電子組裝中焊接設(shè)備工藝調(diào)試步驟與技巧

杜 彬，史建衛(wèi)，肖武東，巫雨星

（1.中國電器科學(xué)研究院有限公司；2.集適自動化科技（上海）有限公司深圳分公司）

電子組裝中焊接設(shè)備工藝調(diào)試步驟與技巧

杜 彬1，史建衛(wèi)2，肖武東2，巫雨星2

（1.中國電器科學(xué)研究院有限公司；2.集適自動化科技（上海）有限公司深圳分公司）

再流焊接技術(shù)和波峰焊接技術(shù)是目前電子組裝中兩大關(guān)鍵技術(shù)，其參數(shù)設(shè)定及工藝調(diào)整的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品焊接質(zhì)量及生產(chǎn)直通率。針對目前焊接技術(shù)工藝特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對其調(diào)試步驟及技巧給予了指導(dǎo)性論述，并總結(jié)了實(shí)操過程中一些關(guān)鍵技術(shù)及要點(diǎn)。

再流焊（回流焊）；波峰焊，溫度曲線；熱電偶

電子組裝技術(shù)包括通孔插裝和表面貼裝兩種方式，均是利用焊材在元件與印刷電路板（PCB）之間構(gòu)成機(jī)械與電氣連接。對于這兩種方式的主要焊接工藝即再流焊接技術(shù)和波峰焊接技術(shù)，其設(shè)備和工藝參數(shù)調(diào)試的優(yōu)劣，直接會影響到焊接質(zhì)量。掌握調(diào)試步驟與技巧，對于電子組裝焊接品質(zhì)有著非常重要的作用。

1 再流焊接設(shè)備工藝調(diào)試與技巧

目前常用的再流焊技術(shù)有氣象再流焊、紅外再流焊、激光再流焊和熱風(fēng)再流焊等。強(qiáng)制熱風(fēng)對流再流焊技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢逐漸代替汽相和紅外再流焊，成為市場主流。對于再流焊技術(shù)來說，影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素主要包括設(shè)備、材料、工藝參數(shù)設(shè)定、環(huán)境及操作者技能等，操作者調(diào)制的溫度曲線對焊后質(zhì)量有很大的影響。

1.1 溫度曲線各階段功能

圖1為傳統(tǒng)再流焊爐溫曲線示意圖，可分為六個階段，每個階段都有各自的要求和功能，其依次為預(yù)熱階段、焊劑揮發(fā)階段、靜化階段、焊錫熔融擴(kuò)散階段、冷卻固化階段和自然冷卻階段。

一段，預(yù)熱基板和元件階段：此階段吸收熱量最多，故溫度爬升較快，上升斜率一般為2～3℃/s，典型曲線2℃/s，直到95～120℃。但溫度上升過快，易產(chǎn)生飛濺焊球和焊膏塌陷，因?yàn)榭焖偕郎貢淖兒父囵ざ取?/p>

二段，去氧化、凈化、保溫及除濕階段：常用焊劑活化溫度80～150℃，無鉛釬料可達(dá)170℃，具體根據(jù)焊膏生產(chǎn)商提供曲線設(shè)定。此階段為較長平坦段，其時(shí)間有鉛一般為60～120 s，無鉛一般為90～150 s，故此階段需緩升或恒溫。

三段，凈化過渡階段：進(jìn)入焊接階段前，高熔點(diǎn)焊劑再次凈化焊接區(qū)，同時(shí)順利過渡。此階段溫度爬升不宜過快，否則在焊錫熔化時(shí)會引起錫珠。四段，焊錫熔化擴(kuò)散焊接階段：焊接溫度一般高于合金熔點(diǎn)20～40℃，無鉛焊接溫度一般為235～245℃，停留時(shí)間為30～90 s，推薦在60 s以下，否則易損基板和元件，元件端還會發(fā)生銀耗現(xiàn)象，降低強(qiáng)度。

三、四階段溫度上升不能太快，斜率推薦為2～3℃/s。過快易引起較大元器件熱應(yīng)力，造成元器件機(jī)械損傷，還有元件會豎起或斜歪。

五段，冷卻固化階段：要求快的冷速，保證液相線以上時(shí)間，避免太長而造成金屬間化合物生長太厚。冷卻區(qū)速率一般為3～6℃/s，推薦為3～4℃/s，一直降到130℃（有鉛）或170℃（無鉛）時(shí)，冷卻速率對焊點(diǎn)質(zhì)量影響可忽略。

六段，自然冷卻階段：緩慢冷卻，避免造成較大的熱應(yīng)力而損傷元件，這種情況對片式電容由為嚴(yán)重，一般冷卻到75℃以下即可。

圖1 典型六階段再流焊溫度曲線示意圖

目前再流焊曲線通常被劃分為四階段：預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)、再流區(qū)和冷卻區(qū)，即上述三、四階段合為再流區(qū)，五、六階段合為冷卻區(qū)，如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)四階段再流焊溫度曲線示意圖

1.2 溫度曲線經(jīng)典形狀及特點(diǎn)

熱風(fēng)再流焊溫度曲線設(shè)定要參考焊料合金成分、熔點(diǎn)以及與之配合的助焊劑特性。表1為可能用到的無鉛合金及熔點(diǎn)，合金成分不同，溫度曲線工藝規(guī)格也不同，但從形狀來看，最常見的有傳統(tǒng)型（馬鞍型）溫度曲線和帳篷型溫度曲線，如圖3所示。傳統(tǒng)溫度曲線有一平緩保溫區(qū)，主要目的是活化助焊劑和減小溫度偏差，主要應(yīng)用于松香基助焊劑及吸熱量偏差較大PCBA。近年來由于低殘留、免清洗焊膏的出現(xiàn)，不需要高溫停留階段，溫度曲線為逐步升溫后進(jìn)入再流焊區(qū)，即帳篷型溫度曲線，主要應(yīng)用于免清洗及水基助焊劑和吸熱量偏差小的PCBA。

表1再流焊接技術(shù)中可能用到的無鉛合金及熔點(diǎn)

合金系統(tǒng)及定義高溫合金：S:217 C以上L:225 C以上中高溫合金：S:217 C以上L:225 C以下中溫合金：S:217 C以下，150 C以上L:200 C以上中低溫合金：S:150 C以上，L:200 C以下低溫合金：S:150 C以下成份（質(zhì)量%）Sn-5Sb Sn-0.7Cu Sn-0.7Cu-0.3Ag Sn-3.5Ag Sn-3.0Ag-0.5Cu Sn-3.8Ag-0.7Cu Sn-2.5Ag-1Bi-0.5Cu Sn-3.5Ag-4In-0.5Bi Sn-3.5Ag-8In-0.5Bi Sn-9Zn Sn-8Zn-3Bi Sn-58Bi Sn-52In固相線238 227 217 221 217 217 213 207 196 98 190 139 119液相線241 227 226 221 219 217 218 212 206 198 196 139 119

圖3 再流焊接技術(shù)中經(jīng)典溫度曲線

1.3 板面溫度梯度△T對焊點(diǎn)質(zhì)量的影響

在組裝板釬焊時(shí)，由于元器件種類不同，PCB板材質(zhì)和厚度不同，而造成吸熱量不同，使得元器件引腳焊點(diǎn)不可能在同一時(shí)刻到達(dá)相同的溫度（見圖4）而產(chǎn)生許多缺陷，如“曼哈頓”現(xiàn)象、過熱或冷焊等。板面溫度梯度與焊接設(shè)備溫度加熱模塊設(shè)計(jì)有關(guān)，同時(shí)也與溫度控制反應(yīng)速度及效率有關(guān)，目前大部分再流焊接設(shè)備裸板溫度均勻性可達(dá)±2℃。

圖4 溫度梯度△T引起錫膏不同時(shí)溶化

1.4 溫度曲線設(shè)定要求

再流焊制程參數(shù)主要是確定釬焊溫度曲線合理性、溫度均勻性及穩(wěn)定性等，具體可參考再流焊設(shè)備性能評估方法。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)制作一個新工藝或更換工藝時(shí)，就要制作新的溫度曲線，推薦采用實(shí)裝板進(jìn)行測試。

當(dāng)釬料選定之后，釬料合金的熔點(diǎn)也就確定了。釬焊使用的溫度一般與再流區(qū)的時(shí)間長短有關(guān)，其核心是參考加熱因子來判斷，同時(shí)要求所有焊點(diǎn)都落入溫度要求范圍內(nèi)。一般采用6通道以上測溫儀測試最高溫度、最低溫度、斜率敏感溫度、不同階段時(shí)間等曲線來判斷溫度曲線的合理性，所述溫度均為實(shí)測溫度，而非設(shè)定溫度，一般設(shè)定溫度高于實(shí)測溫度。

值得注意的是，釬焊溫度有個最低過熱溫度，理論上最低過熱溫度將趨近于釬料合金的熔點(diǎn)，但實(shí)際上要高出熔點(diǎn)10℃左右，無鉛焊接中最低過熱溫度一般為232℃，惰性氣體下可降到228℃。設(shè)定釬焊溫度曲線時(shí)，再流區(qū)的峰值釬焊溫度一定要高于相應(yīng)再流區(qū)的最低過熱溫度。

1.5 溫度曲線調(diào)試過程

對一臺具體的設(shè)備來說，焊接時(shí)間長短主要通過調(diào)整鏈條（或網(wǎng)帶）速度來實(shí)現(xiàn)。不同階段時(shí)間長短以鏈速為基準(zhǔn)值成正比變化，因此設(shè)定某個階段時(shí)間還要考慮相應(yīng)其他階段時(shí)間是否合理。對于溫度曲線的調(diào)試，可參考以下步驟：

1.5.1 粗調(diào)

（1）傳輸速度設(shè)定。一般工廠可以根據(jù)生產(chǎn)速度的要求，確定一個最低的傳送速度。降低傳送速度可以增加再流時(shí)間，降低釬焊溫度，最終減少氧化。由于再流焊在生產(chǎn)線上不是最慢的環(huán)節(jié)，因此在可以接受的傳送速度范圍，盡量選用低的傳送速度。

如果從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，考慮前后設(shè)備的銜接來確定導(dǎo)軌傳輸速度，或參考焊膏推薦溫度曲線來確定導(dǎo)軌傳輸速度，則速度為一定值，不可調(diào)變：

其中：V為網(wǎng)帶運(yùn)行速度；L為爐體長度；t為推薦溫度曲線的總體時(shí)間。

（2）溫度模塊數(shù)的劃分。參考焊膏推薦溫度曲線，分析各階段時(shí)間段，根據(jù)實(shí)際爐體模塊數(shù)，確定各工藝階段所需模塊數(shù)并做分配，以7溫區(qū)模塊再流焊爐為例，一般1、2模塊為預(yù)熱階段，3、4、5模塊為保溫階段，6、7模塊為釬焊階段。

（3）再流焊階段參數(shù)設(shè)定。這個階段要嚴(yán)格控制，具體調(diào)節(jié)要根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定。確定再流焊時(shí)間treflow：

其中：λ是考慮爬升區(qū)和冷卻區(qū)對再流區(qū)長度影響的系數(shù)。

確定最低再流焊溫度Tut：

其中：Tm為焊料合金的熔點(diǎn)溫度；q為焊料的液化熱；

α為再流焊設(shè)備對焊料的換熱系數(shù)。

由于焊料成分比較復(fù)雜，用上式計(jì)算的最低再流焊溫度Tut是近似值，精確的結(jié)果可以用實(shí)驗(yàn)的辦法得到，或者要求供應(yīng)商提供。

確定峰值溫度Tpset：

其中：ΔT=（Tmax-Tmin）/2，溫度波動范圍

檢查峰值釬焊溫度Tpset是否超過了PCB和元器件能承受的最高溫度，如果超溫，表明需要進(jìn)一步提高PCB傳送速度；如果峰值釬焊溫度Tpset與PCB板和元器件能承受的最高溫度相差較大，則表明還可以進(jìn)一步降低PCB傳送速度，然后重新開始設(shè)定。如果PCB傳送速度已經(jīng)不能降低，表明該設(shè)備不能滿足相應(yīng)無鉛焊料的生產(chǎn)要求。

（3）預(yù)熱階段參數(shù)設(shè)定。確定預(yù)熱溫度Tpreheatset：

其中：ΔTrise為溫度爬升區(qū)的溫度爬升能力。確定預(yù)熱時(shí)間tpreheat：

其中：Lprehea是預(yù)熱區(qū)的長度，λprehea是考慮爬升區(qū)和進(jìn)口升溫段對預(yù)熱區(qū)長度影響的系數(shù)，V是傳送帶（鏈條）速度。

檢查設(shè)定預(yù)熱溫度和預(yù)熱時(shí)間，如果引起助焊劑過度揮發(fā)或合金過度氧化，則需加快PCB傳送速度，然后重新開始設(shè)定。如果加快PCB傳送速度會導(dǎo)致峰值釬焊溫度Tpset未超過PCB和元器件能承受的最高溫度，也表明該設(shè)備不能滿足相應(yīng)無鉛焊料的生產(chǎn)要求。

1.5.2 細(xì)調(diào)

等待各設(shè)定參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定之后，利用K型熱電偶測溫線測試PCB上若干點(diǎn)（至少3個點(diǎn)）溫度曲線，與推薦溫度曲線對比，如果不合格，參考推薦曲線，對各參數(shù)（主要是溫度，有時(shí)候也要微調(diào)網(wǎng)帶速度）做適當(dāng)調(diào)整，采用多退少補(bǔ)原則，也可根據(jù)兩次以上測定值，利用線形插值法求出目標(biāo)溫度對應(yīng)設(shè)定值。

另一方法就是利用軟件中提供的溫度曲線仿真功能，對曲線進(jìn)行仿真調(diào)節(jié)，模擬出與推薦曲線相符的溫度曲線，記錄下模擬數(shù)據(jù)。然后用此數(shù)據(jù)去替換上一次設(shè)定數(shù)據(jù)。此方法推薦使用。

1.5.3 循環(huán)調(diào)節(jié)

加熱→參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定→測試溫度曲線→細(xì)調(diào)，以此循環(huán)，調(diào)制出合格的溫度曲線。一般經(jīng)過4次循環(huán)就可以調(diào)制出理想的溫度曲線。

1.6 溫度曲線調(diào)試影響因素

（1）焊錫熔點(diǎn)溫度，焊劑揮發(fā)點(diǎn)及活化溫度等。對于焊膏來說，焊劑揮發(fā)點(diǎn)溫度、活化溫度和合金溶化溫度是溫度設(shè)定需要參考的幾個重要參數(shù)。當(dāng)焊接出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，就要從焊接機(jī)理出發(fā)，分析可焊性，從而引起對助焊劑和焊錫的物理性質(zhì)的重視。

（2）PCB物理尺寸、玻璃轉(zhuǎn)化溫度、分解溫度及受潮情況。當(dāng)焊接時(shí)出現(xiàn)銅箔斷裂，吹氣孔、翹邊等質(zhì)量問題時(shí)，就要從此類方面入手進(jìn)行溫度曲線調(diào)整。

（3）PCBA組裝密度、元件類型及大小、有無PLCC、BGA、CSP等吸熱量較大的封裝件。此類方面會影響到溫度爬升、溫度均勻性及溫度補(bǔ)償性。

（4）設(shè)備的具體性能，如加熱區(qū)的長度，發(fā)熱功率，熱傳導(dǎo)方式及傳熱效率等因素。比如熱風(fēng)與紅外加熱方式，不銹鋼整流板與鑄鋁整流板方式，小循環(huán)與微循環(huán)熱風(fēng)方式等。

1.7 溫度測試熱電偶接觸方法

熱電偶接觸有4種方法：高溫釬料連接，鋁帶連接，Kapton tape（常用高溫膠帶）連接，傳導(dǎo)樹脂（膠粘劑）連接。對于4種方法，高溫釬料最可靠，重復(fù)性也最好；鋁帶也可靠，但是重復(fù)性差一點(diǎn)；Kapton tape是一種熱傳導(dǎo)很好的電帶，但可靠性和重復(fù)性都差一點(diǎn)；傳導(dǎo)樹脂可靠性可以，但重復(fù)性很差，其具體安裝如圖5所示。

圖5 熱點(diǎn)偶接觸方法

專業(yè)的一種固定方式為機(jī)械夾具固定連接，易于安裝和拆卸，且不會損壞電路板，如圖6所示，在生產(chǎn)應(yīng)用中比較廣泛，能提供精確而可靠的結(jié)果。

圖6 專用溫度曲線及設(shè)備性能評估裝置

1.8 舉例說明

實(shí)驗(yàn)材料：實(shí)裝板，F(xiàn)R4，140 mm×190 mm；

測溫工具：9通道K型熱電偶；

熱電偶接觸方法：熱電偶探頭使用鋁帶保護(hù)且上用Kapton tape覆蓋；

實(shí)測溫度曲線：CHIPBEST UMR-82A再流焊爐，合金采用 Sn3.8Ag0.7Cu，峰值溫度235～240℃，217℃以上時(shí)間為50～70 s。圖7為再流焊設(shè)備及測溫儀，圖8為實(shí)裝板PCBA及測溫點(diǎn)分布，圖9為所測試溫度曲線。

圖7 實(shí)驗(yàn)用焊接設(shè)備及測溫儀

圖8 實(shí)驗(yàn)板熱電偶探頭放置點(diǎn)圖

圖9 實(shí)測溫度曲線

在使用測溫儀時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）測定時(shí)，必須使用已完全裝配好的PCBA。首先對PCB上元器件進(jìn)行熱特性分析，找出最熱點(diǎn)，最冷點(diǎn)，分別設(shè)置熱電偶測量出最高溫度與最低溫度。

（2）盡可能多設(shè)置熱電偶測試點(diǎn)，以求全面反映PCB各部分真實(shí)受熱狀態(tài)。例如PCB中心與邊緣受熱程度不一樣，大體積元件與小型元件熱容量不同及熱敏感元件都必須設(shè)置測試點(diǎn)。

（3）熱電偶探頭外形微小，必須穩(wěn)定固定在測試位置，否則受熱松動，偏離預(yù)定測試點(diǎn)，引起測試誤差。

（4）所用電池為鋰電池與可重復(fù)充電鎳鎘電池兩種。結(jié)合具體情況合理測試及時(shí)充電，以保證測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2 波峰焊接設(shè)備工藝調(diào)試與技巧

2.1 溫度曲線特點(diǎn)及工藝要點(diǎn)

波峰焊是指將熔化的軟釬焊料，經(jīng)機(jī)械泵、電動泵或電磁泵噴流成設(shè)計(jì)要求的焊料波峰，使預(yù)先裝有元件的PCB通過焊料波峰，實(shí)現(xiàn)元器件焊端或引腳與PCB焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。波峰焊接工藝溫度曲線如圖10所示，主要包括預(yù)熱、焊接和冷卻三大階段。而落實(shí)在實(shí)際生產(chǎn)波峰焊設(shè)備上，工藝過程可分解為進(jìn)板、涂覆助焊劑、預(yù)熱、波峰焊接、冷卻和出板等幾個階段。

圖10 波峰焊接溫度曲線示意圖

（1）進(jìn)板。將插裝有元件的待焊PCB置于傳送鏈條上，為波峰焊接工藝做好準(zhǔn)備。

（2）涂覆助焊劑。助焊劑涂覆的方法有發(fā)泡、浸漬、刷涂和噴霧等幾種，其中以噴霧法最流行，目的在于清除金屬表面的氧化層。涂覆時(shí)要求在PCB底面有薄薄的一層焊劑，要均勻適當(dāng)，對于免清洗工藝特別要注意不能過量。流行的焊劑涂覆方法是采用定量噴射方式，選擇適當(dāng)?shù)牧髁坑?jì)和噴頭孔徑，就可容易控制噴霧量，加之優(yōu)化的控制方式，即可實(shí)現(xiàn)均勻噴霧效果。

（3）預(yù)熱。常見預(yù)熱方式有電熱管、紅外管及熱風(fēng)方式，其目的是蒸發(fā)PCB上助焊劑中的大部分溶劑，活化助焊劑，加熱PCB及元件，除去組件中濕氣等。預(yù)熱控制得好，可以防止虛焊、拉尖和搭橋，減少波峰焊料對基板的熱沖擊，有效解決焊接中的PCB翹曲、分層、變形問題。

PCB預(yù)熱溫度和時(shí)間要根據(jù)PCB物理性質(zhì)及組裝特點(diǎn)、貼裝元器件的種類與多少等來確定。預(yù)熱溫度一般在90～130℃，多層板以及有較多貼裝元器件時(shí)預(yù)熱溫度取上限。不同PCB組裝形式的預(yù)熱溫度參考表2，參考時(shí)一定要結(jié)合組裝板的具體情況，做工藝試驗(yàn)或試焊后進(jìn)行設(shè)置。值得注意的是，所述溫度為實(shí)測溫度而非設(shè)定溫度，且關(guān)注的是PCB底面溫度而非上表面溫度。

表2 預(yù)熱溫度參考表

2.1.1 波峰焊接

波峰錫槽是完成焊接的主要設(shè)備，熔化的焊錫在驅(qū)動力的作用下，噴嘴源源不斷噴出焊錫并形成波峰，當(dāng)PCB經(jīng)過波峰時(shí)元件被焊接。為了改善焊接效果，一般采用雙波峰的焊接方式。隨著PCB向前運(yùn)行，首先經(jīng)過振動波（也稱λ波），這種焊波有較大的穿透力，能將焊料打到底面所有的焊盤、元件引腳、可焊端，熔融的焊料在金屬表面上進(jìn)行浸融和擴(kuò)散。接著再經(jīng)過平滑波（也稱Ω波），Ω波將引腳及焊端之間的橋接分開，除去拉尖等焊接缺陷。

（1）焊接溫度和時(shí)間。焊接過程是焊接金屬表面、熔融焊料和空氣等間相與作用的復(fù)雜過程，必須控制好焊接溫度和時(shí)間，如焊接溫度偏低。液體焊料的黏度大，不能很好地在金屬表面潤濕和擴(kuò)散，容易產(chǎn)生拉尖和橋連的、焊點(diǎn)表面粗糙等缺陷；如焊接溫度過高，容易損壞元器件，還會由于焊劑被炭化失去活性、焊點(diǎn)氧化速度加快，產(chǎn)生焊點(diǎn)發(fā)烏、焊點(diǎn)不飽滿等問題。

無鉛波峰焊接溫度一般為260℃±5℃，由于熱量是溫度和時(shí)間的函數(shù)，在一定溫度下焊點(diǎn)和組件受熱的熱量隨時(shí)間的增加而增加。波峰焊的焊接時(shí)間通過調(diào)整傳送帶的速度來控制，傳送帶的速度要根據(jù)不同型號波峰焊機(jī)的長度、焊接溫度統(tǒng)籌考慮進(jìn)行調(diào)整，以每個焊點(diǎn)接觸波峰的時(shí)間來表示焊接時(shí)間，一般焊接時(shí)間為3～5 s。

值得注意的是，焊接溫度和時(shí)間與預(yù)熱溫度、焊料波溫度、傾斜角度、傳輸速度都有關(guān)系。針對雙波峰焊的第一個波峰溫度一般會比第二個波峰溫度低。焊接時(shí)間可通過一塊帶有刻度的耐高溫玻璃測試板進(jìn)行測量，以作參考，其與波峰平穩(wěn)性、導(dǎo)軌平行度、PCB翹曲程度都有關(guān)系，推薦采用專用工具進(jìn)行測量。

（2）爬坡角度。PCB爬坡角度一般為4.5°～5.5°，可通過調(diào)整波峰焊機(jī)傳輸裝置的傾斜角度來實(shí)現(xiàn)。適當(dāng)?shù)呐榔露扔欣谂懦龤埩粼诤更c(diǎn)各組件周圍由焊劑產(chǎn)生的氣體，當(dāng)THC與SMD混裝時(shí)，由于通孔比較少，應(yīng)適當(dāng)加大PCB爬坡角度。通過調(diào)節(jié)傾斜角度還可以調(diào)整PCB與波峰的接觸時(shí)間，同時(shí)適當(dāng)加大PCB爬坡角度還有利于焊點(diǎn)與焊料波的分離速度，降低橋接缺陷。

（3）波峰高度。適當(dāng)?shù)牟ǚ甯叨仁购噶喜▽更c(diǎn)增加填充壓力、調(diào)控焊料波前后流速，有利于焊料潤濕金屬表面、壓入通孔。波峰高度一般控制在PCB厚度的2/3～1/2處。

（4）熱風(fēng)刀去橋接。熱風(fēng)刀是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的，所謂熱風(fēng)刀，就是在剛離開波峰焊之后，通過一個窄長帶開口“腔體”，開口處吹出500～525℃的熱氣流。熱風(fēng)刀的高溫高壓氣體可以吹掉多余的焊錫，使其得到修復(fù)，同時(shí)也能使原來帶有氣孔的焊點(diǎn)和橋接點(diǎn)得到修復(fù)，使焊接缺陷大大降低。但隨著波峰噴口技術(shù)的改進(jìn)，可基本控制焊接質(zhì)量，由于成本和技術(shù)的壓力，熱風(fēng)刀技術(shù)并未普遍使用。

（3）冷卻。波峰焊工藝?yán)鋮s主要指的是焊點(diǎn)冷卻，而非PCBA冷卻。因?yàn)椴ǚ搴腹に嚍榈撞繂蚊婕訜?，時(shí)間又短，PCB及元件過完波峰焊后本體溫度不高，這就導(dǎo)致焊點(diǎn)脫離波峰后迅速降溫，一般會到170℃左右，設(shè)備配置冷卻裝置只是簡單進(jìn)行PCBA組件的后冷卻。

（4）出板：取出焊好的PCB板進(jìn)行下道工序。

2.2 波峰焊設(shè)備調(diào)試步驟

（1）焊接前準(zhǔn)備

·檢查待焊的PCB是否有受潮、焊盤氧化或變形等；

·檢查PCB上插裝元件有無丟失、插反或損傷等。

（2）開機(jī)啟動

·啟動波峰焊設(shè)備，打開所需功能；

·根據(jù)PCB（或夾具）寬度調(diào)整波峰焊設(shè)備傳送帶的寬度。

（3）設(shè)置焊接參數(shù)

·傳送帶速度：根據(jù)不同的波峰焊設(shè)備和待焊接PCB情況設(shè)定（一般為0.8～1.60 m/min）；

·助焊劑流量：根據(jù)PCB底面需涂覆面積的情況確定局部噴霧或者全局噴霧，接著調(diào)節(jié)助焊劑涂覆量，可從PCB通孔處觀察，應(yīng)有少量的助焊劑從通孔中向上滲透到通孔頂面的焊盤上，但不要滲透到零件體上；

·預(yù)熱溫度：根據(jù)波峰焊設(shè)備預(yù)熱區(qū)實(shí)際情況設(shè)定溫度，升溫斜率一般要求為≤2℃/s；

·焊錫溫度：以實(shí)際波峰溫度為表頭顯示時(shí)的溫度。由于溫度傳感器在錫爐內(nèi)，因此表頭或控制系統(tǒng)顯示的溫度比波峰實(shí)際溫度一般高3℃左右；

·波峰高度：調(diào)控到波峰表面超過PCB底面，在PCB厚度的1/2～2/3處；

·焊接角度與時(shí)間：傳輸傾斜角度4.5°～5.5°；時(shí)間一般為 3～5 s。

（4）首件焊接并檢驗(yàn)

·待所有焊接參數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，把PCB輕輕地放在傳送帶上，機(jī)器自動進(jìn)行噴涂助焊劑、預(yù)熱、波峰焊接和冷卻；

·在波峰焊設(shè)備出口處手動接住PCB，按出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)是否合格；

·若不合格，則根據(jù)首件PCB焊接結(jié)果調(diào)整焊接參數(shù)，在進(jìn)行焊接檢驗(yàn)，直到合格為止。

（5）連續(xù)焊接生產(chǎn)

·工藝參數(shù)穩(wěn)定后若PCB焊后質(zhì)量合格，則開始連續(xù)生產(chǎn)；

·連續(xù)焊接過程中每塊PCB都應(yīng)檢查，有焊接缺陷的PCB，應(yīng)用標(biāo)簽箭頭標(biāo)出，并進(jìn)行缺陷統(tǒng)計(jì)，后裝入防靜電周轉(zhuǎn)箱送修板后工序；

·如連續(xù)出現(xiàn)缺陷問題，應(yīng)檢查原因、對工藝參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整后才能繼續(xù)焊接；

·按照出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后到下一個工序。

（6）規(guī)范工藝操作

·填寫操作記錄，每2 h記錄一次焊接參數(shù)。定時(shí)或?qū)γ繅KPCB進(jìn)行焊后質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量問題，及時(shí)調(diào)整參數(shù)。

·根據(jù)波峰焊設(shè)備的開機(jī)工作時(shí)間，定期檢測焊料爐內(nèi)焊料成分，若發(fā)現(xiàn)異常需進(jìn)行除雜或稀釋等處理；

·經(jīng)常常清理波峰噴嘴和焊料氧化物等殘?jiān)?/p>

2.3 關(guān)于混裝板的焊接方法

混裝板如圖11所示，就是PCB上既有插裝元件又有SMT元件，焊點(diǎn)有大有小，有時(shí)還是雙面板，焊接難度大，對溫度、焊接時(shí)間、角度、波峰的形狀及流量的選擇很重要。

圖11 過波峰焊接工藝的混裝板

混裝板主要的焊接不良為：SMT元件的漏焊、連焊、焊點(diǎn)不均勻或虛焊（焊點(diǎn)露半個孔）。SMT元件漏焊如圖12所示，主要是擾流波不規(guī)則引起，要將擾流波調(diào)整到解決所有SMT元件漏焊，一般為擾流波噴流孔板沒有陰影就能滿足要求。連焊如圖13所示，是最常見不良焊點(diǎn)，要考慮是否助焊劑引起的，單獨(dú)過鏡面波就可以看出是不是助焊劑的問題，在這節(jié)里排除助焊劑的問題不談。

圖12 漏焊焊接缺陷

圖13 連焊焊接缺陷

（1）波形的選擇

混裝板典型產(chǎn)品有電源板和信號板。信號板插件元件較少，表貼元件較多，一般選擇平波，焊出來的板焊點(diǎn)均勻，整體美觀；電源板插件元件較多，容易引起連焊，一般選擇“山形波”（如圖14所示），焊出來的板焊點(diǎn)飽滿。如選反了，則信號板因其焊點(diǎn)較小會出現(xiàn)包焊；電源板焊點(diǎn)有大有小焊點(diǎn)會不均勻，容易產(chǎn)生連焊、虛焊等。

（2）波峰流速選擇

平波波峰后面的流量一般能帶走波峰表面氧化物即可。流量小連焊少，光澤度差一點(diǎn)；流量大光澤度好，會增加連焊的可能?！吧叫尾ā辈ǚ迩懊娴膶?dǎo)流板要低于中間的調(diào)節(jié)板，否則流量很難控制，后面流量小可減少因飽滿引起的連焊，流量大可以適當(dāng)增加飽滿度和減少虛焊。

圖14 “山形波”后波峰形狀

（3）調(diào)試要點(diǎn)

單波峰能焊好，雙波峰不一定能焊好，這時(shí)候就要考慮焊接時(shí)間，雙波峰焊接時(shí)間長，消耗的助焊劑就會比較多，如果是加快運(yùn)輸速度來減少焊接時(shí)間會帶來別的問題，如助焊劑量就會相對減少、預(yù)熱溫度達(dá)不到；如果增加助焊劑量、提高預(yù)熱溫度，就會有PCB板的變形、元器件如排線變形或SMT元件脫落等。

提高導(dǎo)軌角度也可以減少焊接時(shí)間，升高導(dǎo)軌角度后，波峰形狀不需要動，只需調(diào)整波峰噴口高度即可。一般需將運(yùn)輸速度和導(dǎo)軌角度配合來調(diào)整。

銅片、大的插座、比較粗的銅線圈等虛焊要通過提高預(yù)熱、錫爐溫度來解決；普通元器件虛焊可降低錫爐溫度來處理。

單獨(dú)調(diào)整一個地方不可能解決所有問題，要將運(yùn)輸速度、溫度、角度、波峰流量看成一個整體配合調(diào)整，才能焊出好的焊點(diǎn)。

3 結(jié)束語

電子組裝中的再流焊接技術(shù)和波峰焊接技術(shù)雖然發(fā)展多年，但是在實(shí)際應(yīng)用中面臨了很多問題，直接影響到產(chǎn)品焊接質(zhì)量及生產(chǎn)直通率。而這些問題的出現(xiàn)，從根本上講是對焊接技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)理解不夠、實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)不夠等產(chǎn)生的。作者通過多年的工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合基本工藝要點(diǎn)，給出實(shí)操過程中具體步驟與調(diào)試方法，希望對廣大從業(yè)者有一定的幫助。

Process Adjustment Steps and Skills of Soldering Equipment in Electronic Assembly

DU Bin1，SHI Jianwei2，XIAO Wudong2，WU Yuxing2
（1.China National Electric Apparatus Research Institute Co.,Ltd.;2.Chip Best Automation Technology（Shanghai）Co.,Ltd，Shezhen Branch）

Abstract:Reflow and wave soldering technology in electronic assembly technology are two key technologies,the parameter setting and the process adjustment will directly affect the soldering quality of products and production yield.The article gives guidance to discuss and summarizes the key points and some key technology in the process of practice.

Keywords:Reflow soldering；Wave soldering；Thermal profile；Thermal couple

TG454

A

1004-4507（2013）11-0033-09

2013-10-15