②助焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化，可以去除印制板焊盘、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③使印制板和元器件充分预热，避免焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。
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，开始发生化学扩散反应,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化合物的结合力，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，如果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
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；
b 如采用短插一次焊工艺，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 对于贴装元器件采用波峰焊工艺的印制电路板必须按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避免互相遮挡的原则；
目前一般采用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%,根据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。

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。

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。助焊剂的比重可以用溶剂来稀释，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＞1×1011Ω；
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。
c 助焊剂的选择：
按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，按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，要根据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用清洗型的助焊剂；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用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用免清洗型助焊剂或采用RMA（中等活性）松香型助焊剂可不清洗。
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，目前主要采用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。
锡渣减除剂能使熔融的焊锡与锡渣分离，起到节省焊料的作用。
•设置焊接参数

•a 发泡风量或助焊剂喷射压力：根据助焊剂接触PCB底面的情况确定。
•b 预热温度：根据波峰焊机预热区的实际情况设定 （90~130）
•c 传送带速度：根据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250±5℃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

•预热的作用：
•a 将焊剂中的溶剂挥发掉，这样可以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，可以去除印制板焊盘、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，避免焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。
印制板预热温度和时间要根据印制板的大小、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表面温度），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，焊剂被提前分解，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。
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，不能很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。
•d根据印制板的大小、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250±5℃（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，传送带的速度要根据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。

•工艺参数的综合调整对提高波峰焊质量是非常重要的。
• 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可以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，可以实现尽可能的提高产量的目的