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smt焊接工艺-波峰焊

来源:smt     时间:2020/08/19


1、波峰焊接的历史

波峰焊已经存在了几十年,并且作为焊接元件的主要方法在pcb的利用增长中起到了重要作用。将电子产品变得更小,功能更多,pcb(这些设备的核心)使这成为可能,这是一个巨大的推动力。这种趋势也催生了新的焊接工艺作为波峰焊的替代品。

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波峰焊前:pcb组装历史


焊接作为连接金属部件的过程被认为是在锡的发现后不久出现的,锡仍然是当今焊料的主要元素。另一方面,第一块pcb出现在20世纪。德国发明家艾伯特汉森提出了一个多层平面的想法; 包括绝缘层和箔导体。他还描述了在器件中使用孔,这与今天用于通孔元件安装的方法基本相同。


在第二次世界大战期间,随着各国寻求提高通信和准确性或精确度,电气和电子设备的发展起飞。 现代pcb的发明者保罗·艾斯勒(paul eisler)于1936年开发了一种将铜箔连接到玻璃绝缘基底的工艺。他后来演示了如何在他的设备上组装无线电。尽管他的电路板使用布线来连接元件,这是一个缓慢的过程,但当时并不需要大规模生产pcb的大规模生产。



2、双波峰焊机的工作原理


双波峰焊机是为适应插装元件与表面贴装元件混合安装特点而在单波峰焊机基础上发展起来的,此发明以来,其结构就基本固定为“紊流波 平滑波”的形式,如图所示。


1) 纹流波


主要功能是产生一个向上冲击的紊流波,将因“遮蔽效应”(如图所示),而形成的气泡赶走,使锡波能够紧密地与焊盘接触从而减少漏焊现象的发生。向上冲击的紊流波也有利于安装孔的良好填锡。


2) 平滑波


正如其名,其主要功能产生一个无波峰与波谷的平滑锡波,用于焊缝形态是修正。平滑波的结构与宽度对波峰焊接质量的影响很大,一定程度上决定了波峰焊接的直通率,也是不同品牌波峰焊机的价值所在。


(1)平滑波工艺分析


平滑波可分为三个工艺区域:pcb进入区(a点前)、传热区(a-b间的区域)和pcb离开区(b点后),如图所示。


3、工艺控制


1)焊剂喷涂


用双面胶纸把一张白纸粘贴在pcb上,进行焊剂涂覆,检查焊剂喷涂是否均匀,是否漏喷,焊剂是否入孔,特别是osp孔。


漏喷常常是引起桥连、拉尖的常见原因。


2)预热


预热有如下几个目的:


(1)使大部分焊剂挥发,避免焊接时引起飞溅、造成锡波温度下降(因为焊剂挥发需要吸热)。


(2)获得适当的黏度。黏度太低,焊剂容易过早地被锡波带走,会使润湿变差;


(3)获得适当的温度。减少pcba进入焊锡波时的热冲击和板变形;


(4)促进焊剂活化。


4、合适预热结果的评判


(1)对有铅焊接而言,焊接面约110℃。对于给定的pcba,可以通过测量元件面温度判断;也可以用手摸,发粘即可,太干容易引起焊接问题。


(2)osp板,预热温度需要适当提高,如130℃。


(3)enig板,要视使用单波还是双波确定。双波需要较高的预热温度,单波则需要较低的预热温度,以避免焊盘边缘反润湿。


5、焊接


(1)紊流波向上应具有一定的冲击力,形成无规则的谷与峰;


(2)平滑波锡波面必须平整,波高以实现无缺陷焊接为调整目标。


不同的波形要求不同,如某品牌波峰焊机,波比较低时,桥连、拉尖就比较多( 受热不足);波比较高时,焊点的饱满性会变差(快速下拉)。这些都基于其窄的弧形波特性。


拉尖,通常是因为焊锡还没有拉下,其上部已经凝固所致。之所以凝固,是因为引线散热比较快或引线比较长,为了避免拉尖,有时需要平滑波压的深些以提高引线的热容量,也可以通过降低传送速度来实现(高速传送前提下)。


波高的调节一定要配合传送速度进行调节,单纯的调节波高往往难以实现目标。


传送速度:影响焊点的受热和分离速度。一般不可单独调节,需要根据波形、所焊pcba进行调节。


6、常见焊接不良与对策


1、桥连


1) 桥连的类别


影响桥连的因素很多,设计、焊剂活性、焊料成分、工艺等,需多方面持续改进。


根据所产生的原因,桥连可以大致分成两类:焊剂不足型和垂直布局型。


(1)焊剂不足型。


特征是多引线连锡、焊盘、引线头(最容易氧化)无润湿或局部润湿,如图所示。


(2)垂直布局型。


特征是焊点饱满、引线头包锡、连锡悬空,如图所示。这是常见的桥连类型,正如其分类名称那样,它主要与引线构成的锡墙厚度有关—— 引线直径、长度与间距。


当然,也与pcb上元件布局、焊剂的活性、锡波高度、预热温度和链速等有关,影响因素比较多、复杂,难以100%解决。一般多发生在引线间距比较小(≤2mm)、伸出比较长(≥1.5mm)、比较粗的连接器类元件,如欧式插座。


2)改进措施:


(1)设计


a)最有效的措施就是采用短引线设计。2.5mm间距的引线,长度控制在1.2mm以内;2mm间距的引线,长度控制在0.5mm以内。最简单的经验就是“1/3原则”,即引线伸出长度应取其间距的1/3。只要做到这点,桥连现象基本可以消除。


b)连接器等元件。尽可能将元件的长度方向平行于传送方向布局并设计盗锡工艺焊盘,以提供连续载波能力。


c) 使用小焊盘设计,因为金属化孔的pcb焊点的强度基本不靠焊盘的大小。对减少桥连缺陷而言焊盘环宽越小越好,只要满足pcb制造需要的最小环宽即可。


(2) 工艺


a)使用窄的平波波峰焊机进行焊接。


b)使用合适的传送速度(以引线能够连续脱离为宜)。链速快或慢,都不利于桥连现象的减少。这是因为(传统的解释)链速快,打开桥连的时间不够或受热不足;链速慢,有可能导致引线靠近封装端温度下降。但实际情况远比这复杂,有时,热容量大、长的引线,宜快,反之,宜慢(大热容量与小热容量引线在传送速度方面的要求总是相反的)。因此,实践中要多试。


链速快慢判别标准视焊接对象、所用设备而定,是一个动态的概念!一般以


0.8~1.2m/min分界点。


c)预热温度要合适,应使焊剂达到一定的黏度。黏度太低容易被焊锡波冲走,会使润湿变差。过度预热会使松香氧化并发生聚合反应,减缓润湿过程。这都会增加桥连的概率。


d)对非焊剂原因产生的桥连,可以通过降低波高的方法进行消除(以波刚接触最长引线尖端为目标,这是tamula的建议)。


漏焊(skip、dry)及虚焊


漏焊,主要涉及片式元件,与元件高度和布局方向以及元件封装和焊盘外伸长度有关。原因是元件的“遮蔽效应”和焊剂的“气囊隔绝”,有时也与焊剂涂覆、焊盘/引线氧化有关。


虚焊多与焊盘或焊端氧化、热量不足、引线长过波峰时扰动有关。改进措施:


(1)优化元件布局和焊盘设计,如图所示。


(2)对装有smd的波焊面一定要打开紊流波。图示虽然非漏焊现象,但形成原因同漏焊。


(3)充分预热或减少焊剂量(前提是使用了高焊剂量),消除“气囊隔绝”效应


的影响。


(4)还要注意挡条和托架的设计不要影响元件的受热与受锡空间。

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