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波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)

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波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)

目前PCBA通孔焊接最广泛使波峰焊工艺,也简称PTH和DIP,PTH是Plate Through Hole 的简称,多用于欧美系企业,意思为板子通孔制程。另一种称为DIP,其源于波峰焊制程中零件脚浸在锡波中从而达到焊接的目的,此称用于日系企业,业界内认识DIP=PTH。

波峰焊接是我们生产装配过程中的一道非常关键的工序,如常见的双面混装板。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图1)

一、常用主料辅料介绍

1、焊料

1)有铅锡条

成份:由锡和铅组成的共晶化合物,Sn:63%、Pb:37%;熔点:183C;

2)无铅锡条

成份:由锡、银和铜组成的合金化合物,Sn:96.5%、Ag:3.0%;Cu:0.5%熔点:217C;

2、助焊剂的成份和作用

1)成份

有机溶剂、松香树脂及其衍生物、合成树脂表面活性剂、有机酸活化剂、防腐蚀剂、助溶剂、成膜剂。

2)作用

去除被焊金属表面的氧化物;促使热从热源向焊接区传递;降低融熔焊料表面张力,增强润湿性;防止焊接时焊料和焊接面的再氧化。

二、波峰焊简介

波峰焊是针对于插件器件的一种焊接工艺,将熔融的液态焊料,借助于泵的作用,在焊料槽液面形成特定形状的焊料波,插装了元器件的PCB在传送链上经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而 实现焊点。

三、常见金属化通孔插件焊接工艺流程:成型→手工(机器)插件→波峰焊→补焊→清洗→分板→测试(ICT、FCT)→三防→包装。

四、元器件引脚成型

1)手工整形:直插件弯可以借助工具对引脚整形,如下图所示。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图2)

2)工装整形:将料盒里面的未成型的元件,手工放到自制成型工装上用力按下,形成所需要的插装形状。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图3)

3)机器剪脚并成型

根据元件的型号及加工后接受的标准调整机器,元器件的机器整形是用专用的整形机械来完成。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图4)

元件成型检验标准:元件的管脚插入PCB板后,漏出的管脚长度为20.5mm。IC的误差范围0.5mm。三极管检验标准插入PCB以后,漏出的管脚长度为0.8-1.6mm之间。

五、通孔插装技术

手工插装和机器自动插装

1、手工插件

按照SOP规定,将所要插的元件以PCB上丝印位置和插件规则,插在PCB板上的过程。

2、机器自动插装

通过编程的自动化机械设备将一些有规则的电子元器件自动标准地插装在印制电路板导电通孔内。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图5)

六、波峰焊简介

1、定义

波峰焊设备是指将熔化的软钎焊料,经电动泵喷流成设计要求的焊料波峰,使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰,实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊一种焊接设备。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图6)

2、主要部件构成

波峰焊机主要由传送带、加热器、锡槽、泵、助焊喷雾装置等组成。主要分为助焊剂添加区、预热区、焊接区、冷却区,如下图所示。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图7)

3、工作原理

波峰焊是采用波峰焊机一次完成印制上全部焊点的焊接.主要结构是一个温度能自动控制的熔锡缸,内装有机械泵和具有特殊结构的喷嘴.机械泵能根据焊接要求,连续不断地从喷嘴压出液态锡波,当印制板由传送机 以一定速度进入时,焊锡以波峰的形式不断地溢出至印制板面进行焊接.其运行流程为:焊前准备→涂焊剂→预热→波峰焊接→冷却

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图8)

4、有铅与无铅锡制程

设定之参数比较如下

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图9)

5、波峰形式

从銲料波峰形状的类型来看,这些装置 大致可分成两类单向波峰式和双向波峰式。

1)单向波峰式

从喷嘴波峰銲料从一个方向流出的结构,现在除空心波以外,其它单向波形在较新的机器上已不多见。

2)双向波峰式

从喷嘴内出来的銲料到达喷嘴顶部后,同时向前、后两个方向流动。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图10)

第一波峰(高波)是由狭窄的喷口喷出的波峰,流速快,对治具有影阴的焊接部位有较好的渗透性。同时,高波向上的喷射力可以使焊剂气体顺利排出,减少了漏焊及垂直填充不足的缺陷。

第二波峰(平波)是一个“平滑”波,焊锡流动速度慢,能有效去除端子上的过量焊锡,使所有的焊接面润湿良好,并能对第一波峰所造成的拉尖和桥接进行充分的修正。

6、波峰焊接温度曲线原理图

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图11)

7、波峰焊焊接过程

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图12)

1)喷涂助焊剂

电路板置以一定的倾角和传送速度送入波峰焊机内,然后被连续运转的链爪夹持,途径传感器感应,喷头沿着治具的起始位置来回匀速喷雾,使电路板的裸露焊盘表面、焊盘过孔以及元器件引脚表面均匀地涂敷 一层薄薄的助焊剂。

2)PCB板预加热

进入预热区域,PCB板焊接部位被加热到润湿温度,同时,由于元器件温度的升高,避免了浸入熔融焊料时受到大的热冲击。预热阶段,PCB表面的温度应在 75 ~ 110 ℃之间为宜。

3)温度补偿

进入温度补偿阶段,经补偿后的PCB板在进入波峰焊接中减小热冲击。

4)焊点的形成过程

当PCB进入波峰面前端处至尾端处时PCB焊盘与引脚全部浸在焊料中被焊料润湿,开始发生扩散反应,此时焊料是连成一片(桥连)的。当PCB离开波峰尾端的瞬间,由于焊盘和引脚表面与焊料之间金属间合金 层的结合力(润湿力),使各焊盘之间的焊料分开,并由于表面张力的作用使焊料以引脚为中心,收缩到最小状态,形成饱满、半月形焊点。

8、使用阻焊治具波峰焊接工艺技术

由于传统波峰焊接技术无法应对焊接面细间距、高密度贴片元件的焊接,因此使用屏蔽模具遮蔽贴片元件来实现对焊接面插装引线的波峰焊接应运而生。

1)PCBA使用阻焊治具波峰焊接技术的特点还是采用原来的锡炉,所不同的是板子需要放到过锡炉载具/托盘(carrier)之中,也就是我们常说的过炉阻焊治具。

2)屏蔽模具材料

制作模具必须防静电,常见材料为:铝合金,合成石,纤维板。使用合成石时为避免波峰焊传感器不感应,建议不要使用黑色合成石。选取5mm~8mm厚度的基材制作模具。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图13)

目前主要采用的方式:①金属铁块压件;②模具上安装压扣压件;③制作防浮高压件治具。

9、波峰焊品质缺陷

波峰焊接过程中基本上都是在PCB上来进行的,因此在PCB上焊接缺陷主要反映在虚焊、焊点轮廓不良、连焊、拉尖、空洞、暗色焊点或颗料状焊点等方面。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图14)

七、补焊

手工补焊:对经过波峰焊接以后,目视检查发现的不良缺陷并粘上不良标签的焊点进行修补,补焊后对其焊点进行检查并清洗。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图15)

八、清洗

其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。如堵孔胶,高温胶带的残胶,手印和灰尘等。

电路板清洗技术:1、水清洗技术;2、 半水清洗技术;3、 免清洗技术;4、 溶剂清洗技术。

电路板清洗材料:由于电路板通常有电子元器件,因此不适宜用水清洗,而应用专门的洗板水、碳氢溶剂洗板水或者水基型洗板水清洗。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图16)

九、分板

电路板分板:是利用专业设备对拼版电路板裁切、分割、分切单PCS电路板方式。1、手工分板带V割槽电路板;2、通过编程铣刀高速旋转分割线路板;3、V槽分板机分板(又分走刀式和走板式)。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图17)

十、单板测试

ICT英文全称为:IN Circuit Test即在线测试,,是经由量测电路板上所有零件,包括电阻、电容、电感、二极体、电晶体、FET、SCR、LED 和IC等, 检测出电路板产品的各种缺点诸如 : 线路短路、断路、缺件、错件、零件 不良或装配不良等, 并明确地指出缺点的所在位置,还可以用ICT给电路板料烧录程序。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图18)

FCT英文全称为:Functional Circuit Test即功能测试,一般专指PCBA上电后的功能测试,包括:电压、电流、功率、功率因素、频率、占空比、位置测定、LED亮度与颜色识别、LCD字符和颜色识别、声音识别、温度测量与 控制、压力测量与控制、精密微量运动控制、FLASH和EEPROM在线烧录等功能参数的测量。简单地说就是对电路板加载合适的激励和负载,测量其输出端响应是否满足设计要求。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图19)

十一、三防涂覆

三防涂覆工艺,在IPC-A-510D中称为( Conformal Coating)所谓“三防”,通常是指防湿热、防盐雾、防霉菌。

波峰焊工艺(一篇文章让你看懂波峰焊工艺流程)(图20)

从化学成分上分为三防漆、荧光三防漆;而从固化方式上,有溶剂型固 化,室温固化、热固化和紫外光固化等。

三防漆工艺有:喷涂工艺、刷涂工艺、淋涂工艺和浸涂工艺。

十二、包装出货

使用防静电气泡袋包装,再用泡棉包装,以防止受外力减少缓冲,泡棉多出电路板5cm以上,且使用胶纸固定包装,使用静电胶箱出货,产品中间增加隔板。胶箱叠放不可压到PCBA,胶箱内部干净,外箱标示清晰。

总结

要获得电路板最佳的焊接质量和满足用户的需求,必须控制焊接前、焊接中的每一工艺步骤,波峰焊接过程中出现的缺陷经常作为复合现象出现,要找出根本原因是有一定困难的。只有严格控制所有的参数、 时间/温度、焊料量、焊剂成分及传送速度等,及早查明起因,进行问题分析,采取应对措施,将影响质量的各种缺陷消灭在萌芽状态之中。才能保证生产出的产品都符合技术规范。

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