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自动焊接设备
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锡炉（焊锡机）的种类、结构、各部位的作用
按锡炉的结构来分，常见的有以下几种手浸锡炉手浸喷流锡炉自动浸锡炉高波峰锡炉单波峰锡炉双波峰锡炉单波、浸一体锡炉
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有关焊接设备的选择
一、DIP工艺--曲线分析1、润湿时间:指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间。2、停留时间:PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰面的时间,停留/焊接时间的计算方式是﹕停留/焊接时间=波峰宽/速度3、预热温度:预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度(见右表)4、焊接温度
焊接温度是非常重要的焊接参数﹐通常高于焊料熔点(183°C)50°C ~60°C大多数情况是指焊锡炉的温度实际运行时﹐所焊接的PCB焊点温度要低于炉温﹐这是因为PCB吸热的结果。
SMA类型 元器件 预热温度单面板组件 通孔器件与混装 90~100双面板组件 通孔器件 100~110双面板组件 混装 100~110多层板 通孔器件 15~125多层板 混装 115~125
二、波峰焊问题波峰面：波的表面均被一层氧化皮覆盖﹐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接触到锡波的前沿表面﹐氧化皮破裂﹐PCB前面的锡波无皲褶地被推向前进﹐这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动波峰焊机。
焊点成型：当PCB进入波峰面前端(A)时﹐基板与引脚被加热﹐并在未离开波峰面(B)之前﹐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至最小状态﹐此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力。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。防止桥联的发生。
三、工艺参数调节1、波峰高度:波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃锡高度。其数值通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3,过大会导致熔融的焊料流到PCB的表面﹐形成“桥连”2、传送倾角:波峰焊机在安装时除了使机器水平外﹐还应调节传送装置的倾角﹐通过倾角的调节﹐可以调控PCB与波峰面的焊接时间﹐适当的倾角﹐会有助于焊料液与PCB更快的剥离﹐使之返回锡锅内3、热风刀:所谓热风刀﹐是SMA刚离开焊接波峰后﹐在SMA的下方放置一个窄长的带开口的“腔体”﹐窄长的腔体能吹出热气流﹐尤如刀状﹐故称“热风刀”4、焊料纯度的影响:波峰焊接过程中﹐焊料的杂质主要是来源于PCB上焊盘的铜浸析﹐过量的铜会导致焊接缺陷增多5、助焊剂6、工艺参数的协调:波峰焊机的工艺参数带速﹐预热时间﹐焊接时间和倾角之间需要互相协调﹐反复调整。
2、局部沾锡不良：此一情形与沾锡不良相似,不同的是局部沾锡不良不会露出铜箔面,只有薄薄的一层锡无法形成饱满的焊点.
3、冷焊或焊点不亮：焊点看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊锡正要冷却形成焊点时振动而造成,注意锡炉输送是否有异常振动.
4、焊点破裂：此一情形通常是焊锡,基板,导通孔,及零件脚之间膨胀系数,未配合而造成,应在基板材质,零件材料及设计上去改善.
5、焊点锡量太大：通常在评定一个焊点,希望能又大又圆又胖的焊点,但事实上过大的焊点对导电性及抗拉强度未必有所帮助.(1)锡炉输送角度不正确会造成焊点过大,倾斜角度由1到7度依基板设计方式?#123;整,一般角度约3.5度角,角度越大沾锡越薄角度越小沾锡越厚.(2)提高锡槽温度,加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽.(3)提高预热温度,可减少基板沾锡所需热量,曾加助焊效果.(4)改变助焊剂比重,略为降低助焊剂比重,通常比重越高吃锡越厚也越易短路,比重越低吃锡越薄但越易造成锡桥,锡尖.
8、白色残留物：在焊接或溶剂清洗过后发现有白色残留物在基板上,通常是松香的残留物,这类物质不会影响表面电阻质,但客户不接受.(1)助焊剂通常是此问题主要原因,有时改用另一种助焊剂即可改善,松香类助焊剂常在清洗时产生白班,此时最好的方式是寻求助焊剂供货商的协助,产品是他们供应他们较专业.(2)基板制作过程中残留杂质,在长期储存下亦会产生白斑,可用助焊剂或溶剂清洗即可.(3)不正确的CURING亦会造成白班,通常是某一批量单独产生,应及时回馈基板供货商并使用助焊剂或溶剂清洗即可.(4)厂内使用之助焊剂与基板氧化保护层不兼容,均发生在新的基板供货商,或更改助焊剂厂牌时发生,应请供货商协助.(5).因基板制程中所使用之溶剂使基板材质变化,尤其是在镀镍过程中的溶液常会造成此问题,建议储存时间越短越好.(6)助焊剂使用过久老化,暴露在空气中吸收水气劣化,建议更新助焊剂(通常发泡式助焊剂应每周更新,浸泡式助焊剂每两周更新,喷雾式每月更新即可).(7)使用松香型助焊剂,过完焊锡炉候停放时间太九才清洗,导致引起白班,尽量缩短焊锡与清洗的时间即可改善.(8)清洗基板的溶剂水分含量过高,降低清洗能力并产生白班.应更新溶剂.
9、深色残余物及浸蚀痕迹：通常黑色残余物均发生在焊点的底部或顶端,此问题通常是不正确的使用助焊剂或清洗造成.(1)松香型助焊剂焊接后未立即清洗,留下黑褐色残留物,尽量提前清洗即可.(2)酸性助焊剂留在焊点上造成黑色腐蚀颜色,且无法清洗,此现象在手焊中常发现,改用较弱之助焊剂并尽快清洗.(3)有机类助焊剂在较高温度下烧焦而产生黑班,确认锡槽温度,改用较可耐高温的助焊剂即可.
10、绿色残留物：绿色通常是腐蚀造成,特别是电子产品但是并非完全如此,因为很难分辨到底是绿锈或是其它化学产品,但通常来说发现绿色物质应为警讯,必须立刻查明原因,尤其是此种绿色物质会越来越大,应非常注意,通常可用清洗来改善.(1)腐蚀的问题:通常发生在裸铜面或含铜合金上,使用非松香性助焊剂,这种腐蚀物质内含铜离子因此呈绿色,当发现此绿色腐蚀物,即可证明是在使用非松香助焊剂后未正确清洗.(2)COPPER ABIETATES是氧化铜与ABIETIC ACID (松香主要成分)的化合物,此一物质是绿色但绝不是腐蚀物且具有高绝缘性,不影影响品质但客户不会同意应清洗.(3)PRESULFATE的残余物或基板制作上类似残余物,在焊锡后会产生绿色残余物,应要求基板制作厂在基板制作清洗后再做清洁度测试,以确保基板清洁度的品质.
11、白色腐蚀物:第八项谈的是白色残留物是指基板上白色残留物,而本项目谈的是零件脚及金属上的白色腐蚀物,尤其是含铅成分较多的金属上较易生成此类残余物,主要是因为氯离子易与铅形成氯化铅,再与二氧化碳形成碳酸铅(白色腐蚀物).在使用松香类助焊剂时,因松香不溶于水会将含氯活性剂包着不致腐蚀,但如使用不当溶剂,只能清洗松香无法去除含氯离子,如此一来反而加速腐蚀.
12、针孔及气孔：针孔与气孔之区别,针孔是在焊点上发现一小孔,气孔则是焊点上较大孔可看到内部,针孔内部通常是空的,气孔则是内部空气完全喷出而造成之大孔,其形成原因是焊锡在气体尚未完全排除即已凝固,而形成此问题.(1)有机污染物:基板与零件脚都可能产生气体而造成针孔或气孔,其污染源可能来自自动植件机或储存状况不佳造成,此问题较为简单只要用溶剂清洗即可,但如发现污染物为SILICONOIL因其不容易被溶剂清洗,故在制程中应考虑其它代用品.(2)基板有湿气:如使用较便宜的基板材质,或使用较粗糙的钻孔方式,在贯孔处容易吸收湿气,焊锡过程中受到高热蒸发出来而造成,解决方法是放在烤箱中120℃烤二小时.(3)电镀溶液中的光亮剂:使用大量光亮剂电镀时,光亮剂常与金同时沉积,遇到高温则挥发而造成,特别是镀金时,改用含光亮剂较少的电镀液,当然这要回馈到供货商.
13、TRAPPED OIL:氧化防止油被打入锡槽内经喷流涌出而机污染基板,此问题应为锡槽焊锡液面过低,锡槽内追加焊锡即可改善.
14、焊点灰暗：此现象分为二种(1)焊锡过后一段时间,(约半载至一年)焊点颜色转暗.(2)经制造出来的成品焊点即是灰暗的.(1)焊锡内杂质:必须每三个月定期检验焊锡内的金属成分.(2)助焊剂在热的表面上亦会产生某种程度的灰暗色,如RA及有机酸类助焊剂留在焊点上过久也会造成轻微的腐蚀而呈灰暗色,在焊接后立刻清洗应可改善.某些无机酸类的助焊剂会造成ZINC OXYCHLORIDE可用1%的盐酸清洗再水洗.(3)在焊锡合金中,锡含量低者(如40/60焊锡)焊点亦较灰暗.
15、焊点表面粗糙:焊点表面呈砂状突出表面,而焊点整体形状不改变.(1)金属杂质的结晶:必须每三个月定期检验焊锡内的金属成分.(2)锡渣:锡渣被PUMP打入锡槽内经喷流涌出因锡内含有锡渣而使焊点表面有砂状突出,应为锡槽焊锡液面过低,锡槽内追加焊锡并应清理锡槽及PUMP即可改善.(3)外来物质:如毛边,绝缘材等藏在零件脚,亦会产生粗糙表面.
16、黄色焊点：系因焊锡温度过高造成,立即查看锡温及温控器是否故障.
17、短路：过大的焊点造成两焊点相接.(1)基板吃锡时间不够,预热不足调整锡炉即可.(2)助焊剂不良:助焊剂比重不当,劣化等.(3)基板进行方向与锡波配合不良,更改吃锡方向.(4)线路设计不良:线路或接点间太过接近(应有0.6mm以上间距);如为排列式焊点或IC,则应考虑盗锡焊垫,或使用文字白漆予以区隔,此时之白漆厚度需为2倍焊垫(金道)厚度以上.(5)被污染的锡或积聚过多的氧化物被PUMP带上造成短路应清理锡炉或更进一步全部更新锡槽内的焊锡.
后焊是SMT贴片加工之后的一道工序(特殊个例除外：只有插件的PCB板)，其加工流程如下：
2、贴高温胶纸，进板→贴高温胶纸，对镀锡通孔及必须在后焊的元器件进行封堵;
3、DIP插件加工工作人员需带静电环，防止发生静电，根据元器件BOM清单及元器件位号图进行插件，插件时要仔细认真，不能差错、插漏;
4、对于插装好的元器件，要进行检查，主要检查元器件是否插错、漏插;
5、对于插件无问题的PCB板，下一环节就是波峰焊接，通过波峰焊机进行全方位自动焊接处理、牢固元器件;
6、拆除高温胶纸，然后进行检查，在这一环节主要是目检，通过肉眼观察焊接好的PCB板是否焊接完好;
7、对于检查出未焊接完整的PCB板要进行补焊，进行维修，以防出现问题;
8、后焊，这是针对特别要求的元器件而设定的工序，因为有的元器件根据工艺和物料的自身限制不能直接通过波峰焊机进行焊接，需要通过手工完成;
9、对于所有元器件都焊接完成之后的PCB板要进行功能测试，测试各功能是否正常，如果检查出功能缺陷，要进行维修再测试处理。
DIP插件后焊工序和SMT贴片工序一样重要，DIP插件专设一个车间，无铅和有铅生产线分开，质量控制部门严格把控，杜绝瑕疵品上市。波峰焊是现代电子制造重要工艺之一，虽然它一直受到SMT技术的冲击，但还是有相当多的电子元器件无法完全采用SMT封装技术替代，如高可靠性要求的插拔连接器，一些大功率电解电容等。因此波峰焊还会在电子制造领域发挥重要作用。
那么波峰焊焊接制程有哪些不良？原因是什么？又如何改善呢？
焊接过程是一个热加工过程，一个优良的焊接效果，需要考虑焊料配方、助焊剂、元件和PCB的匹配、工装设计及过程控制参数等。一个不好的结果可能有多个原因，本文就一些常见的焊接不良、产生原因进行分析，并提出改善建议。
波峰焊常见不良如下：
常见波峰焊不良
多锡
PTH焊料填充不足
白斑
拉尖
退润湿和不润湿
板子变形
连锡
焊点空洞
溢锡
锡球
吹孔或针孔
冷焊
漏焊
助焊剂残留
多锡
如果多锡不良是整板批量性的，首先检查的是温度因素。预热温度和熔锡温度过低都会使得熔锡的粘度高而造成多锡不良。建议重新优化焊接温度曲线。
锡炉里的铜含量过高也会使得锡炉里的熔锡粘度升高，造成多锡不良。建议要定期检测熔锡的铜含量，保证铜的含量在可控的范围内。
如果设备参数正常，就要考虑PCB的可焊性问题。焊盘和焊接孔过分氧化和污染等因素使得其可焊性极差，造成熔锡无法充分润湿焊接表面，只能形成包裹状。这种情况建议对PCB进行可焊性分析，如需要可增加SEM和EDX检测，最终督促板厂改善制程提高PCB板质量和运输保护。
助焊剂活性降低也有可能造成此不良，因为活性低的助焊剂已经不能发挥其助焊的作用，此时建议更换助焊剂。
多锡有时会集中发生在同一个元件。此种情况往往是元件的可焊性差造成。建议对元件进行可焊性分析，如有必要将元件退回厂家并督促厂家提高物料质量和运输保护。
多锡集中在同一类元件，也有可能是因为PCB设计中没有使用花盘式的隔热设计，尤其是对于直接与多个接地层/电源层连接的焊接孔。因为无隔热设计加速了焊接过程中的热量损失，造成焊接温度低，最终导致熔锡无法润湿爬升，反而在焊盘位置堆积，形成多锡不良。
拉尖
拉尖跟温度有很大的直接关系，预热温度低，熔锡温度低都会使得过波峰后由于温度不足，熔锡无法有效收缩。熔锡温度低同时增加了熔锡的粘度，加剧了拉尖的形成。建议重新设置测量温度曲线。
助焊剂也和拉尖有很大的关系。当助焊剂的活性不够或者浓度下降时，助焊剂就无法胜任去氧化和降低表面张力的作用，使得熔锡离开锡炉时无法有效收缩。增大助焊剂浓度、活性和喷涂量，增加助焊剂的喷涂压力改善它的穿透力都有助于拉尖的消除。
当链速过快时，多余的焊料也有可能来不及被拉回到锡炉，造成拉尖。
个别由于焊接脚穿出过长造成的拉尖，就要将焊接脚剪短。建议焊接脚穿出（L）不要大于2mm。
连锡
连锡的预防要从源头-设计-开始，所以DFM分析尤为重要。如选用pitch不小于2mm的PTH元件，焊接脚穿出不要超出2mm，铜环的间距不要小于0.5mm，铜环间增加白油，元件长度方向与板在轨道的运行方向一致，等等。
如果元件的pitch过小，铜环的间距过小，建议将焊接脚穿出剪小到0.5mm，同时在托盘适当位置增加拖锡片（钛合金，马口铁镀镍），以降低连锡的的风险。
熔锡温度低，熔锡的流动性就差，会造成连锡；预热温度低，带来焊接时温度不足，也会造成连锡。所以，适当提高温度，有助于改善连锡不良。
链速要适当。链速过低可能加速flux的消耗，使得焊料的润湿下降，造成连锡。
更换活性更强的助焊剂有助于减少连锡，因为活性强的助焊剂可以增加润湿性。
锡球
首先对PCB板进行适当烘烤，排除湿气。过波峰时，水气会造成锡溅，进而产生锡球不良。
助焊剂过多或预热温度偏低可能导致溶剂或水分不能完全蒸发，过波峰的时候会有溅锡的现象而导致锡珠的产生。建议减少助焊剂的喷涂量，升高预热温度。
冷焊
此类不良通常是因为热量不足使得焊接时间短，造成焊点灰暗。适当增加焊接时间、调高预热温度和熔锡温度有助于不良的改善。
如果焊点看似碎裂、不平,大部分原因是元件在焊锡正要冷却形成焊点时振动而造成,这种情况下要注意链爪是否有异常振动。
焊接面氧化或者污染也会导致冷焊，需要严控来料储存和移动中的保护。
助焊剂残留
减少助焊剂的喷涂量或者适当提高预热温度，增大助焊剂的消耗，可以减少助焊剂残留。
助焊剂中松香树脂固体含量过多或是品质不好很容易容易造成残留过多，要根据产品更换助焊剂。
适当增加焊接时间以增大助焊剂的消耗，也可以减少助焊剂的残留。
白斑
因为此缺陷与热应力有关，因此，适当提高预热温度，降低焊接温度，减少焊接时间，从总体上降低PCB板材受到的热冲击，以降低白斑产生的风险。
低Tg的PCB用于无铅制程，也可能会导致白斑的产生。因为低Tg的PCB往往无法承受无铅制程的高温冲击，发生局部分层形成白斑。建议无铅制程的PCB的Tg要不小于150度。
铺铜不平衡也是白斑产生的原因之一。铺铜不平衡，使得PCB各部CTE不同，受热膨胀不平衡而产生白斑不良。因此，在PCB的DFM阶段要做好铺铜平衡处理。
板子变形
铺铜不平衡也是变形产生的原因之一。铺铜不平衡，使得PCB热涨时的CTE不平衡，从而产生变形。因此，在PCB的DFM阶段要做好铺铜平衡处理。
焊接温度过高，时间过长也可能造成板子变形。因为高温时间长都增加了PCB的热变形量，也就加大了变形的风险。适当降低熔锡温度，增加链速，有助于减少板子的变形。
由于波峰焊的特点使得焊接面和非焊接面存在一定的温差，PCB的变形无法避免。夹具的设计对于PCB的变形却有很大的改善，如适当增加压条，保持PCB与托盘内腔壁0.5mm的间隙，增加带弹簧杆的压盖等以补偿或引导PCB的热涨冷缩。
溢锡
锡波过高是产生此不良的重要原因。锡波高意味着熔锡对PCB板的压力大，流体形态的熔锡就可能通过焊接孔涌到PCB的非焊接面，造成溢锡。一般锡波位于PCB厚度方向的1/2 - 2/3处为宜，实际的高度需要根据具体产品设置。
托盘磨损也有可能造成溢锡，因为托盘磨损过大造成托盘过炉时沉锡过低，造成PCB吃锡深度变大。所以要及时报废磨损无法使用的夹具，也可在托盘与导轨接触的部位增加不锈钢块以减少托盘的磨损。