2022-08-19
工藝參數(shù)的確定對(duì)焊接質(zhì)量有很大影響。一般無(wú)鉛波峰焊工藝參數(shù)焊接溫度250～260℃，預(yù)熱溫度100-130℃，預(yù)熱時(shí)間60秒以上，預(yù)熱溫升速率3℃/秒以下，冷卻速率8-10℃/秒。
波峰焊的溫度控制：
波峰焊的溫度并不等于錫爐溫度，在線測(cè)試表面，一般焊接溫度要比錫爐溫度低5℃左右，也就是250℃測(cè)量的潤(rùn)濕性能參數(shù)大致對(duì)應(yīng)于255℃的錫爐溫度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，一般的無(wú)鉛釬料合金，最適當(dāng)?shù)腻a爐溫度為271℃。此時(shí)常用的無(wú)鉛合金一般存在最小的潤(rùn)濕時(shí)間和最大的潤(rùn)濕力，如圖5-27所示。當(dāng)采用不同的助焊劑時(shí)，無(wú)鉛釬料潤(rùn)濕性能最佳錫爐溫度有所不同，但是差別不大。
波峰焊錫爐的溫度對(duì)焊接質(zhì)量影響很大。溫度若偏低，焊錫波峰的流動(dòng)性變差，表面張力大，易造成虛焊和拉尖等焊接缺陷，失去波峰焊接所應(yīng)具有的優(yōu)越性。若溫度偏高，有可能造成元件損傷，增強(qiáng)釬料氧化。
不同無(wú)鉛釬料在不同溫度下的潤(rùn)濕力和潤(rùn)濕時(shí)間
對(duì)于Sn-0.7Cu釬料合金+無(wú)鉛專用助焊劑/低VOC助焊劑組合而言，焊錫槽的最佳溫度為260-270℃；復(fù)合雙面板一般要比單面板溫度高10～25℃左右；無(wú)鉛波峰焊中最好使用Tg高的基板材料，因?yàn)槠溆懈玫淖杩鼓芰?。無(wú)鉛波峰焊對(duì)于元器件影響不是很大，圖5-28為SAC405釬料在焊接溫度下對(duì)不同測(cè)試點(diǎn)溫度的測(cè)試數(shù)據(jù)，可以看出幾條曲線溫度相近。
波峰高度：
溫度曲線測(cè)試結(jié)果
波峰高度的升高和降低直接影響到波峰焊的平穩(wěn)及波峰表面焊錫的流動(dòng)性。適當(dāng)?shù)牟ǚ搴父叨瓤梢员ＷCPCB有良好的壓錫深度，使焊點(diǎn)能充分與焊錫接觸。平穩(wěn)的波峰焊可使整塊PCB在焊接時(shí)間內(nèi)都能得到均勻的焊接。當(dāng)波峰偏高時(shí)，表面液態(tài)釬料流速增大。雷諾數(shù)值增大將使液態(tài)流體進(jìn)行湍流狀態(tài)，易導(dǎo)致波峰不穩(wěn)定，造成PCB漫錫，損壞PCB上的電子元件，但是有利于焊縫的填充，易引起拉尖、橋連等焊接缺陷。波峰偏低時(shí)，泵內(nèi)液態(tài)釬料流速低為層流態(tài)，因而波峰跳動(dòng)小，平穩(wěn)。焊錫的流動(dòng)性變差，容易產(chǎn)生吃錫量不足，焊點(diǎn)不飽滿等缺陷。波峰高度通?？刂圃赑CB板厚度的1/2～1/3。
浸錫時(shí)間：
被焊表面浸入和退出溶化釬料波峰的速度對(duì)潤(rùn)濕質(zhì)量，焊點(diǎn)的均勻性和厚度影響很大。釬料被吸收到PCB焊盤通孔內(nèi)，立即產(chǎn)生熱交換。當(dāng)印制板離開波峰時(shí)，放出潛熱，釬料有液相變?yōu)楣滔?。?dāng)錫爐溫度在250～260℃左右，焊接溫度就在245℃左右，焊接時(shí)間為3～5s左右?？紤]到環(huán)境溫度的變化，助焊劑性能和釬料的溫度，接觸時(shí)間也有所不同。
冷卻系統(tǒng)：
無(wú)鉛化之后，通孔基板波峰焊接時(shí)常常會(huì)發(fā)生剝離缺陷，其原因是因?yàn)樵诶鋮s過(guò)程中釬料合金的冷卻與PCB的冷卻不匹配。此外無(wú)鉛釬料與鍍有Sn-Pb合金的元件會(huì)共同存在一段時(shí)間，如果采用含Bi無(wú)鉛釬料，剝離現(xiàn)象更為凸出。目前解決的最好辦法是出口加冷卻系統(tǒng)，采用較大冷卻速率。
焊后的冷卻還從三個(gè)方面影響釬焊焊點(diǎn)形態(tài)和厚度：（1）影響焊點(diǎn)的晶粒度。適當(dāng)?shù)倪^(guò)冷度會(huì)增大形核率，細(xì)化晶粒，提高焊點(diǎn)強(qiáng)度。（2）影響IMC的形態(tài)核厚度。對(duì)于銅焊盤表面常常會(huì)形成一種η-Cu6Sn5相化合物，其不斷長(zhǎng)大，形成IMC。隨著擴(kuò)散的進(jìn)一步深入，在銅盤與η-Cu6Sn5之間會(huì)形成ε-Cu3Sn相。實(shí)驗(yàn)表明，IMC厚度一般以1-3μm為宜。過(guò)厚的IMC會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂，韌性和抗低周疲勞能力下降，并且層狀的Cu3Sn電子化合物則呈脆性，焊接強(qiáng)度低，導(dǎo)電性能差，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)可靠性下降。（3）影響低熔共晶的偏析。焊點(diǎn)結(jié)晶過(guò)程中由于化學(xué)成分不均勻而往往導(dǎo)致偏析產(chǎn)生，再加上低熔共晶的存在，冷卻過(guò)程中造成焊點(diǎn)內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生焊接裂紋。抑制偏析可以從兩個(gè)方面努力：（1）研制固液共存溫度范圍小的釬料；（2）提高冷卻速度，使釬料合金來(lái)不及產(chǎn)生偏析就已經(jīng)凝固。
冷卻系統(tǒng)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：
1）氣流應(yīng)定向，應(yīng)不導(dǎo)致釬料槽表面的劇烈散熱；
2）風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)，過(guò)大易產(chǎn)生擾動(dòng)焊點(diǎn)；
3）冷卻速度要求適中，急速冷卻將導(dǎo)致較大的熱應(yīng)力而損壞元器件。
目前廣泛應(yīng)用的冷卻方式是強(qiáng)制自然風(fēng)冷卻，其冷卻速度為3-4℃/s，基本上可以滿足一般PCB的焊接要求，另外一種冷卻方式是采用強(qiáng)制冷源冷卻，其冷卻速度可達(dá)8-10℃/s。對(duì)于表面組裝比較復(fù)雜的PCB，或者是多層板、混裝板建議采用這種冷卻方式，其冷卻效果比較好。
傳輸系統(tǒng)：
傳輸帶是一條安放在輥軸上的金屬傳送帶，它支撐PCB通過(guò)波峰焊接區(qū)域。傳輸帶必須平穩(wěn)，并維持一個(gè)恒定的速度。傳輸帶的速度和角度可以進(jìn)行控制。通過(guò)傾角的調(diào)節(jié)，可以調(diào)控PCB與波峰面的焊接時(shí)間。適當(dāng)?shù)膬A角有助于液態(tài)釬料與PCB更快的脫離，使之返回錫爐內(nèi)。當(dāng)傾角太小時(shí)，容易出現(xiàn)橋連等焊接缺陷，而傾角過(guò)大，雖然有利于橋連的消除，但是焊點(diǎn)吃錫量太少，容易產(chǎn)生虛焊。軌道傾角應(yīng)控制在5～7°之間。
軌道傳輸速度在波峰焊接過(guò)程中是一個(gè)非常重要的參數(shù)，因?yàn)樗母淖儗⒂绊懻麄€(gè)焊接溫度曲線。當(dāng)傳輸速度太快時(shí)，PCB上助焊劑的涂覆量不足，以及預(yù)熱溫度不夠，在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生潤(rùn)濕不良，導(dǎo)致上錫不足、露焊、拉尖等焊接缺陷。當(dāng)傳輸速度太慢，余熱時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致助焊劑過(guò)渡揮發(fā)，同樣導(dǎo)致上錫不足、露焊，而且浸錫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致橋連。一般軌道傳輸速度范圍在1.2-1.4m/min。
助焊劑更換：
生產(chǎn)過(guò)程中，由于空氣中的水分、灰塵，銅箔及元件引線表面的吸附氣體、吸附水膜、氧化物、油脂、塵埃等不斷進(jìn)入助焊槽，使助焊劑的雜質(zhì)含量會(huì)慢慢上升，當(dāng)雜質(zhì)含量大于300×10P-6P時(shí)應(yīng)予以更換。
