通信信号产品制造与工艺管理

2023-10-23 理论教育版权反馈

【摘要】：波峰焊机的焊料液在锡槽内始终处于流动状态，使工作区域内的焊料表面无氧化层。其中，助焊剂可利用波峰焊接机上的涂敷助焊剂装置完成。斜坡式波峰焊接工艺。1．焊料波峰焊一般采用Sn63/Pb37的共晶焊料，熔点为183℃。Sn的含量应该保持在61.5%以上，并且Sn/Pb两者的含量比例误差不得超过±1%。表4-2波峰焊焊料中主要金属杂质的最大含量范围应该根据设备的使用情况，每隔三个月到半年定期检测焊料的Sn/Pb比例和主要金属杂质含量。

波峰焊是应用最普遍的一种焊接工艺，焊料与焊剂的化学成分、焊接温度、速度、时间等与焊接质量有关的重要因素，在波峰焊机上均能得到比较完善的控制。它适宜成批、大量地焊接一面装有分立元件和集成电路的印制电路板。

（一）波峰焊接原理

波峰焊接原理基于浸焊，它利用焊锡槽内的离心泵，形成一股向上平稳喷涌的焊料波峰，并将熔融焊料源源不断地从喷嘴中溢出，印制电路板以直线平面运动的方式通过焊料波峰，完成焊接。一般波峰焊机的内部结构和外部示意图如图4-18所示。

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图4-18　波峰焊机的内部结构、外部示意图

将已完成插件工序的印制板放在匀速运动的导轨上，导轨下面有装有机械泵和喷口的熔锡槽。机械泵根据焊接要求，连续不断地泵出平稳的液态锡波，焊锡熔液通过喷口，以波峰形式溢出至焊接板面进行焊接。为了获得良好的焊接质量，焊接前应做好充分的准备工作，如搪锡、涂敷助焊剂、预热等；同时要做好焊接后的冷却、清洗工作。

波峰焊机的焊料液在锡槽内始终处于流动状态，使工作区域内的焊料表面无氧化层。由于印制板和波峰之间处于相对运动状态，所以助焊剂容易挥发，焊点内不会出现气泡。

（二）波峰焊接工艺流程

波峰焊接工艺流程如图4-19所示。

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图4-19　波峰焊接工艺流程

1．焊前准备

焊前准备主要包括元器件准备、印制板准备、元器件插装及涂助焊剂等。其中，助焊剂可利用波峰焊接机上的涂敷助焊剂装置完成。涂助焊剂一般采用喷涂法或发泡法，即用气泵将助焊剂溶液雾化或泡沫化后均匀地喷涂或蘸敷在印制板上。

2．预　热

进入焊锡槽前，电路板经预热，刚喷涂的助焊剂中溶剂被挥发，可以减少焊接时产生的气体。同时，松香和活化剂开始分解活化，去除焊接面上的氧化层和其他污染物，并且防止金属表面在高温下再次氧化。印制电路板和元器件被充分预热可以有效地避免焊接时急剧升温产生的热应力损坏。

3．焊　接

新型波峰焊接工艺可选用斜波式单波峰、高波峰焊接和双波峰焊接等。

（1）斜坡式波峰焊接工艺。斜坡式波峰焊接时，传送导轨以一定角度的斜坡方式安装，如图4-20（a）所示。这样可以增加电路板焊接面与焊锡波峰接触的长度，等效增加了焊点润湿的时间，从而提高了焊接效率；另外，也有利于焊点内的助焊剂挥发，避免形成夹气焊点，还能让多余的焊锡流下来。

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图4-20　斜坡式波峰焊和高波峰焊原理

（2）高波峰焊接工艺。高波峰焊接适用于THT元器件“长脚插焊”工艺，即元器件引脚成形后先进行插装，完成焊接再剪短多余的引脚，如图4-21（a）所示，它的焊锡槽及其锡波喷嘴如图4-20（b）所示，从喷嘴中喷出的锡波高度比较高，并且高度h可以调节，保证元器件的引脚从锡波里顺利通过。元器件的引脚在高波峰焊接后用剪脚机剪短。

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图4-21　“长脚插焊”与“短脚插焊”(www.chuimin.cn)

（3）双波峰焊接工艺。双波峰焊接特别适合焊接“THT＋SMT”混合元器件的电路板。使用这种设备焊接印制电路板时，THT元器件要采用“短脚插焊”工艺，即元器件引脚成形的同时剪短多余的引脚，然后进行插装并弯脚，之后再进行焊接，如图4-21（b）所示。电路板的焊接面要经过两个熔融的铅锡焊料形成的波峰，这两个焊料波峰的形式不同，最常见的波形组合是“紊乱波”＋“宽平波”，如图4-22所示；“空心波”＋“宽平波”的波形组合也比较常见，如图4-23所示。焊料熔液的温度、波峰的高度和形状、电路板通过波峰的时间和速度这些工艺参数，都可以通过计算机伺服控制系统进行调整。

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图4-22　双波峰焊料波形

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图4-23　“空心波”＋“宽平波”的波形组合

4．冷　却

印制板焊接后，板面温度高，焊点处于半凝固状态，轻微的振动都会影响焊接质量；另外，长时间承受高湿也会损伤元器件，因此，焊接后必须进行冷却处理，一般采用风扇强迫降温。

5．清　洗

近年来，由于排放清洗剂废液涉及环保问题，成本竞争要求减少清洗环节的能源消耗和加工时间，清洗工艺逐渐淡出电子制造企业，采用免清洗助焊剂进行焊接已经成为主流工艺。

（三）波峰焊工艺材料的调整

在波峰焊机工作的过程中，焊料和助焊剂被不断消耗，需要经常对这些焊接材料进行监测与调整。

1．焊　料

波峰焊一般采用Sn63/Pb37的共晶焊料，熔点为183℃。Sn的含量应该保持在61.5%以上，并且Sn/Pb两者的含量比例误差不得超过±1%。主要金属杂质的最大含量范围见表4-2。

表4-2　波峰焊焊料中主要金属杂质的最大含量范围

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应该根据设备的使用情况，每隔三个月到半年定期检测焊料的Sn/Pb比例和主要金属杂质含量。如果不符合要求，可以更换焊料或采取其他措施。例如，当Sn的含量低于标准时，可以添加纯Sn以保证含量比例。

2．助焊剂

波峰焊使用的助焊剂，要求表面张力小，扩展率>85%；黏度小于熔融焊料，容易被置换；一般助焊剂的含量为0.82～0.84 g/mL，可以用相应的溶剂来稀释调整，焊接后容易清洗。

假如采用免清洗助焊剂，要求含量<0.8 g/mL，固体质量含量<2.0%，不含卤化物，焊接后残留物少，不产生腐蚀作用，绝缘性好，绝缘电阻>1×1011Ω。

根据电子产品对清洁度和电性能的要求选择助焊剂的类型：卫星、飞机仪表、潜艇通信、微弱信号测试仪器等军用、航空航天产品或生命保障类医疗装置，必须采用免清洗助焊剂；通信设施、工业装置、办公设备、计算机等，可以采用免清洗助焊剂，或者用清洗型助焊剂，焊接后进行清洗；一般要求不高的消费类电子产品，可以采用中等活性的松香助焊剂，焊接后不必清洗，当然也可以使用免清洗助焊剂。

3．焊料添加剂

在波峰焊的焊料中，还要根据需要添加或补充一些辅料：防氧化剂可以减少高温焊接时焊料的氧化，不仅可以节约焊料，还能提高焊接质量。防氧化剂由油类与还原剂组成，要求还原能力强，在焊接温度下不会碳化。锡渣减除剂能让熔融的铅锡焊料与锡渣分离，起到防止锡渣混入焊点、节省焊料的作用。

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