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波峰焊工艺解析

发布时间:2020-09-28 浏览:次 责任编辑:晋力达

    波峰焊设备是将熔化的软钎焊料(铅锡或无铅合金),经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰,亦可通过向焊料池注入氮气来形成,使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰,实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊接。

  

    根据机器所使用不同几何形状的波峰,波峰焊系统可分许多种。我们这里只讨论常规的波峰焊,不讨论喷流焊,或选择性波峰焊。

  

    波峰焊机是一台为生产服务的设备。我们只看波峰焊设备生产出来的产品是不是合格的产品。影响波峰设备焊接品质主要有以下工作区的几个方面。



 

运输


    运输也就是我们常说的链条的速度,一般的机器支持最高2M/MINPCB最大支持宽度350MM。当然也有速度更快的,支持宽度更宽的,这里不做讨论。决定运输速度的是PCB板的吃锡时间。

  

    常见的PCB表面处理工艺有: 热风整平,有机涂覆(OSP),化学镀镍/浸金,浸银,浸锡等。焊接区温度因不同的合金成分(主要有锡,铅,铜,银等),分为有铅和无铅。温度范围在 230度到280度之间。但无论是哪一种工艺,PCB的材质和工艺阻焊镀层的材质,和零件材质决定很少有PCB的吃锡时间可以达到10S以上的。

  

    因焊接合金温度的不同,板材材质厚度的不同,PCB表面处理工艺的不同。研究表明,保证焊接品质的情况下,PCB的吃锡时间在3~5s为最佳。同时影响运输的也有锡波的宽度,是单波还是双波。我们可以用高温玻璃测试出锡波的宽度,找到一个合理的适合自己产品的吃锡时间计算出合理的运输速度。运输的主要配件为链条和爪片。爪片的材质分为,钛合金,塑料,高温树脂。种类分为单钩爪,双钩爪,V型爪,L型爪,压片爪,鸭嘴爪,弹簧爪,重型爪。

  

    其中钛合金最为常用,钛爪具有耐高温,耐腐蚀,不沾锡等特点。链条和爪片磨损,脏污时要及时清洁更换或维修。设置过板宽度,我坚持的原则是,板子可以在轨道中滑动,但是也要有一定的阻力。爪片变形,轨道喇叭口葫芦口是掉板卡板等报废的主要原因。要引起重视。发现不良时要第一时间维修。

 

助焊剂涂覆

  

    助焊剂的涂覆常见的分为,发泡式和喷雾式。(这里我们只讨论免清洗助焊剂)助焊剂在焊接中主要起到能帮助和促进焊接过程,同时具有保护作用、阻止氧化反应的化学物质。主要有“辅助热传导”、“去除氧化物”、“降低被焊接材质表面张力”、“去除被焊接材质表面油污、增大焊接面积”、“防止再氧化”等几个方面, 在这几个方面中比较关键的作用有两个:“去除氧化物”与“降低被焊接材质表面张力”。

 

    助焊剂的种类繁多,一般可分为无机系列、有机系列和树脂系列,助焊剂为焊接中必不可少的,但其涂覆的多少很是影响焊接效果,因预热区加热方式,温度,长 度,时间的不同和助焊剂成分的不同。我的判断方法是助焊剂涂覆均匀,不溢正面,不污染载具,爪片,不滴落,过完预热区,PCB焊接面达到90度到120 度,过锡波有轻微的焊烟。出来的产品,无腐蚀,无污染,无侵入元件接触部会引起接合不良,残留物符合环境品质要求。

  

    助焊剂的选择非常影响焊接品质。大部分公司做的产品不是单一的,PCB厚度不同,加工工艺不同,储存时间不同,零件有那么多种类,产品要求不同,技术人员的调试,这都是有很大的变量。这就要求我们在选择助焊剂的时候足够谨慎,要求无刺激性气味,对环境无污染符合绿色环保标准,不易挥发,不易燃,对大部分塑料无腐蚀,阻抗合格,过炉后低残留,毕竟助焊剂残留是影响电气绝缘性比较大的原因。

  

预热区

  

    目前波峰焊机基本上采用热辐射方式进行预热,最常用的波峰焊预热方法有强制热风对流、电热板对流、电热棒加热及红外加热等。强制热风对流通常被认为是大多数工艺里波峰焊机最有效的热量传递方法。

  

    预热区的主要作用为提高助焊剂的活性,防止线路板,以及电子零件焊接时受到热冲击,造成的危害,还能让助焊剂充分浸润金属表面,去除金属表面的氧化层,从而达到最好的焊接效果。因预热区长度的不同,一般为1.2米到2.4米之间。一般为焊接面预热,也有双面预热。

  

    PCB的材质和厚度,零件的升温情况不同,大部分公司要求,预热区产品各部位的升温斜率为2.5度每秒到4度每秒。出预热区各部的温度达到90度到 120度之间。这就要求我们在设置预热区各段的温度时考虑预热区加热情况,运输速度,助焊剂涂覆,PCB板材升温情况,有无波峰载具,零件密度等综合原因 来考虑,一般建议是用测温仪实际测量。各温区的设置最好不要跨度超过太多,保证温度的稳步上升,没有条件的有一个很简单的办法用手触摸出预热区的板,感觉 非常烫非常烫就差不多啦,毕竟要达到90度到120度,这个温度人手会感觉非常痛啦。

 

 

 

焊接区

  

    焊接区是整个波峰焊机的灵魂,所有的运输,助焊剂涂覆,预热,都是为焊接好服务,基本原理是,电动泵或电磁泵喷流融化的焊料,形成钎料波峰。PCB板通过, 达到PCB和零件之间的焊接。焊接中有以下几个重要的参数:

 

    第一是温度,因焊料的不同,焊接温度设置有比较大的变化常见的设置为240度到270度之间。在不影响焊接品质的情况下尽量设置一个较低的锡温,高温会产生很大的不良。过多的锡渣,对产品的热冲击,高能耗,锡槽寿命的减少。一个好的焊锡槽应该具有升温快,温度均匀,保温效果好,国外做的比较好的波峰焊锡槽温度可以控制在设置温度的±1度。

 

    第二是角度,这里的角度指的是运输轨道和锡波平面之间的夹角, 一般设置为4-7度,可以简单的理解为,角度越小吃锡越多易连锡,角度越多吃锡越少易虚焊,常见的设置,角度为5.5度是一个比较合理的设置。

 

    第三是高度,包括锡波高度,液面高度,喷口的高度,爪片和锡波的距离,PCB吃锡深度。

  

    锡波高度指的是锡波上涌的高度。我坚持的原则是满足焊接品质尽量锡波打 低,氧化锡渣量少,温度稳定,锡波平稳,短路少。液面高度指的是锡槽内焊料的多少,原则是焊料液面不低于锡槽上口10MM,焊料少温度不均匀,锡渣多,锡波不平,我坚持的的原则是,多次加少量加,每天可以分多次添加,添加时要分部均匀,尽量贴着发热管,每次不要加那么多锡,保持在一个合理的液面就好,可以保证焊接品质的稳定。

  

    喷口的高度和平衡关系到波峰的平稳,锡渣量产生的多少,我认为保持爪片离锡槽越近越好,而爪片又不会挂到喷口比较好。保证锡波一和锡波二 和轨道有一个平行的角度。遇到锡波不平稳,锡波打不上来,等问题时要拆下喷口,去除氧化渣保养喷口,或叶轮。PCB吃锡深度,比较常见的PCB厚度在适合过波峰的一般有0.8MM,1.0 MM, 1.2 MM,1.6 MM,2.0 MM

  

    因有无载具,是不是红胶等原因,一般的建议深度是锡波在PCB厚度1/32/3,薄板取下值,厚板取上线。一定要注意锡波的高度,溢锡是波峰焊报废 的主要原因。我的经验是如果助焊剂选择涂覆合适,预均匀合适,运输适当,锡波只要接触到PCB板就可以上锡。这就需要技术员调试时,多观察多测量,综合了 解PCB,助焊剂,焊料,综合去调试。有时候问题或不良是几种原因的综合结果。

  

冷却系统

  

    冷却的目的是为了不同的合金在较短的时间内固化,避免锡裂的产生 。注意冷却的斜率不超过10度每秒。冷却分为强制冷却和自然风冷,就我所接触的资料来说业内目前为止还没有一个比较统一的说法,到底哪一种冷却方法比较好,需要根据实际情况来确定。