SMT焊接工藝-波峰焊
1、波峰焊接的歷史
波峰焊已經(jīng)存在了幾十年，并且作為焊接元件的主要方法在PCB的利用增長(zhǎng)中起到了重要作用。將電子產(chǎn)品變得更小，功能更多，PCB（這些設(shè)備的核心）使這成為可能，這是一個(gè)巨大的推動(dòng)力。這種趨勢(shì)也催生了新的焊接工藝作為波峰焊的替代品。
波峰焊前：PCB組裝歷史
焊接作為連接金屬部件的過(guò)程被認(rèn)為是在錫的發(fā)現(xiàn)后不久出現(xiàn)的，錫仍然是當(dāng)今焊料的主要元素。另一方面，第一塊PCB出現(xiàn)在20世紀(jì)。德國(guó)發(fā)明家艾伯特漢森提出了一個(gè)多層平面的想法; 包括絕緣層和箔導(dǎo)體。他還描述了在器件中使用孔，這與今天用于通孔元件安裝的方法基本相同。
在第二次世界大戰(zhàn)期間，隨著各國(guó)尋求提高通信和準(zhǔn)確性或精確度，電氣和電子設(shè)備的發(fā)展起飛。 現(xiàn)代PCB的發(fā)明者保羅·艾斯勒（Paul Eisler）于1936年開(kāi)發(fā)了一種將銅箔連接到玻璃絕緣基底的工藝。他后來(lái)演示了如何在他的設(shè)備上組裝無(wú)線(xiàn)電。盡管他的電路板使用布線(xiàn)來(lái)連接元件，這是一個(gè)緩慢的過(guò)程，但當(dāng)時(shí)并不需要大規(guī)模生產(chǎn)PCB的大規(guī)模生產(chǎn)。
2、雙波峰焊機(jī)的工作原理
雙波峰焊機(jī)是為適應(yīng)插裝元件與表面貼裝元件混合安裝特點(diǎn)而在單波峰焊機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，此發(fā)明以來(lái)，其結(jié)構(gòu)就基本固定為“紊流波+平滑波”的形式，如圖所示。
1) 紋流波
主要功能是產(chǎn)生一個(gè)向上沖擊的紊流波，將因“遮蔽效應(yīng)”（如圖所示），而形成的氣泡趕走，使錫波能夠緊密地與焊盤(pán)接觸從而減少漏焊現(xiàn)象的發(fā)生。向上沖擊的紊流波也有利于安裝孔的良好填錫。
2) 平滑波
正如其名，其主要功能產(chǎn)生一個(gè)無(wú)波峰與波谷的平滑錫波，用于焊縫形態(tài)是修正。平滑波的結(jié)構(gòu)與寬度對(duì)波峰焊接質(zhì)量的影響很大，一定程度上決定了波峰焊接的直通率，也是不同品牌波峰焊機(jī)的價(jià)值所在。
（1）平滑波工藝分析
平滑波可分為三個(gè)工藝區(qū)域：PCB進(jìn)入?yún)^(qū)（A點(diǎn)前）、傳熱區(qū)（A-B間的區(qū)域）和PCB離開(kāi)區(qū)（B點(diǎn)后），如圖所示。
3、工藝控制
1）焊劑噴涂
用雙面膠紙把一張白紙粘貼在PCB上，進(jìn)行焊劑涂覆，檢查焊劑噴涂是否均勻，是否漏噴，焊劑是否入孔，特別是OSP孔。
漏噴常常是引起橋連、拉尖的常見(jiàn)原因。
2）預(yù)熱
預(yù)熱有如下幾個(gè)目的：
（1）使大部分焊劑揮發(fā)，避免焊接時(shí)引起飛濺、造成錫波溫度下降（因?yàn)楹竸]發(fā)需要吸熱）。
（2）獲得適當(dāng)?shù)酿ざ取ｐざ忍?，焊劑容易過(guò)早地被錫波帶走，會(huì)使?jié)櫇褡儾睿?/p>
（3）獲得適當(dāng)?shù)臏囟取p少PCBA進(jìn)入焊錫波時(shí)的熱沖擊和板變形；
（4）促進(jìn)焊劑活化。
4、合適預(yù)熱結(jié)果的評(píng)判
（1）對(duì)有鉛焊接而言，焊接面約110℃。對(duì)于給定的PCBA，可以通過(guò)測(cè)量元件面溫度判斷；也可以用手摸，發(fā)粘即可，太干容易引起焊接問(wèn)題。
（2）OSP板，預(yù)熱溫度需要適當(dāng)提高，如130℃。
（3）ENIG板，要視使用單波還是雙波確定。雙波需要較高的預(yù)熱溫度，單波則需要較低的預(yù)熱溫度，以避免焊盤(pán)邊緣反潤(rùn)濕。
5、焊接
（1）紊流波向上應(yīng)具有一定的沖擊力，形成無(wú)規(guī)則的谷與峰；
（2）平滑波錫波面必須平整，波高以實(shí)現(xiàn)無(wú)缺陷焊接為調(diào)整目標(biāo)。
不同的波形要求不同，如某品牌波峰焊機(jī)，波比較低時(shí)，橋連、拉尖就比較多（ 受熱不足）；波比較高時(shí)，焊點(diǎn)的飽滿(mǎn)性會(huì)變差（快速下拉）。這些都基于其窄的弧形波特性。
拉尖，通常是因?yàn)楹稿a還沒(méi)有拉下，其上部已經(jīng)凝固所致。之所以凝固，是因?yàn)橐€(xiàn)散熱比較快或引線(xiàn)比較長(zhǎng)，為了避免拉尖，有時(shí)需要平滑波壓的深些以提高引線(xiàn)的熱容量，也可以通過(guò)降低傳送速度來(lái)實(shí)現(xiàn)（高速傳送前提下）。
波高的調(diào)節(jié)一定要配合傳送速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，單純的調(diào)節(jié)波高往往難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。
傳送速度：影響焊點(diǎn)的受熱和分離速度。一般不可單獨(dú)調(diào)節(jié)，需要根據(jù)波形、所焊PCBA進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6、常見(jiàn)焊接不良與對(duì)策
1、橋連
1) 橋連的類(lèi)別
影響橋連的因素很多，設(shè)計(jì)、焊劑活性、焊料成分、工藝等，需多方面持續(xù)改進(jìn)。
根據(jù)所產(chǎn)生的原因，橋連可以大致分成兩類(lèi)：焊劑不足型和垂直布局型。
（1）焊劑不足型。
特征是多引線(xiàn)連錫、焊盤(pán)、引線(xiàn)頭（最容易氧化）無(wú)潤(rùn)濕或局部潤(rùn)濕，如圖所示。
（2）垂直布局型。
特征是焊點(diǎn)飽滿(mǎn)、引線(xiàn)頭包錫、連錫懸空，如圖所示。這是常見(jiàn)的橋連類(lèi)型，正如其分類(lèi)名稱(chēng)那樣，它主要與引線(xiàn)構(gòu)成的錫墻厚度有關(guān)—— 引線(xiàn)直徑、長(zhǎng)度與間距。
當(dāng)然，也與PCB上元件布局、焊劑的活性、錫波高度、預(yù)熱溫度和鏈速等有關(guān)，影響因素比較多、復(fù)雜，難以100%解決。一般多發(fā)生在引線(xiàn)間距比較?。ā?mm）、伸出比較長(zhǎng)(≥1.5mm)、比較粗的連接器類(lèi)元件，如歐式插座。
2）改進(jìn)措施：
（1）設(shè)計(jì)
a）最有效的措施就是采用短引線(xiàn)設(shè)計(jì)。2.5mm間距的引線(xiàn)，長(zhǎng)度控制在1.2mm以?xún)?nèi)；2mm間距的引線(xiàn)，長(zhǎng)度控制在0.5mm以?xún)?nèi)。最簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)就是“1/3原則”，即引線(xiàn)伸出長(zhǎng)度應(yīng)取其間距的1/3。只要做到這點(diǎn)，橋連現(xiàn)象基本可以消除。
b）連接器等元件。盡可能將元件的長(zhǎng)度方向平行于傳送方向布局并設(shè)計(jì)盜錫工藝焊盤(pán)，以提供連續(xù)載波能力。
c) 使用小焊盤(pán)設(shè)計(jì)，因?yàn)榻饘倩椎腜CB焊點(diǎn)的強(qiáng)度基本不靠焊盤(pán)的大小。對(duì)減少橋連缺陷而言焊盤(pán)環(huán)寬越小越好，只要滿(mǎn)足PCB制造需要的最小環(huán)寬即可。
(2) 工藝
a)使用窄的平波波峰焊機(jī)進(jìn)行焊接。
b)使用合適的傳送速度（以引線(xiàn)能夠連續(xù)脫離為宜）。鏈速快或慢，都不利于橋連現(xiàn)象的減少。這是因?yàn)椋▊鹘y(tǒng)的解釋?zhuān)╂溗倏?，打開(kāi)橋連的時(shí)間不夠或受熱不足；鏈速慢，有可能導(dǎo)致引線(xiàn)靠近封裝端溫度下降。但實(shí)際情況遠(yuǎn)比這復(fù)雜，有時(shí)，熱容量大、長(zhǎng)的引線(xiàn)，宜快，反之，宜慢（大熱容量與小熱容量引線(xiàn)在傳送速度方面的要求總是相反的）。因此，實(shí)踐中要多試。
鏈速快慢判別標(biāo)準(zhǔn)視焊接對(duì)象、所用設(shè)備而定，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念！一般以
0.8~1.2m/min分界點(diǎn)。
c）預(yù)熱溫度要合適，應(yīng)使焊劑達(dá)到一定的黏度。黏度太低容易被焊錫波沖走，會(huì)使?jié)櫇褡儾?。過(guò)度預(yù)熱會(huì)使松香氧化并發(fā)生聚合反應(yīng)，減緩潤(rùn)濕過(guò)程。這都會(huì)增加橋連的概率。
d）對(duì)非焊劑原因產(chǎn)生的橋連，可以通過(guò)降低波高的方法進(jìn)行消除（以波剛接觸最長(zhǎng)引線(xiàn)尖端為目標(biāo)，這是TAMULA的建議）。
漏焊（Skip、Dry）及虛焊
漏焊，主要涉及片式元件，與元件高度和布局方向以及元件封裝和焊盤(pán)外伸長(zhǎng)度有關(guān)。原因是元件的“遮蔽效應(yīng)”和焊劑的“氣囊隔絕”，有時(shí)也與焊劑涂覆、焊盤(pán)/引線(xiàn)氧化有關(guān)。
虛焊多與焊盤(pán)或焊端氧化、熱量不足、引線(xiàn)長(zhǎng)過(guò)波峰時(shí)擾動(dòng)有關(guān)。改進(jìn)措施：
（1）優(yōu)化元件布局和焊盤(pán)設(shè)計(jì)，如圖所示。
（2）對(duì)裝有SMD的波焊面一定要打開(kāi)紊流波。圖示雖然非漏焊現(xiàn)象，但形成原因同漏焊。
（3）充分預(yù)熱或減少焊劑量（前提是使用了高焊劑量），消除“氣囊隔絕”效應(yīng)
的影響。
（4）還要注意擋條和托架的設(shè)計(jì)不要影響元件的受熱與受錫空間。
