氮气保护下的无铅波峰焊加工成本增加问题分析

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：因此人们提出了在氮气保护条件下进行波峰焊，但这将使加工成本上升。

1.波峰焊工艺方法

波峰焊是借助于机械泵，使液态钎料不断垂直向上地朝狭长出口涌出，形成20～30mm高的波峰。钎料波以一定的速度和压力作用于印制电路板上，借助毛细力的作用，渗入到待钎焊的器件引线和电路板组成的间隙中，而形成焊点。波峰焊主要应用于通孔组装技术的元器件的钎焊，SMC/SMD通过点胶固化后，也可采用波峰焊技术来形成焊点。波峰焊工艺过程可分为涂敷钎剂、预热、钎焊、冷却等几个阶段（图3-4-52）。

图3-4-52 波峰焊原理示意图

波峰焊钎剂的涂敷方法有如下几种：

（1）发泡法发泡法是在液态钎剂槽内放入一根管状多孔陶瓷，通过接入压缩空气产生的压力，迫使钎剂从陶瓷管的小孔流出并产生均匀的微小泡沫。当PCB板焊接面经过喷嘴时，它就均匀地附着上钎剂，完成钎剂的涂敷，如图3-4-53所示。钎剂的涂敷质量主要与陶瓷管微孔的均匀性即钎剂的密度有关。

图3-4-53 发泡法涂敷钎剂示意图

图3-4-54 压力雾化涂敷钎剂示意图

（2）喷雾法喷雾法是通过施加压力或机械振荡，使钎剂雾化并从喷嘴中喷出，雾化的钎剂到达电路板，形成均匀的钎剂涂敷。根据雾化的方式不同，又有超声雾化、压力雾化和网刷雾化等方法，如图3-4-54所示。

（3）浸渍法就是把PCB板焊接面直接浸入到液态钎剂中，但钎剂不能浸到元器件表面。钎剂存放在上部开口的容器内，不用时必须加盖，以免钎剂中的溶剂挥发。

（4）刷涂法用一个圆形毛刷，其下端与钎剂接触，上端与PCB板待钎焊面接触，当毛刷旋转时，就将钎剂涂到板上。该法不适应带有通孔的PCB板。

一般来说，钎剂的涂敷量可这样考虑，钎剂的密度通常为0.8～0.85g/cm³，固体含量为1.5%～10%（质量分数）。根据使用的钎剂种类，钎焊时需要的固态钎剂量为0.5～3g/cm²，相当于钎剂层的厚度为3～20μm。另外，在整个PCB板的焊接面，钎剂一定要均匀分布。

当电路板焊接面完成了钎剂的施加后，应对其预热，使钎剂中的大部分溶剂及PCB板制造过程中存在的水分挥发；同时预热可降低钎焊期间对元器件和PCB板的热冲击，通常的预热温度为90～110℃。预热的方法有红外加热和热风对流加热，红外加热的优点是节能降耗，升温速度快，热风对流加热则加热均匀，热量传递高效。

焊接区主要由锡炉和波峰发生器组成，锡炉用来熔化钎料，波峰发生器可使锡炉中的液态钎料通过泵的作用，经过导流板、喷头喷出液态波峰。当液态钎料波以一定的速度和压力和电路板接触，最后形成焊点。根据元器件的组装形式及保证钎焊质量考虑，出现了不同类型的波峰结构，如λ波、T形波、Ω波和双波峰等。

双波峰焊可参见本篇2.5.2节中图3-2-15，已在插贴混装印制电路板上广泛应用，其缺点是印制电路板经过两次波峰，受热量较大，一般耐热性较差的电路板易变形翘曲。

2.波峰焊钎焊参数

波峰焊时的钎焊参数的选择正确与否，直接决定波峰焊PCB板的钎焊质量，而钎焊参数受许多复杂因素的影响。

（1）传送倾角传送倾角对钎焊质量有明显影响，特别是在钎焊高密度SMC/SMD时。倾角太小，可导致SMC/SMD“阴影区”出现桥连；倾角过大，虽然有利于桥连的消除，但焊点挂锡太少，容易产生虚焊。适当的倾角，还有利于液态钎料与PCB板更快地剥离，使之返回锡炉中。一般倾角应控制在3°～7°。

（2）钎剂涂敷量在PCB板焊接面上涂敷的钎剂要均匀分布，数量适中。采用刷涂与发泡方式时，由于溶剂的挥发，必须随时检查、调整钎剂的密度；采用喷射方式时，要能准确控制喷雾量，应经常清理喷头，防止喷射孔堵塞。只有钎剂施加量保持恒定，才能保证质量的稳定性。

（3）预热温度预热的作用是使钎剂中的溶剂挥发，以免PCB板通过液态钎料时，产生钎焊缺陷；另一方面，可避免对PCB板产生大的热冲击，导致翘曲变形。一般预热温度控制在90～130℃，预热时间1～3min。

（4）波峰高度波峰高度指的是波峰焊时PCB板浸入钎料峰的深度，通常控制在板厚的1/2～1之间。过大的浸入深度会导致钎料流到PCB板的表面，造成桥连。另一方面，PCB板浸入钎料越深，其对钎料的挡流作用越大，加上元件引脚的作用，扰乱钎料的流动速度分布，不能保证PCB板与钎料流的零速运动。

（5）钎焊温度和保温时间钎焊温度和保温时间是保证钎焊质量的最关键因素。钎焊温度过低，钎料的黏度大，钎料的润湿、铺展性能变差，产生虚焊、拉尖、桥连等缺陷；钎焊温度过高，会造成钎料流失，焊点不饱满、焊点氧化变色，甚至钎剂碳化失去活性等问题。

图3-4-55 波峰焊时的温度-时间工艺曲线

在温度设定的情况下，保温时间应和温度有一个匹配，以保证输入的热量稳定，从而得到稳定的钎焊质量。波峰焊时的保温时间是通过调整传送带的速度来控制的，因此要综合考虑预热温度、钎焊温度、传送带速度等因素的影响。一般钎焊温度控制在250℃±5℃，保温时间为3～4s。

波峰焊时的温度-时间工艺曲线如图3-4-55所示。通过对温度-时间工艺曲线的分析，可对整个波峰焊过程的参数进行监控，为质量控制及缺陷产生原因的分析提供帮助。

3.无铅波峰焊面临的问题

无铅钎料和Sn-Pb钎料相比，其最显著的特点就是由于不含Pb，钎料的熔化温度升高，润湿性变差，这将导致钎焊温度的增加，对PCB板、元器件的耐温性提出了考验。钎剂的施加量增加或活性提高，对焊后清洗要求提高，对免清洗钎剂提出了新的要求。其次无铅钎料的含Sn量高于Sn-Pb钎料，对锡炉、喷嘴、机械泵等零部件的热侵蚀将更加严重。并且由于钎焊温度的增加，来自焊盘、焊脚的Cu的溶解增加，锡炉中的钎料流动性降低，所形成的金属间化合物沉入锡炉底部，造成机械泵损坏，同时锡渣增加，这些都是无铅波峰焊时要面临的问题。因此人们提出了在氮气保护条件下进行波峰焊，但这将使加工成本上升。

氮气保护下的无铅波峰焊加工成本增加问题分析

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