畢業(yè)設(shè)計(jì)--波峰焊接技術(shù)

1、南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文作者 學(xué)號 系部 機(jī)電學(xué)院 專業(yè) 電子組裝技術(shù)與設(shè)備（SMT） 題目 波峰焊接技術(shù) 指導(dǎo)教師 評閱教師 完成時(shí)間： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中文摘要題目：波峰焊接技術(shù)摘要：波峰焊是將熔融的液態(tài)焊料，借助于泵的作用，在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波，插裝了元器件的PCB置于傳送鏈上，經(jīng)某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過焊料波峰面而實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)的焊接過程。作為一種傳統(tǒng)焊接技術(shù)，目前波峰焊依然在電子制造領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用。本文介紹了波峰焊接技術(shù)的原理，并分別從焊接前的質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝材料及工藝參數(shù)這三個方面探討提高波峰焊質(zhì)量的有效方法。關(guān)鍵詞：波峰焊 印制電路板

2、工藝參數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文摘要Title : Wave Soldering Technology Abstract: Wave soldering is by using the melting solders wave to complete soldering. In this process, the printed circuit board is certain Angle and specific immersion depth uniform motion. Although wave soldering is a conventional soldering technolo

3、gy, now it still plays an important role in electronics production. This article introduces theory of wave soldering.The effective way for improving the quality of wave soldering was discussed in terms of the quality control before soldering and the control of manufacturing material and process para

4、meters.Keyword: Wave soldering Printed circuit board Process parameters 目錄1 引言·····································

5、························ 52 波峰焊接設(shè)備及工藝························

6、;·························52.1波峰焊的分類·······················&

7、#183;···························62.2 波峰焊接的結(jié)構(gòu)組成及功能···················&#

8、183;················7 2.2.1治具安裝·······························

9、83;··················7 2.2.2助焊劑系統(tǒng)·····························

10、83;··················7 2.2.3預(yù)熱系統(tǒng)·····························

11、3;····················8 2.2.4焊接系統(tǒng)····························

12、;······················9 2.2.5冷卻··························&#

13、183;··························10 2.2.6控制系統(tǒng)·····················&#

14、183;···························102.3惰性焊接·····················

15、;··························102.4波峰焊接方法的選擇·····················

16、83;··················113 波峰焊質(zhì)量分析·····························

17、3;·················11 3.1提高波峰焊接的質(zhì)量與措施·····························

18、3;······11 3.1.1焊接前對印制板質(zhì)量及元件的控制···························11 3.1.2生產(chǎn)工藝材料的質(zhì)量控制·········

19、3;·························12 3.1.3焊接過程中的工藝參數(shù)控制·····················&#

20、183;···········133.2波峰焊接缺陷分析····································&

21、#183;···· 14總結(jié)············································&#

22、183;·················15致謝·······························

23、3;······························16參考文獻(xiàn)··················

24、3;········································1617 1 引言自從無線電發(fā)明的那天起，電子組裝技術(shù)就相伴誕生了 。但在電子管時(shí)代，人們僅用手工烙鐵焊接電子產(chǎn)品。

25、20世紀(jì)40年代隨著印制電路板研制成功，開始將晶體管以及瞳孔直接焊接在印制板上，使電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積開始縮小，到了50年代，英國研制世界上第一臺波峰焊機(jī)，由此電子大規(guī)模工業(yè)化時(shí)代開始到來，它對世界電子工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)是無法估量的。隨著表面貼裝技術(shù)的發(fā)展，波峰焊技術(shù)正逐漸失去它的重要性，但在電子行業(yè)的某些主要技術(shù)方面，由于受到電子元器件體積等方面的限制，波峰焊技術(shù)仍是不可缺少的主要技術(shù)之一。波峰焊設(shè)備發(fā)展至今的50多年中，在通孔元器件的焊接中具有生產(chǎn)效率高，自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，因此曾經(jīng)是電子產(chǎn)品自動化大批量生產(chǎn)中最主要的焊接設(shè)備。雖然表面組裝技術(shù)的發(fā)展在某些程度上取代了波峰焊技術(shù)，但在

26、一些高端電子產(chǎn)品以及不能通過表面組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)中，仍是主要的。 2 波峰焊接設(shè)備及工藝波峰焊是將熔化的焊料，經(jīng)電動泵或電磁泵噴流成設(shè)計(jì)要求的焊料波峰，使預(yù)先裝有電子元器件的印制板通過焊料波峰，實(shí)現(xiàn)元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。波峰面的表面均被一層氧化皮覆蓋，它在沿焊料波的整個長度方向上幾乎都保持靜態(tài)，在波峰焊接過程中，PCB接觸到錫波的前沿表面，氧化皮破裂，PCB前面的錫波無皺褶地被推向前進(jìn)，這說明整個氧化皮與PCB以同樣的速度移動波峰焊機(jī)焊點(diǎn)成型：當(dāng)PCB進(jìn)入波峰面前端時(shí)，基板與引腳被加熱，并在未離開波峰面之前，整個PCB浸在焊料中，即被焊料所橋聯(lián)，但在離開波峰

27、尾端的瞬間，少量的焊料由于潤濕力的作用，粘附在焊盤上，并由于表面張力的原因，會出現(xiàn)以引線為中心收縮至最小狀態(tài)，此時(shí)焊料與焊盤之間的潤濕力大于兩焊盤之間的焊料的內(nèi)聚力。因此會形成飽滿，圓整的焊點(diǎn)，離開波峰尾部的多余焊料，由于重力的原因，回落到錫鍋中。波峰焊用于印制板裝聯(lián)已有20多年的歷史，現(xiàn)在已成為一種非常成熟的電子裝聯(lián)工藝技術(shù)，目前主要用于通孔插裝組件和采用混合組裝方式的表面組件的焊接。圖1是典型波峰焊外觀圖，圖2 是波峰焊中典型的雙波峰系統(tǒng)示意圖。 圖1 典型的波峰焊外觀圖 圖2 波峰焊中典型的雙波峰系統(tǒng)示意圖 2.1 波峰焊機(jī)的分類根據(jù)價(jià)格和產(chǎn)量，波峰焊機(jī)大致可以分為三類： 40,000到

28、55,000美元可以買到一臺入門級、低或中等產(chǎn)量的立式機(jī)器。雖然還有更便宜的臺式機(jī)型，但這些只適合于用在研究開發(fā)或制作樣機(jī)的場合，因?yàn)閷τ谝m應(yīng)制造商對增長的需求而言，它們都不夠經(jīng)用。典型的這類機(jī)器其傳送帶輸出速度約為0.8米/分鐘到1米/分鐘，采用發(fā)泡式或噴霧式助焊劑涂敷設(shè)備?？赡軟]有對流式預(yù)熱裝置，但是大多數(shù)供應(yīng)商會提供兼有單波和雙波性能的機(jī)器。 48,000到80,000美元可以買到一臺中等產(chǎn)量的機(jī)器，預(yù)熱區(qū)約為1.22米到1.83米，生產(chǎn)速度約為1.2米/分鐘到1.5米/分鐘。除了將雙波峰作為標(biāo)準(zhǔn)配置外，同時(shí)還提供有更多先進(jìn)的配置，比如惰性氣體環(huán)境等。 在高端市場，用95,000到19

29、0,000美元可以買到高產(chǎn)量的機(jī)器，能每天運(yùn)行24小時(shí)并只需很少的人工干預(yù)。一般采用1.83米到2.44米的預(yù)熱長度，可以得到2米/分鐘或更高的產(chǎn)量。它同時(shí)還包括很多先進(jìn)的特性，比如統(tǒng)計(jì)過程控制和遠(yuǎn)距離監(jiān)測裝置，以及在同一機(jī)器內(nèi)既有噴霧式、發(fā)泡式又有波峰式助焊劑涂敷系統(tǒng)，另外可能還有三波峰性能。2.2波峰焊接的結(jié)構(gòu)組成功能波峰焊有單波峰焊和雙波峰焊之分。單波峰焊用于SMT時(shí)，由于焊料的“遮蔽效應(yīng)”容易出現(xiàn)較嚴(yán)重的質(zhì)量問題，如漏焊、橋接和焊縫不充實(shí)等缺陷。而雙波峰則較好地克服了這個問題，大大減少漏焊、橋接和焊縫不充實(shí)等缺陷，因此目前在表面組裝中廣泛采用雙波峰焊工藝和設(shè)備。 雙波峰焊的結(jié)構(gòu)組成見圖

30、3。圖3 雙波峰焊結(jié)構(gòu)組成2.2.1 治具安裝 治具安裝是指給待焊接的PCB板安裝夾持的治具，可以限制基板受熱變形的程度，防止冒錫現(xiàn)象的發(fā)生，從而確保浸錫效果的穩(wěn)定。2.2.2 助焊劑系統(tǒng)助焊劑系統(tǒng)是保證焊接質(zhì)量的第一個環(huán)節(jié)，其主要作用是均勻地涂覆助焊劑，除去PCB和元器件焊接表面的氧化層和防止焊接過程中再氧化。助焊劑用量少，潤濕效果差；用量大，會引起錫珠，且留下過量的助焊劑殘留，會導(dǎo)致污染甚至腐蝕產(chǎn)品，引起產(chǎn)品的性能問題。因此，助焊劑的涂覆一定要均勻，盡量不產(chǎn)生堆積。助焊劑系統(tǒng)有多種，包括噴霧式、噴流式和發(fā)泡式。目前一般使用噴霧式助焊系統(tǒng)，如圖4所示。采用免清洗助焊劑，這是因?yàn)槊馇逑粗竸┲?/p>

31、固體含量極少，不揮發(fā)無含量只有1/51/20。所以必須采用噴霧式助焊系統(tǒng)涂覆助焊劑，同時(shí)在焊接系統(tǒng)中加防氧化系統(tǒng)，保證在PCB上得到一層均勻細(xì)密很薄的助焊劑涂層，這樣才不會因第一個波的擦洗作用和助焊劑的揮發(fā)，造成助焊劑量不足，而導(dǎo)致焊料橋接和拉尖。 圖4 噴霧式助焊劑系統(tǒng) 噴霧式有兩種方式：一是采用超聲波擊打助焊劑，使其顆粒變小，再噴涂到PCB板上。二是采用微細(xì)噴嘴在一定空氣壓力下噴霧助焊劑。這種噴涂均勻、粒度小、易于控制，噴霧高度/寬度可自動調(diào)節(jié)，是今后發(fā)展的主流。 2.2.3 預(yù)熱系統(tǒng) 1、預(yù)熱系統(tǒng)的作用 l 助焊劑中的溶劑成份在通過預(yù)熱器時(shí)，將會受熱揮發(fā)。從而避免溶劑成份在經(jīng)過液面時(shí)高溫

32、氣化造成炸裂的現(xiàn)象發(fā)生，最終防止產(chǎn)生錫粒的品質(zhì)隱患。 l 待浸錫產(chǎn)品搭載的部品在通過預(yù)熱器時(shí)的緩慢升溫，可避免過波峰時(shí)因驟熱產(chǎn)生的物理作用造成部品損傷的情況發(fā)生。 l 預(yù)熱后的部品或端子在經(jīng)過波峰時(shí)不會因自身溫度較低的因素大幅度降低焊點(diǎn)的焊接溫度，從而確保焊接在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到溫度要求。2、預(yù)熱方法 波峰焊幾種常見的預(yù)熱方法有空氣對流加熱、紅外加器加熱、用熱空氣和輻射相結(jié)合加熱。例如，德國Sohe公司生產(chǎn)的隧道式1200、7000系列波峰焊機(jī)的預(yù)熱方法就是采用紅外管狀石英燈加熱，有節(jié)約能耗、升溫速度快的優(yōu)點(diǎn)?？諝鈱α鞯男纬墒且揽垦b在波峰焊上的排風(fēng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，只要達(dá)到一定的排風(fēng)量，就有良好的對

33、流效果。3、預(yù)熱溫度與時(shí)間一般預(yù)熱溫度為130150，預(yù)熱時(shí)間為13min。預(yù)熱溫度控制得好，可防止虛焊、拉尖和橋接，減小焊料波峰對基板的熱沖擊，有效地解決焊接過程中PCB板翹曲、分層、變形問題。 2.2.4 焊接系統(tǒng)焊接系統(tǒng)一般采用雙波峰。在波峰焊接時(shí)，PCB板先接觸第一個波峰，然后第二個波峰。第一個波峰是由窄噴嘴噴流出的"湍流"波峰，流速快，對組件有較高的垂直壓力，使焊料對尺寸小，貼裝密度高的表面組裝元器件的焊端有較好的滲透性；通過湍流的熔融焊料在所有方向擦洗組件表面，從而提高了焊料的潤濕性，并克服了由于元器件的復(fù)雜形狀和取向帶來的問題；同時(shí)也克服了焊料的"遮

34、蔽效應(yīng)"湍流波向上的噴射力足以使焊劑氣體排出。因此，即使印制板上不設(shè)置排氣孔也不存在焊劑氣體的影響，從而大大減小了漏焊、橋接和焊縫不充實(shí)等焊接缺陷，提高了焊接可靠性。經(jīng)過第一個波峰的產(chǎn)品，因浸錫時(shí)間短以及部品自身的散熱等因素，浸錫后存在著很多的短路，錫多，焊點(diǎn)光潔度不正常以及焊接強(qiáng)度不足等不良內(nèi)容。因此，緊接著必須進(jìn)行浸錫不良的修正，這個動作由噴流面較平較寬闊，波峰較穩(wěn)定的二級噴流進(jìn)行。這是一個"平滑"的波峰，流動速度慢，有利于形成充實(shí)的焊縫，同時(shí)也可有效地去除焊端上過量的焊料，并使所有焊接面上焊料潤濕良好，修正了焊接面，消除了可能的拉尖和橋接。具體如圖5所示：

35、圖5 雙波峰焊接原理2.2.5 冷卻 浸錫后適當(dāng)?shù)睦鋮s有助于增強(qiáng)焊點(diǎn)接合強(qiáng)度的功能，同時(shí)，冷卻后的產(chǎn)品更利于爐后操作人員的作業(yè)，因此，浸錫后產(chǎn)品需進(jìn)行冷卻處理。2.2.6控制系統(tǒng)對于整個焊接過程，其控制系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：（1）PLC內(nèi)置時(shí)鐘芯片,可設(shè)定時(shí)間自動打開錫爐加熱。（2）波峰頻率控制模式提供2種控制方式供選擇：電腦通訊控制 操作面板控制（3）波峰運(yùn)行模式提供2種控制方式供選擇：波峰一直打開 有板時(shí)自動打開波峰(經(jīng)濟(jì)模式)在選擇第2項(xiàng)時(shí)用戶可以根據(jù)自己的需要設(shè)定打開波峰的范圍,這樣大大的減少了材料的損耗。（4）三種噴霧方式可供選擇：步進(jìn)噴霧伺服噴霧 氣缸噴霧（5）自動/手動寬窄調(diào)節(jié)功能。P

36、LC內(nèi)置時(shí)鐘芯片,可設(shè)定時(shí)間自動打開錫爐加熱。2.3 惰性焊接 氮?dú)夂附涌梢詼p少錫渣節(jié)省成本，但是用戶必須要承擔(dān)氮?dú)獾馁M(fèi)用以及輸送系統(tǒng)的先期投資。通常需要折衷考慮上述兩個方面的因素，因此必須確定減少維護(hù)以及由于焊點(diǎn)浸潤更好因而缺陷率降低所節(jié)省下來的成本。另外也可以采用低殘余物工藝，此時(shí)會有一些助焊劑殘余物留在板子上，而根據(jù)產(chǎn)品或客戶的要求這些殘余物是可以接受的。像合約制造商這樣的用戶對于所焊接的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不會有一個總的控制，因此他們要尋求更寬的工藝范圍，這可以通過采用有腐蝕性的助焊劑然后進(jìn)行清洗的方法來達(dá)到。雖然會有一個初始設(shè)備投資，但在大多數(shù)情況下這是一個成本最低的方法，因?yàn)閺纳a(chǎn)線下來的都是

37、高質(zhì)量而又無需返工的產(chǎn)品。 2.4 波峰焊接方法的選擇波峰焊方法或工藝的采用取決與產(chǎn)品的復(fù)雜程度以及產(chǎn)量，如果做復(fù)雜的產(chǎn)品以及產(chǎn)量很高，可以考慮氮?dú)夤に嚤热鏑oN2Tour波峰來減少錫渣并提高焊點(diǎn)的浸潤性。如果使用一臺中型的機(jī)器，其工藝可以分為氮?dú)夤に嚭涂諝夤に?，用戶仍然可以在空氣環(huán)境下處理復(fù)雜的板子，在這種情況下，可根據(jù)用戶的要求使用腐蝕性助焊劑，在焊接后再進(jìn)行清洗，或者使用低固態(tài)助焊劑。3 波峰焊質(zhì)量分析3.1 提高波峰焊的質(zhì)量與措施分別從焊接前的質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝材料及工藝參數(shù)這三個方面探討了提高波峰焊質(zhì)量的方法。 3.1.1 焊接前對印制板質(zhì)量及元件的控制 1、焊盤設(shè)計(jì) （1）在設(shè)計(jì)插

38、件元件焊盤時(shí)，焊盤大小尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)合適。焊盤太大，焊料鋪展面積較大，形成的焊點(diǎn)不飽滿，而較小的焊盤銅箔表面張力太小，形成的焊點(diǎn)為不浸潤焊點(diǎn)。孔徑與元件引線的配合間隙太大，容易虛焊，當(dāng)孔徑比引線寬0.050.2mm，焊盤直徑為孔徑的22.5倍時(shí)，是焊接比較理想的條件。（2）在設(shè)計(jì)貼片元件焊盤時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：為了盡量去除"陰影效應(yīng)"，SMD的焊端或引腳應(yīng)正對著錫流的方向，以利于與錫流的接觸，減少虛焊和漏焊，波峰焊時(shí)推薦采用的元件布置方向圖如圖6所示； 圖6 波峰焊推薦使用元件布置方向圖波峰焊接不適合于細(xì)間距QFP、PLCC、BGA和小間距SOP器件焊接，就是在波峰焊接的這一面

39、盡量不要布置這類元件；較小的元件不應(yīng)排在較大的元件后，以免較大元件妨礙錫流與較小元件的焊盤接觸，造成漏焊。2、 PCB平整度控制 波峰焊接對印制板的平整度要求很高，一般要求翹曲度要小于0.5mm，如果大于0.5mm要做平整處理。尤其是某些印制板厚度只有1.5mm左右，其翹曲度要求就更高，否則無法保證焊接質(zhì)量。 3、妥善保存印制板及元件，盡量縮短儲存周期 在焊接中，無塵埃、油脂、氧化物的銅箔及元件引線有利于形成合格的焊點(diǎn)，因此印制板及元件應(yīng)保存在干燥、清潔的環(huán)境下，并且盡量縮短儲存周期。對于放置時(shí)間較長的印制板，其表面一般要做清潔處理，這樣可提高可焊性，減少虛焊和橋接，對表面有一定程度氧化的元件

40、引腳，應(yīng)先除去其表面氧化層。3.1.2 生產(chǎn)工藝材料的質(zhì)量控制 在波峰焊接中，使用的生產(chǎn)工藝材料有：助焊劑和焊料。 1、 助焊劑質(zhì)量控制 助焊劑在焊接質(zhì)量的控制上舉足輕重，其作用是：（1）除去焊接表面的氧化物；（2）防止焊接時(shí)焊料和焊接表面再氧化；（3）降低焊料的表面張力；（4）有助于熱量傳遞到焊接區(qū)。目前波峰焊接所采用的多為免清洗助焊劑。選擇助焊劑時(shí)有以下要求：l 熔點(diǎn)比焊料低；l 浸潤擴(kuò)散速度比熔化焊料快；l 粘度和比重比焊料??；l 在常溫下貯存穩(wěn)定。2、焊料的質(zhì)量控制錫鉛焊料在高溫下（250）不斷氧化，使錫鍋中錫鉛焊料含錫量不斷下降，偏離共晶點(diǎn)，導(dǎo)致流動性差，出現(xiàn)連焊、虛焊、焊點(diǎn)強(qiáng)度不夠

41、等質(zhì)量問題?？刹捎靡韵聨讉€方法來解決這個問題：（1） 添加氧化還原劑，使已氧化的SnO還原為Sn，減小錫渣的產(chǎn)生；（2） 不斷除去浮渣； （3） 每次焊接前添加一定量的錫；（4） 采用含抗氧化磷的焊料；（5） 采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，讓氮?dú)獍押噶吓c空氣隔絕開來，取代普通氣體，這樣就避免了浮渣的產(chǎn)生，這種方法要求對設(shè)備改型，并提供氮?dú)狻?目前最好的方法是在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下使用含磷的焊料，可將浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少，工藝控制最佳。 3.1.3 焊接過程中的工藝參數(shù)控制 焊接工藝參數(shù)對焊接表面質(zhì)量的影響比較復(fù)雜，并涉及到較多的技術(shù)范圍。1、 預(yù)熱溫度的控制 預(yù)熱的作用：（1） 使助焊劑中的溶劑充分發(fā)揮，以免印制板通過焊錫時(shí)，影響印制板的潤濕和焊點(diǎn)的形成；（2） 印制板在焊接前達(dá)到一定溫度，以免受到熱沖擊產(chǎn)生翹曲變形。一般預(yù)熱溫度控制在180210，預(yù)熱時(shí)間13min。 2、焊接軌道傾角 軌道傾角對焊接效果的影響較為明顯，特別是在焊接高密度SMT器件時(shí)更是如此。當(dāng)傾角太小時(shí)，較易出現(xiàn)橋接，特別是焊接中，SMT器件的"遮蔽區(qū)"更易出現(xiàn)橋接；而傾角過大，雖然有利于橋接的消除，但