波峰焊培训教材.doc

波峰焊培训教材.doc 技 研 新 阳 有 限 公 司 SHIN TECH ENGINEERING,LTD. 适用对象:波峰锡炉技术人员 编 制:技研新阳有限公司 资料编号: 版 本: 1.0 2007年6月30日 批 准 审 核 编 制 雷高建 目 录 序号 内 容 页次 1 目前公司锡炉类型简介…………………………………………………………… 3 2 喷咀结构动作控制原理…………………………………………………………… 4 3 喷雾常见故障分析及排除………………………………………………………… 7 4 传动机构动作原理及相关要求…………………………………………………… 8 5 传动机构常见故障及排除………………………………………………………… 9 6 锡槽结构及保养要点……………………………………………………………… 11 7 波峰状态对浸锡效果的影响……………………………………………………… 12 8 浸锡过程及各部作用 ………………………………………………………… 13 9 常用名词解释 ………………………………………………………… 14 10 焊点形成过程分析(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 15 (一) 目前公司锡炉类型简介 波峰锡炉是集气动、电动、机械传动于一体的设备。对于P板生产厂家来说，无论是在品质保证的程度，还是生产效率的提升，以及对材料损耗的控制等方面，它都存在极其重大的影响，虽然波峰锡炉的结构因制造厂家的不同存在着一定的差异，但其各部作用和功能却大同小异。 目前公司导入的锡炉有以下几种类型: 1、恒贵公司提供的LSEQ-300G型: 操作面板 LSEQ-300G外形 该类锡炉是公司最先导入的，目前，还有5台分布于D2F、D3F、D4F和B3F，该类设备采用按钮式开关控制，结构简单，操作维修方便。 2、恒贵公司提供的TWL-300SNP型: TWL-300SNP外形 触摸屏操作面板 随着无铅锡产品的导入，对预热温度的稳定性，预热时间的管制等要求越来越高，以及确保一、二级波峰间的温度落差符合无铅锡生产工艺的要求(注:因无铅锡的溶点在225?以上，如果一级波峰温度下降到低于185?的话，在经过二级波峰时将会耗去较长时间重新使焊点熔化，从而缩短二级波峰对浸锡不良点位的修正时间，影响整体浸锡效果)。因此锡炉厂家采用了灵敏度较高的预热石英晶体发热管改良预热器，并尽量的缩短一次、二次喷流波峰的距离，以适应无铅锡生产需求。 3、劲拓公司提供的WS-350PC-B型: 功能菜单 WS-350PC-B外形 该类型锡炉也是针对无铅锡生产工艺开发出来的，其优于恒贵无铅锡炉的地方有: ? 采用了水平卡槽式链爪，这种链爪牢固不易变形，从而有效避免了在使用过程中因为链爪变 形而造成的一系列设备事故以及严重破坏浸锡效果的稳定性、调试局限性等现象发生。 ? 浸锡波峰的形状，锡液的流速、方向、波峰宽度等都可以结合不同产品的结构进行调整，从而很大程度的 避免了恒贵锡炉存在的波峰形状单一、可调整范围窄小等缺陷。 记:以上三种类型的锡炉在公司使用较为普遍，而在爱电还有两台从日本引进的性能更加优越的锡炉，因接触 不多，了解不深入，这里不再介绍，大家可以去自行了解学习～ (二) 喷咀结构简介 1、喷咀将锡水雾化后喷射的装置，由喷芯、顶针、气帽(平吹、圆吹)、弹簧、液量调节阀、固定部、外接头等构成。 固定部 雾化气流调节阀 外接口 液量调接阀 气帽(平吹) 喷嘴 顶针 弹簧 2、喷嘴的外部接口有3个， 如下图: 雾化气流调节阀 ?雾化作用气体接口 ?顶针动作控制气接口 ?锡水供给接口 3、喷嘴动作原理: 3.1 喷嘴不动作时，各气接口无气压输入，顶针在弹簧压力的作用下把喷芯中央的喷孔堵住，锡 水通路堵塞。当喷嘴动作时，气路控制电磁阀动作，压缩空气进入顶针动作控制气接口和雾化 作用气接口。进入顶针动作控制气接口的压缩空气，把顶针压下，喷芯中央的喷孔打开，松香 水由此喷出。由雾化气体输入口进入的气体，分两路进入喷嘴的喷芯和气帽，进入喷芯的一部 份气体主要起锡水雾化的作用，进入气帽的部份主要起把雾状锡水整形成条形或圆形喷向基板 的作用。现在我们采用的大部份为整形为条形的平吹气帽，喷嘴侧部的调节气阀的作用就是调 节雾状锡水的形状和喷射距离。 3.2 锡水雾化的效果和喷射形状由气压的大小决定。气压越大，雾化的效果越好。但锡水散落(雾 化后被气流吹散)的现象也会严重，气压越小，雾化效果差，喷到基板上的锡水层均匀度不高。 因此，雾化调节是一个比较细致的动作，它与浸锡效果有非常直接的关系。同时，为使雾化效 果更加稳定，一般需在雾化气体输入前端增设减压阀来稳定气压。一般雾化气压控制0.2MPa 左右. 3.3 喷嘴喷出液量的大小,与顶针和喷芯中间喷孔的间隙有关。因此调节液量调节器来改变弹簧的 压力就可以控制喷雾量。调节顶针动作控制气压的大小也可改变液量大小，但压力调节过大, 会造成弹簧弹性易消失的现象;同时顶针本身的长度也会影响到液量调节的整体效果。顶针的 长度可通过调节内部螺母进行调整,顶针太长,会造成液量调节范围窄的现象(因后部弹簧压缩 后本体高度无法改变所致.) 3.4 在喷咀的结构中,喷芯和气帽的配合很精密,如果损坏了喷芯的外表面,就会出现气帽不能轻 松顺利装配的现象.如用强力拧入气帽,则气帽内壁就会损坏而改变内部气体的流径,从而影响 雾化效果。因此，在拆洗喷芯的时侯，一定要用专用工具，禁止用钳子或其它工具强行拆卸。 否则将会很大程度的损坏喷嘴的喷雾效果 3.5 因为顶针和喷嘴主体为密封圈接触,而顶针的动作频率非常高，易造成密封圈损坏的情况。密 封圈有两个,一个小的固定在喷嘴主体上, 防止锡水进入顶针运行空间,大的一个在顶针外部. 与喷嘴主体构成封闭空间,由压缩空气和弹簧控制顶针与喷芯喷孔的堵塞和导通,从而控制锡 水的通断。如果小密封圈损伤,将会有锡水进入顶针运行空间,从而破坏运行灵敏度,不能有效 控制锡水的瞬时断通而出现喷嘴停止后仍有锡水溢出的现象.此时应拆洗喷咀,更换小密封圈, 并加注润滑油(用WD-40的效果不好,最好不用),大密封圈如果损坏,也将破坏封闭空间的整体 性能,也会影响喷雾量的稳定效果。 4、喷咀动作控制原理(以恒贵气缸驱动式锡炉为例分析): (控制电路示意图) 注: S0:PLC输出的喷雾动作控制信号或手动喷雾开关。 S1:定点位置感应传感器。 R1 S2:动点位置感应传感器。 S0 D :电磁阀 R1、R2、R3:继电器线圈 当喷雾信号到达时，R1得电，J1导通，24V经S1使J1 R2得电动作，J2-2动作，电磁阀得电驱动气缸动作，同时， J2-1与J3的常闭触点组成的自保电路维持气缸动作直至 24V 0V S2感应到信号后，R3得电，J3动作，R2失电，J2-2断开， 电磁阀失电。气缸反向动作，同时J3与J2的常闭触点组 S1 R2 J1 成的自保电路驱动气缸运行直至S1感应到信号后R2再次 动作，如此循环，直到喷雾信号结束。R1失电，J1断开，J3 J2-1 24V电源切断，动作停止。 J2-2 D S2 R3 J2 J3 5、自动喷雾动作控制: ? 锡炉要完成自动喷雾动作，必须同时满足以下条件: 5.1 基板长度感应传感器功能正常，从而有效获取喷咀的运行时间(即基板通过时传感器感应时 间)。 5.2 链条速度感应传感器正常，它决定着喷咀何时开始动作。 5.3 喷咀动作始点感应传感器正常。 当前2个信号输入PLC控制器后，PLC将根据速度的快慢和基板通过的时间，计算出一个延迟时间，当基板靠近喷咀上方时，PLC输出控制电压使喷咀动作控制电路开始工作，完成自动喷雾过程。 (三) 喷雾常见故障及排除 1、喷嘴不动作: ? 喷嘴正常动作的条件: 1.1 入口传感器正常。 1.2 链条速度感应传感器正常。 1.3 喷咀起始动作感应传感器正常。 1.4 行程控制传感器正常。 1.5 各控制继电器正常。 电磁阀动作正常。 1.6 1.7 系统线路正常。 1.8 PLC控制电路动作正常。 1.9 气源正常。 2、条件正常与否的检查方法: 2.1 入口传感器、链条速度传感器多为光电传感器，其正常与否的检查方法为用手或其它物品使传 感器感应到信号后，确认PLC相对应的输入信号指示灯是否点亮即可。如果灯亮，则表示传感 器回路正常。 2.2 (1.3,1.6)项目的确认:关闭气源打开手动喷雾开关，用手推动气缸活塞移动，当到达传感 器感应位置时，传感器得到信号输出电压控制对应继电器动作，随之电磁阀动作，此时用手轻 触电磁阀会感觉到其触点吸合或释放产生的震动(也可以听到触点动作发出的声音)。如果电 磁阀动作正常，则该部份条件OK。 2.3 对于PLC控制电路，可以用万用表检测电压的方式进行检查。也可以用排除法进行确认:在确 保1、2项传感器及线路正常的情况下，如果手动喷雾OK，而自动喷雾NG的话，则是PLC控 制系统出现异常。 2.4 对于系统电路、气源项目的确认:用万用表或目视检查即可。 3、无锡水喷出: ? 正常动作条件: 3.1 气压正常 。 3.2 液量调节阀调节范围适中。 3.3 顶针控制部份动作正常。 3.4 顶针运行空间润滑良好。 3.5 锡水供给通路正常。 无锡水喷出现象的异常原因都较容易发现和排除，但为了工作顺利开展，做好日常预防保养和确认 工作，尽量避免该类故障现象的发生，是我们基层技术人员的工作重点之一。 (四) 传动部分简介 1、传动部分的组成: 主要由支架、链条、链爪、电机、传动齿轮、调幅机构、支架高度调节机构等组成。其中调幅机构由固定导轨，可调移动导轨、调节轮、传动链条、传动齿轮、调节螺纹轴、导向轴、伞形齿轮、指定螺丝等组成。 2、传动部分的主要功能: 2.1 完成产品输送动作; 2.2 实现机种切换时导轨(链爪)跨距的改变; 改变产品浸锡时与波峰面的角度。 2.3 3、传动部分主要技术要求及其对浸锡作业的影响: 3.1 支架水平度: 支架是传动部份搭载的基础，其水平精度直接决定固定导轨与移动导轨是否水平，从而 保证在锡槽波峰平滑的状态下，链爪输送的产品能以同样的深度浸过液面，防止局部未浸锡、 冒锡现象的发生。 3.2 固定导轨及可调移动导轨间的平行度: 产品从投入锡炉后，其两侧链爪对其施加的力在经过整个锡炉的过程中应该保持一致。 否则将会出现夹坏产品(前松后紧)以及掉落基板(前紧后松)的现象发生，从而造成产品 报废，严重时将会导致安全事故以及设备事故的发生。 3.4 链爪底部卡槽的直线度: 因为产品在锡炉中需完成锡水涂布、充分预热，一、二次浸锡，冷却等过程。整个循环 链条的长度一般单侧都在3m 左右，而链爪是一个一个固定在传动链条上，从而组成两条平行 移动的输送线，完成产品输送动作。而基板就夹在两侧链爪底部的卡槽上，如果链爪变形或 倾斜破坏卡槽直线度的话，将会造成产品倾斜，过波峰时基板的浸锡深度不一。从而造成冒 锡、未浸锡的现象发生，严重时将会出现部品端子挂住锡锅，停止不前、掉基板、溢锡等重 大事故的发生。 以上三个参数的精确度，直接影响到浸锡效果的稳定与否。因此，作为设备操作人员以 及维护人员，在日常操作及维护过程中，也必须把它们作为工作重点予以关注，因为在设备 使用过程中，最容易出现问题从而影响浸锡效果的环节之中，就有很多是这几个参数未达到 应该满足的要求。 (五) 传动部份各部异常原因及预防 1、支架水平度异常原因及预防: 1.1目前，公司的锡炉经常存在着搬迁、移动、吊动的现象，因为地点的变化，以及搬迁吊动过程 中受力不匀现象的存在，常常在经过这些变动之后，造成支架水平度的破坏。 1.2锡炉在进行清扫及保养的时候，设备操作人员及技术人员需要升高支架高度，以便清扫保养工 作的实施，因为支架高度的调节由两根带螺纹的轴杆，在调节手轮(主动轮)、传动链条，从 动轮的驱动下进行。而保证该机构传动同步的前提是:调节手轮、链条、从动轮之间的传动 不可存在传动异步的现象，这就要求调节手轮以及从动轮与螺纹轴杆的配合必须紧密，不得 松动，而这个要求会因频繁的调节，沾上异物增加调节阻力、指定螺丝松动等因素遭到破坏, 从而致支架水平出现异常。 1.3预防措施: a) 锡炉搬迁移动后，必须进行支架水平度确认，合格后方可使用; b) 在进行日常清洁、保养时，需确保螺纹杆干净，以及润滑状态良好; c) 日常调节支架高度的时候，必须确保调节动作轻松、灵活，如果出现升降不灵活时， 必 须立即查明原因，禁止强力强制调整。 d) 在进行设备维护检查时，需重点确认各传动齿轮与螺纹杆之间的指定螺丝是否松动，如有 异常必须立即处理。 2、固定导轨与可调移动导轨平行度破坏原因及预防: 2.1 调幅动作实现过程(结构参见附图): 调整调幅手轮1、经链条A带动从动轮2转动，因从动轮2、3固定在同一调节螺纹轴a 上，从而从动轮3转动，经链条B再带动从动轮4、5同时转动，再经链条C带动从动轮6转 动，因从动轮2、3、4、5、6大小一样，故整个传动过程是同步进行的，也就是说，在整个 调幅过程中，调节螺纹轴a.b.c同步转动，从而驱动可移动导轨在导向支撑轴X、Y上等距离 移动，当然，此时伞形齿轮同时也在棱轴上滑动，从而顺利完成调幅动作。 2.2 导轨间平行度破坏原因: 2.2.1 因锡炉本身喷雾系统及抽风系统存在局部缺陷，造成雾化后的松香水不可能被完全排除炉 体外，致这些颗粒物扩散在锡炉体内，并沾附在螺纹杆、导向轴、齿轮及链条上，日积月 累，这些零部件上将会沉积脏物，从而造成传动阻力增加。如果各部阻力存在不匀，将破 坏传动过程的同步性能，致导轨间平行度偏差发生。 2.2.2 涂布在产品上的助焊剂在预热过程中将会被蒸发掉一部份,同时,干燥后的助焊剂在经过 波峰时,也会受强热气化蒸发,这些气化物也会沾附在各相关零部件上,增加传动阻力,同 ?所述原因一样,破坏导轨间的平行度。 2.2.3 部份操作人员及技术人员,在调整阻力较大或其他原因(如螺纹杆、导向轴相互不平行等) 造成的调节不畅时，强制用力调整幅度，致局部从动轮与螺纹杆间的指定螺丝打滑、松动， 造成同步传动动作的破坏，从而改变导轨间的平行度。 2.2.4 末及时加注高温润滑油，轴承高温烧坏，也会造成导轨间平行破坏原因之一。 预防措施: a) 确保锡炉的排风系统良好，各抽风管道畅通无破损，抽风电机功率满足使用要求，多台设备共 用抽风管道更需慎重评估使用效果。 b) 加强喷雾处过滤网的清洗频度，定期更换喷雾处与抽风系统相连接的波纹管，最大可能的防止 锡水沉积在局部区域，破坏整体抽风效果。 c) 加强调节螺纹及导向轴的清洁保养，确保各部润滑良好，以确保调节过程轻松、灵活。 d) 出现调节阻力较大时，必须及时查明原因，排除故障，严禁强制用力调整。 e) 各动轮与螺纹轴间的指定螺丝需经常确认，防止松动。 f) 定期确认伞形齿轮与六棱轴间的润滑效果,防止伞形齿轮卡死在六棱轴上的现象发生。 3、链爪底部卡槽直线度破坏原因及预防: 3.1 因链爪使用时间太长，存在磨损，同时在使用期间，局部链爪因其他原因更换，致各链爪磨损 程度不一，时间越久，更换链爪越多，这种现象也就越明显。 3.2设备清扫擦拭链条时，会经常发生布条卷入的现象，操作人员强力拉扯，致链爪变形、倾斜。 3.3导轨间平行度较差，致前中后跨距不一，放入基板后，链爪在较紧的地方紧贴导轨，致该处导 轨侧面磨损，破坏整体卡槽直线度。 3.4操作人员基板放置不到位，致局部链爪卡死、变形、倾斜。 3.5宽跨距调整时，未首先升高导轨，致链爪挂住锡锅变形。 3.6出口处链爪底部距搬运台距离太小，在调整跨距时链爪挂住搬运台侧面铝合金金属部，致链爪 变形、倾斜。 3.7 预防措施: a) 在日常操作调试时，尽量小心操作确认到位，避免人为因素造成链爪变形、倾斜的现象发生。 b) 对链爪、导轨的磨损状况加强确认，发现异常，须及时处理。 c) 定期确认导轨间的平行度，如有偏差，及时校正。 d) 组装链爪链条时，尽量保证两侧链爪的对称性，确保产品放置自然顺畅。 (六) 锡槽结构及保养要点 1、构 成:炉体、发热管、喷流组件(缸体、纹波网、喷嘴)、叶轮、一、二级喷流电机、纵波马 达、传动皮带、轴承等构成。 2、动 作:电机带动叶轮运转，在缸体内形成单向的液流从喷嘴口喷出，形成浸锡波峰。其中一级 喷流喷嘴口较窄小，喷流速度快，对浸锡基板的冲击较强，主要起预上锡的作用，而 二极喷流喷嘴口较宽，上部有扩展的缓冲平台，形成平整度较高的波峰，主要起修正 浸锡不良的作用。 3、保养目的:使锡炉的喷流保持一级畅通稳定，二级平稳的状态，从而保证良好稳定的浸锡效果。减 少调试难度，提高设备的稼动率。 4、保养项目: 4.1喷流组件的保养。 4.2电机运转机构的保养。 5、使用工具: 套筒扳手、六角匙、大力钳(老虎钳)、清理锡渣的用具、防护手套、口罩等。 6、保养: 6.1 升高链条运行导轨，避免炉体移动时锡锅挂住链爪造成链爪变形、损坏，然后接好加长导轨， 摇出炉体。 6.2 拆除喷流组件，清理沾附在组件上的氧化物，在清理过程中，禁止用力敲击各部，防止组件 变形影响喷流状态。 6.3 清理沾附在发热管及炉壁上的氧化物、锡渣，操作时要小心仔细，不可用力敲击发热管，以 免安全事故发生。 6.4 各部清理好后，装好喷流组件，清扫炉体外部脏物。 6.5 松开传动皮带，用手转动叶轮侧皮带轮，确认转动是否轻松、灵活，如不则需检查表面平面 轴承及内部普通轴承是否损坏。各部润滑状况是否良好，检查皮带是否龟裂、沾油等。 6.6 确认电机变速箱内油量是否充足，检查附近电源线有无烫伤、破损，电机变速箱油加至视窗 的2/3即可，不能加满。 6.7 保养结束后，把炉体摇入锡炉，降低链爪运行导轨。 7、其它确认事项: 7.1 锡炉炉体的水平度确认(水平仪)(略)。 7.2 链爪距喷流组件的高度在5,6mm之间最合适(因为端子高度在3.0左右,基板受热变形,因受 基板材质、宽度、部品自重、防浮斜治具等影响，变形程度不一致，需视情况作调整)。该距 离过大对波峰状态影响较大，因电机转速需提高。波峰的稳定性变差，同时锡液流速快，氧化 物(锡渣)将随之增加，出现恶性循环。 7.3 保养结束后，需及时追加锡条，因为锡量的多少直接影响电机的运转速度，液面太低，将出现 上记第二项的类似情况。 (七) 波峰状态对浸锡效果的影响 1、对浸锡效果有影响的因素: 1.1良好的喷雾效果。 1.2稳定的机械性能。 1.3最佳的浸锡条件(速度、角度、预热及浸锡温度等)。 1.4好的波峰状态。 2、波峰状态对浸锡效果的影响: 一级波峰 2.1 一级波峰因喷流速度快，在开启运行过程中会产生较多的锡渣，这些锡渣会造成局部喷流 孔的堵塞，造成整体喷流波峰高低不平的现象。这种结果严重时将会导致冒锡与未焊锡不良同 时发生的情形，给调试工作带来困扰。 另外，一次喷流因是孔状喷射，当出现冒锡情况时，对某些部品下面基板开孔的产品来说， 品质隐患很大。因为它冒的锡粘附在孔的四周，因表面有部品挡住不易发现，在经过周转、搬 运过程中这些锡丝或锡粒一旦脱落，极易造成部品根部短路的现象发生。因此，我们要尽量加 强设备保养频度，确保一级喷流孔畅通，波峰稳定。避免上述情形的发生。 2.2 二级波峰: 产品浸锡效果的好坏，最关键的地方之一，就是二级波峰的实际状态是否符合要求。二级 波峰影响浸锡效果的因素有以下几点: 2.2.1 波峰平稳度: 波峰平稳度越高浸锡效果越稳定，大家应该都能理解。这个条件的满足需要稳定 的电机转速、叶轮传动机构的同轴度、叶轮运转时的平行度。这三个参数的维持需要我 们加强对该传动部份的保养，确保润滑良好。轴及轴承配合紧密无磨损:各组装件紧固 无松动。 2.2.2 锡液流速: 在基板运行的速度与锡液流速保持一致的时候，浸锡焊点在与锡流面分离时将处 于顺畅自然的状态，相互间因速度不一致造成的浸锡不良将会显著减少。现行喷流组件 可以用调整后挡块的高度、喷流口的宽度等方式改变波峰的形状和流速。 2.2.3 锡液前后分流效果: 在调整锡液流速的同时，锡液在喷咀前后两边的流量也会随着变化。当前侧锡液 流量偏大时，如果浸锡角度一定的话，波峰面对基板的冲击力会增强，对未焊锡的修正 或双面基板的通孔上锡等方面会有改善。但后侧流量小、流速慢将会破坏焊点与锡面的 自然分离状态，对短路的修正效果将减弱，同时因链爪运行产生的氧化物也不易流走， 而滞留在波峰表面，对浸锡效果也有一定的影响。 关于第(2.2.3)点在此说明，只是告诉大家锡液前后分流状态对浸锡效果有影响。 可以在锡炉调试时给合产品的实际状况予以合理运用，增加一条思路。 (八) 浸锡过程及各部作用 1、浸锡过程: 浸锡治具安装?喷雾?预热?一次波峰?二次波峰?冷却。 2、各部作用: 2.1 浸锡治具:防翘、防浮、防斜。 防翘治具:可以限制基板受热形变的程度，防止冒锡现象的发生。治具上沾附的少许助焊剂， 可以驱除滞留在波峰表面的脏物，从而确保浸锡效果的稳定。 防浮治具:防止部品浮起不良的品质隐患，减少后工程的修理动作。 防斜治具:消除部品倾斜不良的隐患，减少后工程的修理动作的同时，确保特性测试顺利进行， 还可以防止不正当操作及产品周转过程中出现铜箔浮起的品质异常。 2.2 喷雾系统:完成助焊剂的自动涂布。 2.2.1 助焊剂在浸锡过程中的作用:助焊剂中的主要成份是松香。松香在适当的温度下会不断 的扩散、挥发。从而驱使溶解在其中的杂质以及阻碍它扩散的异物移动。因此，它可以 消除基板铜箔表面的异物，驱除波峰面滞留的氧化物，使焊接状态在被焊接部品端子、 铜箔以及焊锡较干净的状态下进行，以保证良好的焊接效果。 2.2.2 浸锡后的产品大家都知道其焊点表面都存在着一层薄薄的松香，它给我们后工程的特性 测试带来了很大的困扰。然而，在浸锡后冷却过程中,这一层薄薄的松香却起着很大的 作用,想一想,当浸锡部品的焊点脱离锡面的时候，短时状态是液态的，此时焊点的温度 驱使松香在其表面形成一个局部的外围，且不停的扩散运动着，它短时间的隔热性能可 以让焊锡在液态表面张力的作用下收缩形成光滑的焊点，从而防止尖刺的产生。其在焊 点表面运动产生的力及液体同性相溶的原理，可防止相邻焊点间的短路。 3、预热器的作用: 3.1 助焊剂中的溶剂成份在通过预热器时，将会受热挥发。从而避免溶剂成份在经过液面时高 温气化造成炸裂的现象发生，最终防止产生锡粒的品质隐患。 3.2 待浸锡产品搭载的部品在通过预热器时的缓慢升温，可避免过波峰时因骤热产生的物理作 用造成部品损伤的情形发生。 3.3 预热后的部品或端子在经过波峰时不会因自身温度较低的因素大幅度降低焊点的焊接温 度，从而确保焊接在规定的时间内达到温度要求。 4、一次喷流的作用: 对于背面有实装部品的产品,因实装部品安装方向的无规律性,以及实装部品本身电极和基板 铜箔间的焊接面积小,上锡难度大。因此一次喷流嘴设计为孔状喷流.具有喷流速度快,对基板浸锡 面冲击力较大,再加上纵波马达运转带动喷嘴左右移动.增加了匀衡性能,故一次波峰主要起对部品 及铜箔初步上锡的作用. 5、二次喷流的作用: 经过一次喷流后的产品,因浸锡时间短以及部品自身的散热等因素，浸锡后存在着很多的短路 锡多,焊点光洁度不正常以及焊接强度不足等不良内容。因此,紧接着必须进行浸锡不良的修正,这 个动作由喷流面较平较宽阔,波峰较稳定的二级喷流进行。 6、冷却: 从浸锡原理中大家知道,浸锡后适当的冷却有助于增强焊点接合强度的功能,还可以避免各种 原因造成链爪抖动出现焊点裂纹的现象发生，同时,冷却后的产品更利于捡产品的工人的作业.因此, 浸锡后产品需进行冷却处理。 (九) 常用名词简介 <1>润湿: 液体物质与固体物质表层间的物理结合称为润湿.超越了表层的润湿便是渗透.在波峰浸锡 过程中,润湿现象发生在助焊剂与铜箔表面及端子表面、熔融锡液与铜箔及端子表面之间.因助焊 剂的表面张力小,故其润湿铜箔及端子的作用极易实现,而锡液的液态表面张力大,润湿性能相对较 差,故浸锡后常有铜箔露黄的现象发生. <2>扩散: 浸锡时除基板与锡液接触瞬间是单纯的润湿现象之外.该过程中还伴随着物质与物质间的 化学反应.这种化学反应的结果,便是扩散. <3>表面张力: 表面张力是液体固有的物理特性.其表现的结果是促使液体尽可能的保持最小表面积. ?所有液体的最小表面积形状是:球体. ?表面张力的大小与液体的密度成正比,一般情况下,密度越高的液体其表面张力越大.这一 点可以通过质量相同的水银与水在玻璃上的形状予以说明验证. ?液体表面张力越小,其与固定物质的润湿效果越好. <4>毛细现象: 液体物质良好的延展性和它与固体物质间的润湿作用导致了毛细现象的发生.其表现的结果 是液体沿着固体物质的表面克服重力作用向上提升。 比如说，两根筷子在近距离平行插入水杯的 时候，两筷子间的水位会高于杯子表面的水位，如果此时保持平行慢慢的将筷子从水里取出来， 筷子的末端会沾附较多的水份，这就是毛细现象发生作用的结果。(液体沾附量的多少取决于毛细 现象产生作用力的大小，这和液体物质与固体物质之间的接触表面积及固体物质间的距离有关。) 波峰浸锡过程中,毛细现象发生在: ?近距离的端子与端子之间,表现的结果是焊点短路 ?双面板的端子与通孔铜箔之间,表现的结果是通孔上锡的效果 ?各种多芯导线端子、带扣眼的焊点、多股线圈端子等。 (十)焊点形成过程分析 一、在焊点形成过程中，助焊剂、部品端子、铜箔及锡液间的物理作用有以下几点: 1、助焊剂润湿铜箔、部品端子; 2、锡液润湿铜箔及部品端子; 3、焊料填充; 4、分离; 5、冷却; 二、过程分析及其对焊点形成的影响: 1、助焊剂润湿铜箔、部品端子。 助焊剂的作用大家都知道，其初步润湿铜箔经预热提高活性后可以起到良好的助焊效果。在浸锡过程中，因助焊剂存在比重较小及受热延展性好的特点，致使焊料<融熔锡液>与基板金属<铜箔>及部品端子的润湿总是滞后于助焊剂的润湿区域后面。如果没有助焊剂润湿在先的话，焊料的润湿作用将不会实现，这一点大家应该理解。 理想情况下，双面板通孔焊点的形成过程中，因助焊剂的存在，使熔融焊料逐步润湿铜箔及部品端子。焊料与铜箔及端子的接触层形成冶金键后，助焊剂层便被阻隔在焊接区域以外，在毛细现象及热推动下不断向未焊接区域延展<主要通过通孔趋向表层>。于是融熔焊料也就沿着助焊剂的润湿足迹顺着端子在毛细现象作用下不断向上攀升，从而到达基板表面形成符合要求的通孔焊点。 此过程中，助焊剂被融熔锡液推着不断扩大润湿区域，因此，助焊剂的量也因不断消耗而减少，如果助焊剂的量恒定不变，其润湿的区域面积便将基本上固定，从而使焊接面积得到相应控制。对焊接结果的影响是通孔上锡效果的好坏。 2、锡液润湿铜箔及部品端子. 为了能进行焊接，焊接材料必须加热至熔融状态，然后熔融焊料会润湿基底金属及部品端子的表面。锡液润湿铜箔及部品端子的过程伴随着一些物理及化学反应，包括基底金属的溶解、金属间化合物的形成等。这些因素对焊点的强度及可靠性存在着很大的影响，在此作一些简单介绍: 因在金属基板上融熔焊料的流动不足以形成冶金的键合,而牢固焊点的形成.必须在界面处进行原子级别的混合，即形成共价键。这种共价键的形成是以基底金属(铜箔)以微弱的程度(显微级:<100um)熔解入焊料中来实现的。由于焊接工艺中存在材料因素的限制(部品耐热温度及时间的局限)以及涉及到生产效率等因素的考虑。导致出现焊接温度低、时间短的现象。这就要求基底金属具有能容易和快速溶入焊料的特点。(对于锡-铅系统焊料，铜、银、锡等基底金属或金属涂层能满足这些要求。) 基底金属在焊料里的溶解程度与焊接时间和焊接温度有关。随着时间和温度的增加，熔解在焊料中的基底金属溶解量就会增加，虽然基底金属的溶解率是形成冶金键合的要素，但太快的溶解会导致严重的浸蚀现象，从而损伤冶金键合。另外，这种溶解及混合现象会引起焊料成分的变化，从而改变焊接质量。(目前部份温度曲线打印标本在多次打印后出现焊点脱落的现象便是因为浸蚀原因所致，如果这种浸蚀现象经常存在，焊料的成份改变将成必然，因此希大家对焊锡成分的管制工作需高度重视。) 焊接的过程不仅仅是基底金属在熔融焊料里的物理溶解，也进行着基底金属与焊料成份间的化学反应，这种反应结果是在焊料和基底金属之间形成金属化合物(焊料与基板金属之间的过渡层)。金属间化合物的形成在焊接过程中有如下影响: ?金属间化合物具有良好的热力学因素(导热性能好、结合强度高、成分差异小。)，可以增强焊料在基底金属的润湿。因为不同物质的表面能量不平衡导致的能量释放，使物质间的接触表面自然出现能量传递的现象，这有利于焊料的延展。因此,润湿性随着金属间化合物的形成率的增加而增加。焊接时，金属间化合物的形成率是时间、温度的函数，也与焊料的成份存在着相互的影响，因为不同成分的焊料存在熔点、金属活动性方面的差异。 ?以63Sn37Pb为主形成的共晶焊料的熔点为183?，然而焊接过程中形成的金属化合物因为其他成分的混入破坏了原有的共晶特性，造成金属间化合物的熔解温度剧烈上升，这个温度比焊接工艺中的焊接温度高出许多，因此这些金属化合物在焊接过程中将保持固体状态。(在熔融焊料和固体金属之间，金属间化合物的形成为连续的，通常有铅焊接金属层分布 60Sn/40Pb?Cu6Sn5?Cu3Sn?Cu。) 于是金属间化合物形成后，降低了原子通过金属间化合物层的扩散速度，从而可以减缓基底金属融入焊料的溶解率。 因金属化合物的构成在焊接工艺中增强了润湿.但形成的金属间化合物的可焊性要比基底金属差，这一点在一次浸锡过程中不会有太大影响，因在此过程中这些化合物刚处于形成阶段。但处于返工修理时这种不良现象将会造成影响，因为铜的润湿性要比Cu3Sn好; Cu3Sn的润湿性比Cu6Sn5好一些。然而在贮存后,这两种化合物的润湿性比起铜来会退化许多，金属间化合物在形成过程中的固体游离状态，使其在表面涂锡层没有受到破损的情况下,内部氧化现象同样存在。因此，即使表面涂层在焊接中熔化后，仍然会出现润湿困难的现象。所以，会出现浸锡后存放一段时间之后的产品焊接不易实现的现象。 通过上面的分析，我们应该明白未焊锡发生的真正原因是由于锡液未润湿焊盘并形成金属间化合物所致。 3、焊料填充过程: 焊点形成过程中，锡液一旦接触铜箔表面,在焊接区域会因润湿及液体的表面张力作用，以及因部品端子与通孔间出现的间隙而出现焊料快速填充的现象。在焊点尚处于融熔状态时，会有以下因素影响到这个填充过程，从而对焊点的形成产生影响。 ?温度:焊点形成过程中，基板铜箔及部品端子经预热后的初始温度基本上维持在100~120?之间。在经过波峰时，锡液在与铜箔及端子接触瞬间便有快速热传递现象发生。在电烙铁焊接中，热传递发生时，加热芯产生的热量会持续传递给焊点直至焊点的形成。而波峰焊接持续的热量来源于不断流动的锡液。于是波峰焊接与烙铁焊接便产生了一种不平衡工艺与平衡工艺之间的差异，加上对焊接时间实施稳定控制难度较大等客观因素，使波峰焊接工艺及过程更加复杂。仅焊点形成时因温度因素对焊点形成造成的影响就需考虑以下方面: a、焊接面积的大小<铜箔及电路线>:如果焊接面积太大，熔融状态时，焊点与铜箔的热传递速度 快，造成接触区域温度损失大，出现因温度偏低而影响金属间化合物的形成，从而削弱焊点的强 度。 b、部品端子的粗细:部品端子粗，过波峰时其短时间吸收的热量不仅仅从端子外围向内径传递， 同时会顺着端子内部纵向传递。大端子部品通常都伴随着大焊点及粗电路线的情况，这些都会加 快热量的散失。因此，大部品在焊接过程中常常因散热太快发生尖刺或通孔上锡量难以满足品质 要求的情形。所以在产品整体品质判定方面，需考虑这些客观因素，避免追求这些极端而损伤其 他非耐热部品的现象发生。(因为要确保这些部品端子形成良好焊点,必须在浸锡温度及速度上作较大调整。) c、部品端子的长度:部品端子越长，其接触锡液面的时间较其他部品会提前而分离会相对滞后。因此同样速度下吸取的热量较端子短的部品会增多。所以在产品生产过程中，如果考虑从温度方面改变浸锡效果，部品端子长度的影响是值得关注的一个项目。 ?时间: 时间在填充过程中的一个方面依然体现在热传递的程度控制方面(即焊点的温度),但在双 面板浸锡过程中，时间会在填充程度方面产生影响，时间越长，填充越饱和。 ?部品端子与通孔间的位置: 在此先澄清一种观点，通孔上锡的结果不是波峰的向上冲力造成的，而是毛细现象发生作用的直接结果。调整波峰面的高度会改善通孔上锡的效果，也是因为发生毛细现象的相对时间延长的原因。正是因为毛细现象的存在，使得对通孔上锡量的控制可以通过以下几方面予以实现: a、部品端子与通孔间的相对位置: 不知大家在锡炉调试中有没有考虑到这一个细节,如果部品端子与基板通孔完全平行的话。图1所示，毛细现象作用下锡液的向上提升变得容易，而如果部品倾斜造成部品端子与基板接触相挨，因提升过程会受到局部阻碍，这会影响到锡液的向上提升，从而出现通孔上锡量相对减少的结果，所以，部份弯端子后的部品通孔上锡的调试难度会变大。 b、间隙: (1) (2) 毛细现象和部品端子与通孔的间隙有关，也就是说与部品端子的大小及通孔直径的大小有关。过大过小对通孔上锡量都存在不良影响，通孔间隙太大，需填充焊料的量会增加，而毛细现象的产生作用，当毛细现象产生的提升力与重力保持平衡时，毛细现象便不再发生，因此，上锡量也便基本恒定。但如果间隙太小，波峰表面液体的表面张力便会发生作用，从而消除毛细现象的作用，使焊料填充不能进行，通孔上锡便不能实现。 所以每次新产品试作时,我们需对产品的浸锡状况予以全面确认，及时发现问题，以便联络客户改善。避免连续生产时因这些客观因素的存在对浸锡效果产生负面影响的现象发生，给各项工作的开展带来困扰。 4、分离: 因部品及端子在经过波峰后焊点便已初步形成，可焊接效果的好坏与焊点和锡面分离的状态有很大的关系，在此，对基板的分离状态对浸锡效果的影响方面予以简单分析说明: 因许多电路板上焊盘的大小以及焊点分布的不性等现象客观存在，所以，即使在波峰面很平的情况下，我们观察到的分离界面并不是一条与波峰相交的一条直线，而是一些分离位置先后不一的点或比点大一点的分离块，这些点的分离位置及效果与焊盘的大小、焊盘间的距离以及焊盘间的排列方向有很大的关系: ?焊盘越大，焊盘上吸附的锡量越多。于是延展性越好，完成分离所需的时间就越长，于是便发 生分离滞后的现象。这种现象会造成分离点附近焊点容易短路的不良发生，但我们可以通过改 变基板投入方向的方式改变分离点的位置予以调整。 ?焊点间的距离越小，同性相溶及表面张力的存在促使点与点之间的分离变得困难，从而导致短 路发生的机率增加，但因分离焊点吸附锡量的多少与焊盘的大小有直接的关系，所以我们可以 用减少焊接面积的方法克服焊点间距小造成缺陷，或者改变焊盘形状的方法调整分离间距。(如果是插件部品,我们还可以通过弯端子、改变端子长度、规划端子弯曲方向等方法进行改善。) 例:美能达40380101产品CNMT短路不良的改善 美能达40380101产品浸锡后CNMT端座短路 不良多发，不良状况如右图示: CNMT端座浸锡后短路不良 不良发生原因分析: 基 该端座对应铜箔形状如右图示，圆形的焊盘 板 运形状极其普通。在指定了浸锡方向的情况下，近距离 行 横向排列的端子间发生短路现象实属正常情况。 方 向 改善方法:在铜箔间距不能改变的情况下，可以考虑改变 铜箔形状，当把铜箔形状改为右图所示菱形状态时， 短路不 良现象便不再发生。 焊盘形状改为菱形后消除了短路现象 说明:我们通常认为短路现象的发生只与焊点间距、部品高度及端子长度、基板运行方向以及浸锡角度有着直接的关系。该机种改善成果的实现为我们引入一个新的分析思路——铜箔形状的改变可以对焊接分离位置进行的调整，当分离位置错过焊点间的最小距离时同样可以避免短路现象的发生。 ?焊盘的排列方向: 如果焊盘排列方向与波峰流动面平行，同步分离及毛细现象的结果导致分离点会吸附较单个焊盘更多的锡量。这将导致短路现象的发生。所以，横排端座的浸锡短路现象很难通过设备调试消除，而如果焊盘排列方向与波峰流动面相交的话，焊盘的连续性使分离状态顺畅自然,且最后与液面的完全脱离集中在单个焊盘上,其吸附的锡量相对较少，短路不良发生的机率也会因此降低。这点可以通过电烙铁对IC进行焊接时拖锡焊接比单脚加锡焊接容易实现且效果更好予以说明，拖锡焊接效果好的原因有二:其一便是溶熔锡液量的增加使热传递更容易更充分，使温度易于达到焊接要求。其二便是因锡液的流动性表现出较大表面张力的结果。 对分离状态的影响还与部品端子的长短、大小及实装部品的体积大小等因素有关.在排除温度方面影响因素之外.部品端子越长,间距越近,因为毛细现象的作用,其分离效果越差.部品体积较大时,分离点便会集中在这些部品上面.从而对其附近的焊点产生影响.这些情形都会对分离效果产生 影响.希大家在工作中去多分析、多运用。以便发现更多的新方法去解决一些浸锡不良问题。 5、冷却: 当焊点刚刚与锡面分离后，少许的拉尖在锡液尚未凝固时在液体表面张力的作用下迅速收缩， 焊点初步成型后接着便进入冷却阶段。 通孔焊点因贯穿厚度的存在会吸附较多的锡量，于是热惯性的存在使焊点并不能瞬时凝固，而 是从表层逐步向内层固化。因逐步固化的焊点打破了整体熔融状态下的平衡状态，使毛细现象因孔 径的逐渐变小<硬化所致>而持续发生，促使尚未固化的锡液沿着固体边缘继续向上提升，于是表 面锡量在分离之后会因此持续增加，此时如果焊接面的温度也保持较高,锡液的整体提升便在焊接 面产生一可见的小孔。如果此时焊接面焊点表面冷却固化，内部锡液的提升便会在焊点内部产生一 个空洞。因此，我们现在经常发生通孔焊点表面有小孔而用硬物去拨弄后便会出现一个大洞的现象。 如果此时焊接端子为多芯线，因其芯线内部降温速度更慢，而毛细现象在多芯线间表现更为突出。 (几乎可以达到吸锡线的吸锡效果)，于是空洞现象的发生便更严重。 ------完------ 雷高建 07(06(30