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电子厂最全面DIP波峰焊工艺流程及波峰焊接的缺陷不良原因分析 !

2020-10-23 21:23:00
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摘要:电子厂DIP波峰焊锡机(波峰焊)主要用于传统THT通孔插装印制电路板电装焊接工艺,以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺,波峰焊其高温液态锡保持一个斜面,并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象,所以叫“波峰焊”; 适用于波峰焊工艺的表面组装元器件有矩形和圆柱形片式元件、SOT以及较小的SOP等器件。

电子厂DIP波峰焊锡机(波峰焊)主要用于传统THT通孔插装印制电路板电装焊接工艺,以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺,波峰焊其高温液态锡保持一个斜面,并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象,所以叫“波峰焊”; 适用于波峰焊工艺的表面组装元器件有矩形和圆柱形片式元件、SOT以及较小的SOP等器件。


DIP波峰焊锡机工作原理 :


电子厂用于DIP及SMT红胶工艺的波峰焊锡机一般都是双波峰或电磁泵波峰焊机。

下面以双波峰焊机的工艺流程为例,来说明波峰焊的工作原理 :


DIP插件波峰焊锡机整机工作原理流程图

DIP插件波峰焊锡机焊接工艺流程图

电子厂DIP插件焊接发展及优点 :


随着电子产品的大批量生产,手工采用烙铁工具逐点焊接PCB板上引脚焊点的方法,再也不能适应市场要求、生产效率与产品质量。于是就逐步发明了半自动/全自动群焊(Mass Soldering)设备与全自动焊接机。全自动焊接机最早出现在日本,作为黑白/彩色电视机的主要生产设备。八十年代起引进国内,先后有浸焊机、单波峰焊机等。八十年代中期起贴插混装的SMT技术迅速发展,又出现了双波峰焊锡机


波峰焊是指将熔化的软钎焊料(铅锡合金),经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰,亦可通过向焊料池注入氮气来形成,使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰,实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。根据机器所使用不同几何形状的波峰,波峰焊系统可分许多种。

与手工焊接技术相比,全自动流动焊接技术明显的拥有以下优点:节省电能,节省人力,提高效率,降低成本,提高了外观质量与可靠性,克服人为影响因素,可以完成手工无法完成的工作


常用DIP波峰焊流程:将元件插入相应的元件孔中 →预涂助焊剂 → 预热 → 过波峰焊锡炉 → 冷却 → 切除多余插件脚 → AOI检测 


当完成胶(或印刷)、贴装、胶固化、插装通孔元器件的PCB线路板从波峰焊机的入口端随传送带向前运行,通过焊剂发泡(或喷雾)槽时,印制板下表面的焊盘、所有元器件端头和引脚表面被均匀地涂覆上一层薄薄的焊剂。 

助焊剂的作用原理 :


熔融的焊料之所以能承担焊接作用,是由于金属原子距离接近后产生相互扩散、溶解、浸润等作用的结果。此时,阻碍原子之间相互作用的是金属表面存在的氧化膜和污染物,也是妨碍浸润的最有害物质。


为此,一方面要采取措施防止在金属表面产生氧化物,另一方面必须采取去除污染的各种措施和处理方法。但是由于在PCBA生产的各种前端过程乃至于元器件生产的过程中,完全避免这些氧化和污染是很困难的。因此,必须在焊接操作之前采取某些方法把氧化膜和污染清除掉。采用熔剂去除氧化膜具备不损伤母材、效率高等特点,因此能被广泛的用于PCBA的制程中。


随着波峰焊喷助焊剂工序完成, PCB板经波峰钛爪传送进入预热区,焊剂中的溶剂被挥发掉,焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化,印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物被清除;同时,印制板和元器件得到充分预热。


PCB线路印制板继续向前运行,印制板的底面首先通过第一个熔融的焊料波。第一个焊料波是乱波(振动波或紊流波),将焊料打到印制板的底面所有的焊盘、元器件焊端和引脚上;熔融的焊料在经过焊剂净化的金属表面上进行浸润和扩散。之后,印制板的底面通过第二个熔融的焊料波,第二个焊料波是平滑波,平滑波将引脚及焊端之间的连桥分开,并去除拉尖(冰柱)等焊接缺陷


波峰焊随着人们对环境保护意识的增强有了新的焊接工艺。以前的是采用锡铅合金,但是铅是重金属对人体有很大的伤害。于是现在有了无铅工艺的产生。它采用了*锡银铜合金*和特殊的助焊剂且焊接接温度的要求更高更高的预热温度还要说一点在PCB板过焊接区后要设立一个冷却区工作站


传统的锡铅焊料在电子装联中已经应用了近一个世纪。共晶焊料的导电性、稳定性、抗蚀性、抗拉和抗疲劳、机械强度、工艺性都是非常优秀的,而且资源丰富,价格便宜。是一种极为理想的电子焊接材料。但由于铅污染人类的生活环境。据统计,某些地区地下水的含铅量已超标30倍,由于Pb是一种有毒的金属,对人体有害,并且对自然环境有很大的破坏性,所以引进了无铅焊丝。


无铅焊接的特点和对策 :

(1) 无铅焊接的主要特点:

(A) 高温、熔点比传统有铅共晶焊料高34℃左右。

(B) 表面张力大、润湿性差。

(C) 工艺窗口小,质量控制难度大。

(2) 无铅焊点的特点:

(A) 浸润性差,扩展性差。

(B) 无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与AOI需要升级。

(C) 无铅焊点中气孔较多,尤其有铅焊端与无铅焊料混用时,焊端(球)上的有铅焊料先熔,覆盖焊盘,助焊剂排不出去,造成气孔。但气孔不影响机械强度。

(D) 缺陷多-由于浸润性差,使自定位效应减弱。

无铅焊点外观粗糙、气孔多、润湿角大、没有半月形,由于无铅焊点外观与有铅焊点有较明显的不同,如果有原来有铅的检验标准衡量,甚至可以认为是不合格的,随着无铅技术的深入和发展,由于助焊剂的改进以及工艺的进步,无铅焊点的粗糙外观已经有了一些改观。

波峰焊在使用过程中的常见参数主要有以下几个:


1.预热:

A.“预热温度“一般设定在90-110度,这里所讲温度是指预热后PCB板焊接面的实际受热温度,而不是表显温度;如果预热温度达不到要求,则易出现焊后残留多、易产生锡珠、拉锡尖等现象;

SMA类型               元器件                      预热温度

单面板组件        通孔器件与混裝            90~100

双面板组件            通孔器件                 100~110

双面板组件            混裝                         100~110

多层板                   通孔器件                   115~125

多层板                    混裝                        115~125


B、影响预热温度的有以下几个因素,即:PCB板的厚度、走板速度、预热区长度等;


B1.PCB的厚度,关系到PCB受热时吸热及热传导的这样一系列的问题,如果PCB较薄时,则容易受热并使PCB“零件面较快升温,如果有不耐热冲击的部件,则应适当调低预热温度;如果PCB较厚,焊接面吸热后,并不会迅速传导给零件面,此类板能经过较高预热温度;


B2.走板速度:一般情况下,建议把走板速度定在1.1-1.2/分钟这样一个速度,但这不是绝对值;如果要改变走板速度,通常都应以改变预热温度作配合;比如:要将走板速度加快,那么为了保证PCB焊接面的预热温度能够达到预定值,就应当把预热温度适当提高;


B3.预热区长度:预热区的长度影响预热温度,在调试不同的波峰焊机时,应考虑到这一点对预热的影响;预热区较长时,温度可调的较接近想要得到的板面实际温度;如果预热区较短,则应相应的提高其预定温度。


2、锡炉温度:

以使用63/37的锡条为例,一般来讲此时的锡液温度应调在245255度为合适,尽量不要在超过260度,因为新的锡液在260度以上的温度时将会加快其氧化物的产生量.


双波峰焊理论温度曲线


3、链条(或称输送带)的倾角:


A、这一倾角指的是链条(或PCB板面)与锡液平面的角度; 
B、当PCB板走过锡液平面时,应保证PCB零件面与锡液平面只有一个切点;而不能有一个较大的接触面;
C、当没有倾角或倾角过小时,易造成焊点拉尖、沾锡太多、连焊多等现象的出现;当倾角过大时,很明显易造成焊点的吃锡不良甚至不能上锡等现象。


4、风刀:

在波峰炉使用中,风刀的主要作用是吹去PCB板面多余的助焊剂,并使助焊剂在PCB零件面均匀涂布;一般情况下,风刀的倾角应在100左右;如果风刀角度调整的不合理,会造成PCB表面焊剂过多,或涂布不均匀,不但在过预热区时易滴在发热管上,影响发热管的寿命,而且会影响焊完后PCB表面光洁度,甚至可能会造成部分元件的上锡不良等状况的出现。
注:
  风刀角度可请设备供应商在调试机器进行定位,在使用过程中的维修、保养时不要随意改动。

DIP波峰焊的生产管理指导说明书 :


①预热温度:峰值温度 100~130℃(焊接面焊盘上的温度)

②锡槽温度:250~260℃

③搬送链速:0.8~1.4m/分(根据基板种类,有所不同)

④焊接时间:1次:2~3秒 2次:2~3秒 合計4~6秒(最大10sec)

⑤焊锡浸渍状态:锡槽高度、根据喷流高度进行调整

⑥锡槽内焊锡成份管理(成份分析)

・分析频率:1~3次/半年(导入初期:1~4次/月)

・成分管理:铜浓度 0.5~1.0% 铅浓度 0.1%以下


波峰焊接的缺陷不良原因分析

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