波峰焊工艺参数优化

张鑫

(总装重庆军代局，重庆400060)

波峰焊工艺参数优化

张鑫

(总装重庆军代局，重庆400060)

波峰焊主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺。与手工焊接相比较，波峰焊具有生产效率高、焊接质量好、可靠性高等优点。波峰焊接工艺是一个复杂而系统的工程，在实际生产过程中必须严格控制焊剂涂覆量、印制板预热温度、焊接温度和时间、印制板爬坡角度和波峰高度；综合调整其工艺参数，才能获得较好的焊接质量。

波峰焊；工艺参数；控制

0 前言

波峰焊接技术已广泛应于电子组装业中。波峰焊接的各个工艺参数对电子产品的焊接质量有着直接的影响，各工艺参数并非独立，与设备、产品密切相关，所以各企业必须根据生产实际优化工艺参数。即使同一企业，对不同设备、不同产品也应制定相应不同的工艺参数。

1 穿孔安装组件的波峰焊工艺要素的优化

1.1 上机前的烘干处理

波峰焊接时，如因PCB板中的溶液和水分急剧蒸发形成高压气泡会使钎料从焊缝中喷出，并形成大量蒸汽。这些蒸汽截留在填充钎料中形成气孔。为了消除PCB内残余的溶剂和水分，特别是在焊接中当PCB上出现气泡时，需对PCB板进行上线前的预烘干处理。国内某军工厂(以下简称“X厂”)采用的是循环干燥箱，其工艺参数如表1所示。

表1 PCB板上线前的烘干温度

表1的参数是对厚度1.5 mm以下的薄PCB；而对多层PCB板而言，预烘干温度设计为105℃，持续2～4 h。要求烘干过程中电路板不能叠放在一起，否则内层的PCB板就会被隔热，达不到预烘干的效果。最好将PCB放在一个对流炉内，每块PCB板之间最少相距3 mm。PCB在上线之前进一步预烘处理对消除PCB制板过程中所形成的残余应力，减少波峰焊接时PCB的翘曲和变形也是极为有利的。

1.2 预热温度与钎料温度的选取

预热是保证助焊剂在活化温度下在PCB表面停留足够的时间。X厂采用IF2005免清洗助焊剂，PCB元件表面的温度要求控制在95℃～130℃。预热温度偏低会使焊后板面的助焊剂残留物增多。

在最佳钎接条件下，焊点强度取决于钎接温度。接合温度在250℃时附件具有最高的接合强度，焊点表面具有最好的金属光泽，并且能在界面处生成合适的金属间化合物。若温度进一步提高，则容易生成其他金属间化合物，导致接合强度降低。X厂采用的温度的取值范围为250℃±5℃。

1.3 夹送速度与夹送倾角

钎接时间可以通过夹送速度反映出来。被焊表面浸入和退出熔化钎料波峰的速度对润湿质量、钎料层的均匀性和厚度影响很大。波峰焊接中最佳夹送速度的确定需根据具体的生产效率、PCB基板和元件的热容量、预热温度等综合因素通过工艺测试确定。X厂的钎料波峰的热交换区宽度为75 mm，浸渍时间3 s，夹送速度1.5 mm／min。目前公认较好的夹送倾角范围为6°～8°，X厂取7°。

1.4 波峰高度与压波深度

一般波峰焊接机波峰高度可在0～10 mm之间调节，最适宜焊接的高度为6～8 mm，我国电子行业标准规定最佳波峰高度宜控制在7～8 mm，X厂的波峰高度设置在7 mm。

PCB板经过波峰时浸入波峰的深度称为压波深度，深度过大产生桥连，深度过浅易发生局部漏焊。X厂对单面板浸入厚度的三分之一，对孔金属化的板子则浸入厚度的三分之二。

2 表面安装组件(SMA)波峰焊工艺要素的优化

2.1 助焊剂涂覆与预热温度

由于安装了SMC／SMD的PCB板凹凸不平，增加了助焊剂均匀涂覆的难度，要求喷雾头的喷雾方向与PCB板面一定要垂直，以克服喷雾阴影效应的产生。

SMA波峰焊接中预热温度不仅要考虑助焊剂所要求的激活温度，还要考虑SMC／SMD本身所要求的预热温度。通常预热温度选择原则是：使经过预热区后的SMA的温度与钎料波峰的温度差值小于等于100℃为宜。

2.2 钎料、钎接温度和时间

由于SMA为浸入式波峰焊接，钎料槽中的钎料工作时受污染的机会比THT波峰焊接时要大得多，因此，要特别注意监视钎料槽中钎料的杂质含量。SMA波峰焊接所采用的最高温度和焊接时间的选择原则是：除了要对焊缝提供热量外，还必须提供热量去加热元件，使其达到钎接温度。当使用较高的预热温度时，钎料槽的温度可以适当降低些，钎接时间可酌情延长些。例如在250℃时，单波峰的最长浸渍时间或双波峰中总的浸渍时间之和约为5 s，但在230℃时，则最长时间则可延至7.5 s。

2.3 PCB夹送速度与角度

在THT波峰焊接中，较好的角度大约是6°～7°。而SMA的波峰焊接面一般不如THT的波峰焊接面平整，这是导致拉尖、桥连、漏焊的一个潜在因素，因此SMA波峰焊接中夹送角度选择宜稍大。X厂的PCB夹送角度为8°。选择夹送速度必须使第二波峰有足够的浸渍时间，以使较大的元器件能够吸收到足够的热量，从而达到预期的钎接效果。

2.4 浸入深度

SMA波峰焊接中，第一波PCB板浸入波峰钎料的深度应比较深，以获得较大的压力克服阴影效应；通过喷口的时间要短，这样有利于剩余的助焊剂有足够的剂量供给第二波峰使用。

2.5 冷却

在SMA波峰焊接中，钎接后X厂采用2 min以上的缓慢冷却，这对减小因温度剧变所形成的应力、避免元器件损坏(特别是以陶瓷作基体或衬底的元器件的断裂现象)尤为重要。

3 波峰焊接设备调整

波峰焊接设备状态的调整是确保设备正常运行，最大限度发挥设备潜能的重要手段，也是确保波峰焊接质量的前提。根据需要实时校准机身、钎料喷嘴顶面宽度方向的水平；调整左右二侧夹持爪下端面与波峰喷嘴顶面等高；调整预热区的预热平面、助焊剂喷头的横向扫描轨迹与二侧夹持爪下端面等高。左右二侧夹持爪的夹持面保持平行，夹送链条的张力调整到合适程度。另外，实时关注波峰高度、波峰阔度、波峰的平整度与稳定性、以及助焊剂的均匀性。

4 结论

波峰焊接工艺是一个复杂而系统的工程，要想获得较好的焊接质量，各生产单位要根据自身的设备、电子产品反复调整工艺参数。定期抽样检查焊料，进行测定和化学分析；选用适合自己产品及工艺特点的焊剂；控制锡锅温度，不能让锡温波动很大；调整合适的链条传送速度，以保证最合适的预热与钎接时间；调整最佳的轨道倾角，控制好波峰高度等。

Optimized processing parameters of wave soldering

ZHANG Xin
(Military Representatives of the General Armament Department，Bareau of Chongqing，Chongqing 400060，China)

Wave soldering is mainly used in traditional through-hole cartridge PCB assembly process，as well as surface mount hole cartridge with oxidising components.Compared with manual welding，wave soldering welding with high efficiency，good quality and high reliability etc.As wave soldering process is a complicated system engineering，you should not only control such as coated weight of flux，preheating temperature and climbing angle of PCB，wave height，but also adjust processing parameters of wave soldering，in order to obtain good welding quality.

wave soldering；processing parameters；control

book=93,ebook=224

TG456.9

B

1001－2303(2010)10－0093－02

2009－05－18；

2009－11－26

张鑫(1977—)，男，四川广元人，工程师，主要从事电子可靠性工程的研究工作。