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波峰焊工艺技术

作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12

波峰焊工艺技术关键字：波峰焊工　　在大多数不需要小型化的产品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技术线路板，比如电视机、家庭音像设备以及即将推出的数字机顶盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。从工艺角度上看，波峰焊机器只能提供很少一点最基本的设备运行参数调整。　　一、生产工艺过程　　线路板通过传送带进入波峰焊机以后，会经过某个形式的助焊剂涂敷装置，在这里助焊剂利用波峰、发泡或喷射的方法涂敷到线路板上。由于大多数助焊剂在焊接时必须要达到并保持一个活化温度来保证焊点的完全浸润，因此线路板在进入波峰槽前要先经过一个预热区。助焊剂涂敷之后的预热可以逐渐提升PCB的温度并使助焊剂活化，这个过程还能减小组装件进入波峰时产生的热冲击。它还可以用来蒸发掉所有可能吸收的潮气或稀释助焊剂的载体溶剂，如果这些东西不被去除的话，它们会在过波峰时沸腾并造成焊锡溅射，或者产生蒸汽留在焊锡里面形成中空的焊点或砂眼。波峰焊机预热段的长度由产量和传送带速度来决定，产量越高，为使板子达到所需的浸润温度就需要更长的预热区。另外，由于双面板和多层板的热容量较大，因此它们比单面板需要更高的预热温度。　　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。在这些方法中，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。在预热之后，线路板用单波(λ波)或双波(扰流波和λ波)方式进行焊接。对穿孔式元件来讲单波就足够了，线路板进入波峰时，焊锡流动的方向和板子的行进方向相反，可在元件引脚周围产生涡流。这就象是一种洗刷，将上面所有助焊剂和氧化膜的残余物去除，在焊点到达浸润温度时形成浸润。　　对于混和技术组装件，一般在λ波前还采用了扰流波。这种波比较窄，扰动时带有较高的垂直压力，可使焊锡很好地渗入到安放紧凑的引脚和表面安装元件(SMD)焊盘之间，然后用λ波完成焊点的成形。在对未来的设备和供应商作任何评定之前，需要确定用波峰进行焊接的板子的所有技术规格，因为这些可以决定所需机器的性能。　　二、避免缺陷　　随着目前元器件变得越来越小而PCB越来越密，在焊点之间发生桥连和短路的可能性也因此有所增加。但已有了一些行之有效的方法可用来解决这种问题，其中一种方法是采用风刀技术。这是在PCB离开波峰时用一个风刀向熔化的焊点吹出一束热空气或氮气，这种和PCB一样宽的风刀可以在整个PCB宽度上进行完全质量检查，消除桥连或短路并减少运行成本。还有可能发生的其它缺陷包括虚焊或漏焊，也称为开路，如果助焊剂没有涂在PCB上时就会形成。如果助焊剂不够或预热阶段运行不正确的话则会造成顶面浸润不良。尽管焊接桥连或短路可在焊后测试时发现，但要知道虚焊会在焊后的质量检查时测试合格，而在以后的使用中出现问题。使用中出现问题会严重影响制定的最低利润指标，不仅仅是因为作现场更换时会产生的费用，而且由于客户发现到了质量问题，因而对今后的销售也会有影响。　　在波峰焊接阶段，PCB必须要浸入波峰中将焊料涂敷在焊点上，因此波峰的高度控制就是一个很重要的参数。可以在波峰上附加一个闭环控制使波峰的高度保持不变，将一个感应器安装在波峰上面的传送链导轨上，测量波峰相对于PCB的高度，然后用加快或降低锡泵速度来保持正确的浸锡高度。锡渣的堆积对波峰焊接是有害的。如果在锡槽里聚集有锡渣，则锡渣进入波峰里面的可能性会增加。可以通过设计锡泵系统来避免这种问题，使其从锡槽的底部而不是锡渣聚集的顶部抽取锡。采用惰性气体也可减少锡渣并节省费用。　　三、惰性焊接　　氮气焊接可以减少锡渣节省成本，但是用户必须要承担氮气的费用以及输送系统的先期投资。通常需要折衷考虑上述两个方面的因素，因此必须确定减少维护以及由于焊点浸润更好因而缺陷率降低所节省下来的成本。另外也可以采用低残余物工艺，此时会有一些助焊剂残余物留在板子上，而根据产品或客户的要求这些残余物是可以接受的。像合约制造商这样的用户对于所焊接的产品设计不会有一个总的控制，因此他们要寻求更宽的工艺范围，这可以通过采用有腐蚀性的助焊剂然后进行清洗的方法来达到。虽然会有一个初始设备投资，但在大多数情况下这是一个成本最低的方法，因为从生产线下来的都是高质量而又无需返工的产品。　　四、生产率问题　　许多用户使用自动化在线式设备一周七天地进行制造和组装。因此，生产率的问题比以前更为重要，所有设备都必须要有尽可能高的正常运行时间。在选择波峰焊设备时，必须要考虑各个系统的MTBF(平均无故障时间)及其MTTR(平均修理时间)。如果一个系统采用了可以抬起的面板、可折起的后门以及完全操纵台式检修门而具有较高的易维护性，就可达到较低的MTTR。类似地，考虑一下减少焊锡模块的维护和减少助焊剂涂敷装置的维护也可以取得较短的维护时间。　　五、采用何种波峰焊接方法? 　　波峰焊方法或工艺的采用取决于产品的复杂程度以及产量，如果要做复杂的产品以及产量很高，可以考虑用氮气工艺比如CoN?2?Tour波峰来减少锡渣并提高焊点的浸润性。如果使用一台中型的机器，其功艺可以分为氮气工艺和空气工艺。用户仍然可以在空气环境下处理复杂的板子，在这种情况下，可根据客户的要求使用腐蚀性助焊剂，在焊接后再进行清洗，或者使用低固态助焊剂。　　六、风刀去桥接技术　　在各种机器类型里，还有很多先进的补充选项。比如Speedline ELECTROVERT提供了一个获得专利的热风刀去桥接技术，用来去除桥接以及做焊点的无损受力测试。风刀位于焊槽的出口处，以与水平呈40°到90°的角度向焊点射出0.4572mm窄的热风。它可以使所有在第一次由于留有空气使得焊接不够好的穿孔焊点重新填注焊锡，而不会影响到正常的焊点。但是必须要注意，要使焊点质量得到显著的提升，并不需要在波峰焊设备上设定更多的选项。而且对所有生产设备而言，检查每个工程数据的真实准确性也是很重要的，最好的方法是在购买前用机器先运行一下板子。　　七、机器的选择　　根据价格和产量，波峰焊机大致可以分为三类。　　40,000到55,000美元可以买到一台入门级、低或中等产量的立式机器。虽然还有更便宜的台式机型，但这些只适合于用在研究开发或制作样机的场合，因为对于要适应制造商对增长的需求而言，它们都不够经用。典型的这类机器其传送带输出速度约为0.8米/分钟到1米/分钟，采用发泡式或喷雾式助焊剂涂敷设备。可能没有对流式预热装置，但是大多数供应商会提供兼有单波和双波性能的机器。　　48,000到80,000美元可以买到一台中等产量的机器，预热区约为1.22米到1.83米，生产速度约为1.2米/分钟到1.5米/分钟。除了将双波峰作为标准配置外，同时还提供有更多先进的配置，比如惰性气体环境等。　　在高端市场，用95,000到190,000美元可以买到高产量的机器，能每天运行24小时并只需很少的人工干预。一般采用1.83米到2.44米的预热长度，可以得到2米/分钟或更高的产量。它同时还包括很多先进的特性，比如统计过程控制和远距离监测装置，以及在同一机器内既有喷雾式、发泡式又有波峰式助焊剂涂敷系统，另外可能还有三波峰性能。

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