波峰焊接的技术要求

荣信电力电子股份有限公司 企业 文件名称 波峰焊接技术要求 文件代号 Q/RX 208-08 年 月 日 试行 年 月 日 实施 荣信电力电子股份有限公司   1  内容 本标准规定了印制板组装件波峰焊接的基本技术要求、工艺参数及焊后质量的检验。 2  适用范围 本技术条件适用于公司产品印制板组装波峰焊接 3  引用标准 GB 2423.28  电工电子产品基本环境试验规程  试验T：锡焊试验方法 GB 2423.30  电工电子产品基本环境试验规程  试验XA：在清洗剂中浸渍 GB 4588.1    无金属化孔单、双面印制板技术条件 GB 4588.2    有金属化孔单、双面印制板技术条件 GB 4725      印制电路用覆铜箔环氧玻璃布层压板 GB 9491      锡焊用液态焊剂(松香基) SJ 2169      印制板的验收、包装、运输和保管 TJ  36      工业设计卫生标准 4  术语 4.1 波峰焊wave soldering 插装有元器件，涂覆上助焊剂并经过预热的印制板沿一定工艺角度的导轨，从焊锡波峰上匀速通过，即完成印制板焊接的工艺方法。 4.2 波峰焊机  wave soldering unit 能产生焊锡波峰并能自动完成印制板组件焊接工艺过程的工艺装备。 4.3 波峰高度wave height 波峰焊机喷嘴到波峰顶点的距离。 4.4 牵引角  drag angle 波峰顶水平面与印制板前进方向的夹角。 4.5 助焊剂flux 焊接时使用的辅料，是一种能清除焊料和被焊母材面的氧化物，使表面达到必要的清洁度的活性物质。它能防止焊接期间表面的再次氧化，降低焊料  表面张力，提高焊接性能。 4.6 焊料  solder 焊接过程中用来填充焊缝并能在母材表面形成合金层的金属材料铅合金。 4.7 焊接温度  soldering temperature 波峰的平均温度。 4.8 防氧化剂  antioxident 覆盖在熔融焊料表面，用于抑制、缓解熔融焊料氧化的材料。 4.9 稀释剂．diluent 用于调整助焊剂密度的溶剂。 4.10 焊点  solder joint 焊件的交接处并为焊料所填充，形成具有一定机电性能和一定覆形的区域。 4.11 焊接时间  soldering time 印制板焊接面上任一焊点或指定部位，在波峰焊接过程中接触熔融焊料的时间。 4.12 压锡深度  depth of impregnated 印制板被压入锡波的深度。 4.13 拉尖  icicles        焊点从元器件引线上向外伸出末端呈锐利针状。 5 焊接前对印制板质量及元件的控制 5.1 焊盘设计   5.1.1在设计插件元件焊盘时，焊盘大小尺寸设计应合适。焊盘太大，焊料铺展面积较大，形成的焊点不饱满，而较小的焊盘铜箔表面张力太小，形成的焊点为不浸润焊点。孔径与元件引线的配合间隙太大，容易虚焊，当孔径比引线宽0.05 - 0.2mm,焊盘直径为孔径的2 - 2.5倍时，是焊接比较理想的条件。 5.1.2焊盘设计时应考虑热传导性的影响，无论是圆形还是矩形焊盘，与其相连的印线必须小于焊盘直径或宽度，若要与较大面的导电区，如地、电源等平面相连时，可通过较短的印制导线达到热隔离。 5.1.3焊盘与焊盘之间要尽量保持一段距离，位置安排适才有助于焊接。另外，引线伸出焊盘的长短也要保持适中，引线过长，上锡量少，引线过短，易引起虚焊，一般取2-3mm。我们取3mm。 5.1.4在设计贴片元件焊盘时，应考虑以下几点： 为了尽量去除“阴影效应”，SMD的焊端或引脚应正对着锡流的方向，以利于与锡流的接触，减少虚焊和漏焊;波峰焊接不适合于细间距QFO、PLCC、BGA和小间距SOP器件焊接，也就是说在要波峰焊接的这一面尽量不要布置这类元件; 较小的元件不应排在较大元件后，以免较大元件妨碍锡流与较小元件的焊盘接触造成漏焊。 5.2对印制板和元件的要求 5.2.1对表面组装元件要求 表面组装元器件的金属电极应选择三层端头结构，元器件体和焊端能经受两次以上260 ℃波峰焊的温度冲击，焊接后元器件体不损坏或变形，片式元件金属端头无剥落(脱帽)现象。 5.2.2对插装元件要求 如采用短插一次焊工艺，插装元件必需预先成形，要求元件引脚露出印制板表面0.8-3mm。 5.2.3对印制电路板要求 基板应能经受260℃／50s的热冲击，铜箔抗剥强度好；阻焊膜在高温下仍有足够的粘附力，焊接后不起皱；一般采用RF4环氧玻璃纤维布印制电路板。 1） PCB平整度的要求   波峰焊接对印制板的平整度要求很高，一般要求翘曲度要小于0.5mm，如果大于0.5mm要做平整处理。尤其是某些印制板厚度只有1.5mm左右，其翘曲度要求就更高，否则无法保证焊接质量。   2）阻焊剂膜 在涂敷阻焊剂的工艺过程中，应考虑阻焊剂的涂敷精度，焊盘的边缘应当光滑，该暴露的部位不可粘附阻焊剂。 5.3印制板及元件保存和使用 印制板及元件应保存在干燥、清洁的环境下，在焊接中，应做到无尘埃、油脂、铜箔无氧化物及元件引线无氧化等现象，并且尽量缩短储存周期。对于放置时间较长的印制板，其表面一般要做清洁处理，以提高可焊性，减少虚焊和桥接，对表面有一定程度氧化的元件引脚，应先除去其表面氧化层。 6生产工艺材料的质量控制 6.1 助焊剂 助焊剂有多种，但无论选用哪种类型，其密度D必须控制在0.82~0.86g/cm3之间。 6.1.1焊剂的作用 1)焊剂中的松香树脂和活性剂在一定温度下产生活性化反应，能去除焊接金属表面氧化膜，同时松香树脂又能保护金属表面在高温下不再氧化。 2)焊剂能降低熔融焊料的表面张力，有利于焊料的润湿和扩散。 6.1.2.焊剂的特性要求 1)熔点比焊料低，扩展率>85％。 2)粘度和比重比熔融焊料小，容易被置换，不产生毒气。焊剂的比重可以用溶剂来稀释，一般控制在0.82~0.84。 3)免清洗型焊剂的比重<0.8，要求固体含量<2.0wt％，不含卤化物，焊后残留物少，不产生腐蚀作用，绝缘性能好，绝缘电阻>1x1011 Ω。 4)水清洗、半水清洗和溶剂清洗型焊剂要求焊后易清洗。 5)常温下储存稳定。 6.1.3.焊剂的选择 可采用免清洗或清洗型的焊剂 1）助焊剂流量控制：调节助焊剂 的流量，雾化颗粒及喷雾均匀度可用一张白纸进行试验，目测助焊剂 喷涂在白纸上的分布情况，通过计算机软件设置参数，再用调节器配合调节，直到理想状态为止。通常板厚为1.6MM。元器件为一般 通孔器件的情况下，设定流量为1.8L/H.助焊剂比重一般是在0.8g/cm3-0.83g/cm3间选择，夏季取0.8g/cm3，冬季取0.82 g/cm3。 2）焊料 一般采用Sn63／Pb37棒状共晶焊料，熔点183℃。 3） 稀释剂 当助焊剂的比重超过要求值时，可使用稀释剂进行稀释；不同型号的焊剂应采用相应的稀释剂。 4） 防氧化剂 防氧化剂是为减少焊接时焊料在高温下氧化而加大的辅料，起节约焊料和提高焊接质量作用，目前主要采用油类与还原剂组成的防氧化剂。要求防氧化剂还原能力强、在焊接温度下不碳化。最好的办法是使用防氧化焊料，比如使用金属氧化片，或在焊料槽内喷一层防氧化油来减缓焊料的氧化，减少桥接现象。 5） 锡渣减除剂 锡渣减除剂能使熔融的焊锡与锡渣分离，从而起到节省焊料的作用。 6) 阻焊剂或耐高温阻焊胶带 用于防止波峰焊时，后附元件的插孔被焊料堵塞等。 7焊接过程中的工艺参数控制 7.1助焊剂涂覆量 要求在印制板底面有薄薄的一层焊剂，要均匀，不能太厚，对于免清洗工艺特别要注意不能过量。 采用定量喷射方式时，关键要求喷头能够控制喷雾量，应经常清理喷头，喷射孔不能堵塞。 7.2传送速度控制：控制传送速度在设置参数时应考虑以下诸方面的因素： 7.2.1助焊剂喷涂厚度：助焊剂的流量设定后，基本上是一个固定的参数。传送速度的变化会使喷涂在印制板上的助焊剂厚度发生相应的变化。 7.2.2 预热效果：印制板从进入预热区到第一波峰这段时间里，印制板底面的温度要求能够达到 设定的工艺温度。传送速度的快慢会影响 预热效果。 7.2.3板材的厚度：传送速度与板材的厚薄具有相应的关系，厚板的传送速度应比薄板稍慢一点。 7.2.4单面板和双面板：单面板和双面板的热 传导性不同，所要求的预热温度也相应不同。 7.2.5元件的分布密度：由于热传导的作用，印制板上元件的分布密度及元器件体积的大小，也应作为设置传送速度的重要因素之一。传送速度参数调节范围见表1。 表1              传送速度调节范围 印制板类别 传送速度调节范围 (m/min) 单面板 1.5~1.8 双面板 1.0~1.2     注：要求印制板上没有特殊的元器件(如：散热器或者加固冷板) 传送速度v可按下式进行计算：v=L/t(m/min) 式中：L—总行程，从进入预热区的始端至第一波峰的长度; t—传送时间，min; V—传送速度，m/min 7.3 倾斜角的控制：倾斜角是波峰顶水平面与传送到波峰处的印制板之间的夹角。这个角度的夹角对于焊点质量至关重要。调节范围严格控制在6~10o之间。特别是在焊接高密度SMT器件时，轨道倾角应控制在5°～8°之间。 7.4预热温度的控制 7.4.1 预热温度：印制板在焊接前，必须达到 设定的工艺温度。用电子温度计固定在印制板的底面，当印制板运行到达第一波峰时，可读出印制板底面的实际温度，然后通过计算机进行修正。预热速率可通过下式进行计算： ?T=(T1-T2)/t 式中：T1—预热的工艺温度； T2—环境 温度； t—预热起始点至 第一波峰之间的传送时间； ?T—预热速率：℃/S. 7.4.2预热的作用： 1）将焊剂中的溶剂挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体。 2）焊剂中松香和活性剂开始分解和活化，可以去除印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜及其它污染物，同时起到防止金属表面在高温下发生再氧化的作用。 3）使印制板和元器件充分预热，避免焊接时急剧升温产生热应力损坏印制板和元器件。 7.4.3预热温度设置 印制板预热温度和时间要根据印制板的大小、厚度、元器件的大小和多少，以及贴装元器件的多少来确定。预热温度在90—130℃(PCB表面温度)，多层板及有较多贴装元器件时预热温度取上限。预热时间由传送带速度来控制。如预热温度偏低或和预热时间过短，焊剂中的溶剂挥发不充分，焊接时产生气体引起气孔、锡珠等焊接缺陷；如预热温度偏高或预热时 间过长，焊剂被提前分解，使焊剂失去活性，同样会引起毛刺、桥接等焊接缺陷。因此，要恰当控制顶热温度和时间，最佳的预热温度是在波峰焊前涂覆在PCB底面的    焊剂带有粘性，见表2 表2              最佳的预热温度 PCB类型元器件 热温度(℃) 板 纯THC 80—90 单面板 纯THC或THC与SMD混装 90—100 双面板 纯THC 90—110 双面板 THC与SMD 100—110 多层板 纯THC 110—125 多层板 THC与SMD混装 110一130 多层板       7.5焊接温度 焊接温度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数，焊接温度应控制在250±5℃。 波峰焊接温度取决于焊点形成最佳状态所需要的温度，在焊接之前，必须进行实际测量。用校准的温度计或电子温度计测量锡槽各点温度。按实际温度值修改计算机设置的参数。当基本达到设计温度时，空载运行4分钟，使温度分布均匀后，再进行焊接。 温度设置范围及实际应用的参数见表3。 表3          温度设置范围及实际应用的参数 印制板类别 预热温度调节范围 实际采用温度 熔液温度调节范围 实际采用温度 单面板 80%~90% 240℃~260℃ 80% 248℃ 双面板 90%~100% 240℃~260℃ 90% 248℃           夏季波峰焊槽温度取250℃，冬季取260℃。 7.6 波峰高度 波峰的高度会因焊接工作时间的推移而有一些变化，应在焊接过程中进行适当的修正，以保证理想高度进行焊接，实际选用波峰高设为7mm左右。 7.7压锡深度 是指被焊印制板浸入焊锡的深度，一般压锡深度为板厚的1/3~3/4.压锡，太深容易使焊锡溅上元件面；压锡太浅时，焊锡涂履力度不够，则会造成虚焊或漏焊。 8波峰焊工艺 焊接前准备 →开波峰焊机→设置焊接参数→首件焊接并检验→连续焊接生产→送修板检验。 9焊料的质量控制 　 锡铅焊料在高温下（250℃）不断氧化，使锡锅中锡－铅焊料含锡量不断下降，偏离共晶点，导致流动性差，出现连焊、虚焊、焊点强度不够等质量问题。可采用以下几个方法来解决这个问题：　 1）添加氧化还原剂，使已氧化的SnO还原为Sn，减小锡渣的产生。 2）不断除去浮渣。  3)每次焊接前添加一定量的锡。  4）采用含抗氧化磷的焊料。　 5)采用氮气保护，可将浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少、工艺控制最佳。   10 常见焊接缺陷及排除   影响焊接质量的因素是很多的，下表列出的是一些常见缺陷及排除方法，以供参考。 缺陷产生原因 1)焊点不全 （助焊剂喷涂量不足、预热不好、传送速度过快、波峰不平、元件氧化、焊盘氧化、焊锡有较多浮渣 ） 解决方法 a.加大助焊剂喷涂量 b.提高预热温度、延长预热时间 c.降低传送速度 d.稳定波峰 e.除去元件氧化层或更换元件 f.更换PCB g.除去浮渣 2)桥接（焊接温度过高、焊接时间过长、轨道倾角太小） 解决方法 a.降低焊接温度 b.减少焊接时间 c.提高轨道倾角 3)焊锡冲上印制板（印制板压锡深度太深、波峰高度太高、印制板翘曲） 解决方法 a.降低压锡深度 b.降低波峰高度 c.整平或采用框架固定 11 焊接质量要求和检验方法 11.1 焊点质量要求 a.焊点应外形光滑，焊料适量，最多不得超过焊盘外缘，最少不应少于焊盘面积的80%，金属化孔的焊点焊料最少时其透锡面凹进量不允许大于板厚的25%。引线末端清楚可见； b.焊点表面光洁，结晶细密，无针孔、麻点、焊料瘤； c.焊料边缘与焊件表面形成的湿润角应小于30度； d.焊点引线露出高度为0.5~1mm。 e.焊点不允许出现拉尖、桥接、引线（或焊盘）与焊料脱开或焊盘翘起以及虚焊、漏焊现象； f.波峰焊后允许存在少量疵点（如漏焊、连焊、虚焊），但疵点率单快板不应超过2%。如超过应采取措施，对检查出的疵点要返修； g.焊锡点经振动试验和高低温试验后，机电性能仍应符合产品技术要求。 11.2 印制板组装件质量要求 a.印制板焊后翘曲度应符合有关技术要求； b.印制板组装件上的元器件机电性能不应受到损坏； c．印制板不允许有气泡、烧伤出现； d．清洗后印制板绝缘电阻值不小于1010~1011Ω，焊点不允许有腐蚀现象。 11.3 检验方法 a.焊点检验通常采用目测，在大批量生产中应定期对焊点进行金相结构检验或采用X光、超声、激光等方法进行检查； b.印制板组装件应采用在线测试仪或功能测试仪进行检测； c.清洗后印制板绝缘电阻检验可按GB9491中规定进行，也可通过测量最终清洗的去离子水电阻率间接测定。 附加说明： 本技术要求由工艺部负责起草。 本技术要求由工艺部负责解释。