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常见问题

无铅波峰焊流程

发布时间:2015-08-26  新闻来源:

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无铅波峰焊焊料波的表面被层均匀的氧化皮覆盖,它在沿焊料波的整个长度方向上几乎都保持静态,在波峰焊接过程中,PCB接触到焊料波的前沿表面,氧化皮破裂,PCB前面的焊料波皲褶地推向前进,这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动。

PCB进入波峰面前端时,基板与引脚被加热,并在未离开波峰面前,整个PCB浸在焊料中,即被焊料所桥联,但在离开波峰尾端的瞬间,少量的焊料由于润湿力的作用,粘附在焊盘上,并由于表面张力的原因,会出现以引线为中心收缩小状态,此时焊料与焊盘间的润湿力大于两焊盘间的焊料的内聚力。因此会形成饱满、圆整的焊点,离开波峰尾部的多余焊料,由于重力的原因,回落到锡锅中。

 

无波峰焊接工艺流程视频讲解

   


无铅焊料氧化性

Sn-Pb合金焊料相比,高Sn含量的铅焊料在高温焊接中更容易氧化,从而在锡炉液面形成氧化物残渣(SnO2),影响焊接质量,同时也造成浪费。典型的锡渣结构是90%的可用金属在中心,外面包含10%的氧化物组成[6]。产生锡渣的原因有:

1)原始焊料的质量;

2)焊接温度;

3)波峰高度;

4)波峰的扰度。

温度升高,增加铅焊料的氧化性,高温下锡炉表面氧化物的厚度如下表示:

其中:k=k0exp(-B/T)

m= mass(kg)

A= area(m2)

k= growth coefficient

B= is a constant

T= absolute temperature(K)

相同条件下,锡的k值是Sn-Pb合金k值的两倍,而且铅焊料的焊接温度比Sn-Pb合金焊料的要高,故其具有更强的氧化率。为了防止铅焊料的氧化,解决办法是改善锡炉喷口,好的对策是加氮气保护。

改善锡炉喷口的结构,主要就是控制波峰的高度和扰度,减少铅焊料的氧化。氮气保护就是减小氧气的浓度,从氧化性的本质上减小铅焊料的氧化,其效果是显著的。随着O2浓度的降低,铅焊料的氧化量是明显减少的。当N2保护中O2的含量在50ppm或以下时,铅焊料基本上不产生氧化,N2流量为16m3/h是降低O2含量的临界值。


锡炉的腐蚀性

无铅波峰焊接PCB上的插装电子元器件,当采用铅焊料时,由于铅焊料的焊接温度比Sn-Pb合金焊料高约30-50℃,另外铅焊料中Sn的含量大幅度提高,般都在95%以上,造成了波峰焊时铅焊料对锡炉和喷口的腐蚀性加强。内般锡炉采用的材料是SUS304SUS316型不锈钢。实验表明,不锈钢材料在高温条件下6个月就被高Sn铅焊料明显腐蚀。容易受到腐蚀的是与流动焊料接触的部位,如泵的叶轮、输送管和喷口。

不锈钢具有防腐蚀性能的原因就是合金元素Cr的作用,对大多数材料包括普通的Sn-Pb焊料合金,不锈钢都具有很好的耐腐蚀性能。但对于高Sn铅焊料,高温下其在不锈钢表面具有良好的铺展能力,容易产生浸润现象,从而产生浸润腐蚀不锈钢。另外由于在波峰焊过程中,液态合金焊料是在不断流动的,冲刷与接触的表面,导致冲刷腐蚀,这就是为什么泵的叶轮、输送管和喷口处的腐蚀更为严重的原因。采用X射线化学分析仪对铅焊料腐蚀不锈钢的截面作成分分析。

铅焊料在不锈钢表面完全浸润,并与不锈钢基体间发生了相互扩散。这种扩散终导致不锈钢锡炉及其内部不锈钢结构件的腐蚀。

为了防止高Sn铅焊料对波峰焊设备的腐蚀作用,提高设备的使用寿命,对于铅波峰焊设备,锡炉里面的叶轮、输送管和喷口多采用以下材料:

1)钛及其合金结构;

2)表面渗氮不锈钢;

3)表面陶瓷喷涂不锈钢。

对于锡炉,多选用的材料为:

1)钛及其合金;

2)铸铁;

3)表面陶瓷喷涂不锈钢;

4)表面渗氮不锈钢。


锡炉温度

无铅波峰焊接温度并不等于锡炉温度,在线测试表明,般焊接温度要比锡炉温度低5℃左右,也就是250℃测量的润湿性能参数大致对应于255℃的锡炉温度。

实验研究表明,对于般的铅焊料合金,适当的锡炉温度为271℃。此时,Sn/AgSn/CuSn/Ag/Cu合金般存在小的湿润时间和大的湿润力。当采用不同的助焊剂时,铅焊料润湿性能佳的锡炉温度有所不同,但差别不是很大。对于采用低固免清洗助焊剂的波峰焊接过程。

无铅波峰焊锡炉的温度对焊接的质量影响很大。温度若偏低,焊锡波峰的流动性就变差,表面张力大,易造成虚焊和拉等焊接缺陷,失去波峰焊接所应具有的优越性。若温度偏高,有可能造成元器件受高温而损坏,同时温度偏高,亦会加速铅焊料的表面氧化。


波峰高度

波峰高度的升高和降低直接影响到波峰的平稳程度及波峰表面焊锡的流动性。适当的波峰高度可以保证PCB有良好的压锡深度,使焊点能充分与焊锡接触。平稳的波峰可使整块PCB在焊接时间内都能得到均匀的焊接。当波峰偏高时,表明泵内液态焊料的流速增大。

雷诺数值增大将使液态流体进行湍流(紊流)状态,易导致波峰不稳定,造成PCB漫锡,损坏PCB上的电子元器件。但对于波峰上PCB的压力增大,这有利于焊缝的填充。不过容易引起拉、桥连等焊接缺陷。波峰偏低时,泵内液态钎料流体流速低并为层流态,因而波峰跳动小,平稳。焊锡的流动性变差了,容易产生吃锡量不够,锡点不饱满等缺陷。波峰高度通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3,其焊点的外观和可靠性达到好。


浸锡时间

被无铅波峰焊表面浸入和退出熔化焊料波峰的速度,对润湿质量,焊点的均匀性和厚度影响很大。焊料被吸收到PCB焊盘通孔内,立即产生热交换。当印制板离开波峰时,放出潜热,焊料由液相变为固相。当锡炉温度在250-260℃左右,焊接温度就在245℃左右,焊接时间应在3-5秒左右。也就是说PCB某引线脚与波峰的接触时间为3-5秒,但由于室内温度的变化,助焊剂的性能和焊料的温度不同,接触时间有所不同。



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