波峰焊接常見不良情況

波峰焊接是一種借助泵壓作用，使熔融的液態(tài)焊料表面形成特定形狀的焊料波，當插裝了元器件的裝聯(lián)組件以定角度通過焊料波時，在引腳焊區(qū)形成焊點的工藝技術。在波峰焊接過程中，可能會出現(xiàn)以下常見不良情況：

• 多錫（PTH焊料填充過度）：

• 元件焊端和引腳有過多的焊料包圍，潤濕角大于90°。產(chǎn)生原因包括焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度過大；PCB預熱溫度過低，焊接時元件與PCB吸熱，使實際焊接溫度降低；助焊劑的活性差或比重過?。缓副P、插裝孔或引腳可焊性差，不能充分浸潤，產(chǎn)生的氣泡裹在焊點中；焊料中錫的比例減少，或焊料中雜質(zhì)Cu的成份高，使焊料黏度增加、流動性變差；焊料殘渣太多等。

• 焊料填充不足（PTH焊料填充不足、白斑、拉尖、退潤濕和不潤濕等）：

• 插裝孔及導通孔焊料不飽滿，焊料未爬到元件面的焊盤上。可能是PCB預熱和焊接溫度過高，使焊料的黏度過低；插裝孔的孔徑過大，焊料從孔中流出；插裝元件細引線大焊盤，焊料被拉到焊盤上，使焊點干癟；金屬化孔質(zhì)量差或阻焊劑流入孔中；PCB爬坡角度偏小，不利于焊劑排氣等因素導致。

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• 焊點橋接或短路：

• PCB設計不合理，焊盤間距過窄；插裝元件引腳不規(guī)則或插裝歪斜，焊接前引腳之間已經(jīng)接近或已經(jīng)碰上；PCB預熱溫度過低，焊接時元件與PCB吸熱，使實際焊接溫度降低；焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度降低；阻焊劑活性差等原因可能造成這種不良情況。

• 潤濕不良、漏焊、虛焊：

• 元件焊端、引腳、印制板基板的焊盤氧化或污染，或PCB受潮；Chip元件端頭金屬電極附著力差或采用單層電極，在焊接溫度下產(chǎn)生脫帽現(xiàn)象；PCB設計不合理，波峰焊時陰影效應造成漏焊；PCB翹曲，使PCB翹起位置與波峰焊接觸不良；傳送帶兩側不平行（尤其使用PCB傳輸架時），使PCB與波峰接觸不平行；波峰不平滑，波峰兩側高度不平行（電磁泵波峰焊機的錫波噴口被氧化物堵塞時，波峰出現(xiàn)鋸齒形）容易造成漏焊、虛焊；助焊劑活性差，造成潤濕不良；PCB預熱溫度過高，使助焊劑碳化，失去活性，造成潤濕不良等。

• 焊點拉尖：

• PCB預熱溫度過低，使PCB與元器件溫度偏低，焊接時元件與PCB吸熱；焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度過大；電磁泵波峰焊機的波峰高度太高或引腳過長，使引腳底部不能與波峰接觸；助焊劑活性差；焊接元件引線直徑與插裝孔比例不正確，插裝孔過大，大焊盤吸熱量大等情況會導致焊點拉尖。

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• 板面臟污：

• 主要由于助焊劑固體含量高、涂敷量過多、預熱溫度過高或過低，或由于傳送帶爪太臟、焊料鍋中氧化物及錫渣過多等原因造成。

• PCB變形：

• 一般發(fā)生在大尺寸PCB，由于大尺寸PCB重量大或由于元器件布置不均勻造成重量不平衡。

• 掉片（丟片）：

• 貼片膠質(zhì)量差，或貼片膠固化溫度不正確，固化溫度過高或過低都會降低粘接強度，波峰焊接時經(jīng)不起高溫沖擊和波峰剪切力的作用，使貼裝元件掉在料鍋中。

• 電極氣泡：

• 在焊接過程中，電極附近出現(xiàn)氣泡?？赡茉虬ê副P上有焊通孔、元件附近的膠層不穩(wěn)定或飽和，或是波峰爐中的氣體未完全排除。

• 引腳損傷：

• 焊接引腳出現(xiàn)變形或損傷?？赡苁呛附舆^程中引腳受力過大、引腳與焊盤配合不合適或焊接溫度過高所致。

• 引腳偏移：

• 焊接引腳位置相對于焊盤中心有較大的偏離?？赡芤驗楹副P孔偏移、引腳與焊盤孔配合松動或使用不合適的焊接參數(shù)。

波峰焊接不良情況的改進措施

針對波峰焊接中的不良情況，可以采取以下改進措施：

• 優(yōu)化焊接參數(shù)：

• 軌道傾角對焊接效果有明顯影響，特別是在焊接高密度SMT器件時。當傾角太小時，較易出現(xiàn)橋接，特別是焊接中SMT器件的“遮蔽區(qū)”更易出現(xiàn)橋接；而傾角過大，雖然有利于橋接的消除，但焊點吃錫量太小，容易產(chǎn)生虛焊。軌道傾角應控制在5° - 7°之間。

• 波峰的高度會因焊接工作時間的推移而有一些變化，應在焊接過程中進行適當?shù)男拚?，以壓錫深度為PCB厚度的1/2 - 1/3為準。通過精確調(diào)整波峰高度和PCB通過的速度，可以保證焊錫均勻覆蓋焊盤，同時避免焊接橋連等問題。傳送帶速度過快或過慢都會影響焊接質(zhì)量，需要根據(jù)具體的焊接情況進行調(diào)整。

• 焊接溫度對焊接質(zhì)量影響顯著。溫度過低時，焊料的擴展率、潤濕性能變差，容易產(chǎn)生虛焊、拉尖、橋接等缺陷；溫度過高時，則加速了焊盤、元器件引腳及焊料的氧化，也易產(chǎn)生虛焊。一般焊接溫度應控制在250±5℃。同時，預熱溫度也很關鍵，預熱可以使助焊劑中的溶劑充分揮發(fā)，讓印制板在焊接前達到一定溫度，以免受到熱沖擊產(chǎn)生翹曲變形。通常預熱溫度控制在180 - 200℃，預熱時間1 - 3分鐘。

• 溫度控制：

• 波峰高度和速度：

• 軌道傾角：

• 提高PCB和元器件質(zhì)量：

• 元器件先到先用，不要存放在潮濕的環(huán)境中，不要超過規(guī)定的使用日期，以防止元件焊端、引腳氧化或污染。對于表面貼裝元器件，可選擇三層端頭結構的，其元件本體和焊端能經(jīng)受兩次以上的260℃波峰焊的溫度沖擊。對于引腳有損傷、變形或者與焊盤配合不合適的元器件要進行調(diào)整或更換，例如引腳偏移問題可能需要檢查焊盤孔位置、更換焊盤或調(diào)整焊接參數(shù)來解決。

• 在設計插件元件焊盤時，焊盤大小尺寸設計應合適。焊盤太大，焊料鋪展面積較大，形成的焊點不飽滿，而較小的焊盤銅箔表面張力太小，形成的焊點為不浸潤焊點?？讖脚c元件引線的配合間隙太大，容易虛焊，當孔徑比引線寬0.05 - 0.2mm，焊盤直徑為孔徑的2 - 2.5倍時，是焊接比較理想的條件。對于貼片元件焊盤設計，應考慮讓端或引腳正對著錫流的方向，以利于與錫流的接觸，減少虛焊和漏焊。同時，波峰焊接不適合于細間距QFO、PLCC、BGA和小間距SOP器件焊接，要波峰焊接的這一面盡量不要布置這類元件，較小的元件不應排在較大元件后，以免較大元件妨礙錫流與較小元件的焊盤接觸造成漏焊。另外，要確保PCB板的平整度，一般要求翹曲度要小于0.5mm，如果大于0.5mm要做平整處理，尤其是薄的印制板更要嚴格控制翹曲度，否則無法保證焊接質(zhì)量。

• 提高PCB板的加工質(zhì)量，如金屬化通孔的質(zhì)量等。如果出現(xiàn)金屬化孔質(zhì)量差或阻焊劑流入孔中的情況，可能導致焊料填充不足等問題，需要反映給PCB加工廠提高加工質(zhì)量。

• PCB設計與加工：

• 元器件質(zhì)量與管理：

• 助焊劑和焊料管理：

• 錫鉛焊料在高溫下（250℃）不斷氧化，使錫鍋中錫 - 鉛焊料含錫量不斷下降，偏離共晶點，導致流動性差，出現(xiàn)連焊、虛焊、焊點強度不夠等質(zhì)量問題。可采用添加氧化還原劑使已氧化的SnO還原為Sn，減小錫渣的產(chǎn)生；不斷除去浮渣；每次焊接前添加一定量的錫；采用含抗氧化磷的焊料；采用氮氣保護（讓氮氣把焊料與空氣隔絕開來，取代普通氣體，避免錫渣的產(chǎn)生，但這種方法要求對設備改型，并提供氮氣，目前最好的方法是在氮氣保護的氛圍下使用含磷的焊料，可將浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少、工藝控制最佳）等方法來保證焊料質(zhì)量。

• 助焊劑在焊接質(zhì)量的控制上舉足輕重，其作用包括除去焊接表面的氧化物、防止焊接時焊料和焊接表面再氧化、降低焊料的表面張力、有助于熱量傳遞到焊接區(qū)。目前，波峰焊接所采用的多為免清洗助焊劑。選擇助焊劑時要求熔點比焊料低、浸潤擴散速度比熔化焊料快、粘度和比重比焊料小、在常溫下貯存穩(wěn)定。如果助焊劑出現(xiàn)活性差等問題，需要更換焊劑或調(diào)整適當?shù)谋壤?。另外，助焊劑的涂敷量也要控制好，涂敷量過多可能導致板面臟污等問題，過少可能造成潤濕不良等情況。

• 助焊劑：

• 焊料：

• 設備維護與清潔：

• 保持波峰焊機的良好狀態(tài)，例如電磁泵波峰焊機的波峰噴口如果被氧化物堵塞時，會使波峰出現(xiàn)鋸齒形，容易造成漏焊、虛焊等問題，所以要定期清理波峰噴嘴。傳送帶爪如果太臟也可能造成板面臟污等不良情況，需要定期清潔。同時，每天結束工作時應清理焊料殘渣，防止殘渣過多影響焊接質(zhì)量。

波峰焊接不良案例分析

案例一：PCBA波峰焊接過程中出現(xiàn)吹孔、焊料不飽滿及虛焊案例

• 現(xiàn)象描述：某系統(tǒng)產(chǎn)品PCBA，在波峰焊接過程中多個元器件孔出現(xiàn)吹孔、焊料不飽滿及虛焊等缺陷。

• 問題定位：經(jīng)分析，排除了波峰焊接參數(shù)導致的影響，確認為PCB來料問題。對吹孔部位的切片觀察，發(fā)現(xiàn)焊接不良區(qū)域的焊點表面光亮，除有吹孔外，焊料對焊盤潤濕良好。進一步對有問題的PCBA吹孔處做切片分析，查看孔壁銅鍍層的厚度和孔壁鍍層表面的粗糙度。

• 機理分析：

• 對不良PTH孔壁鍍銅厚度（要求≥20μm）測試，結果在工藝要求范圍內(nèi)；對不良PTH孔壁粗糙度（要求≤25.4μm）測試，也在工藝要求范圍內(nèi)。

• 該板虛焊的插件孔的成品孔徑要求為0.4±0.08mm，實測成品孔徑為0.45mm，偏上限；測量元器件引腳的直徑為0.1mm，元器件引腳只占插件孔徑的22%；而業(yè)界一般控制元器件引腳直徑應占插件孔徑的30% - 50%，其焊料爬升條件最理想，該PCB插件孔的成品孔徑偏大，導致孔壁與元器件引腳之間的空隙較大，焊料爬升較困難，從而造成焊料不足。

• 觀察切片發(fā)現(xiàn)氣孔從孔壁處吹出，由于PCB受潮有殘留的水汽在孔內(nèi)，并且因元器件孔徑與孔壁的空隙大而焊接時間只有3 - 5s，在孔內(nèi)的氣泡不能及時散發(fā)出或殘留的氣泡吹出造成焊料不飽滿的現(xiàn)象。因設備原因?qū)е翽CB厚板藥水交換困難，除膠不凈使樹脂上吸附鈀效果不好，會有局部空洞，從而導致PTH孔壁銅層局部區(qū)域缺失形成空洞；沉銅缸HCH0含量偏低，導致整個銅缸的活性降低，沉積速率下降，引起PCB背光不良；未按工藝要求操作，沒有隔齒插架，造成背光不良；PCB受潮，殘留在孔內(nèi)的氣泡不能及時散發(fā)出或形成的氣泡吹出造成焊料不飽滿。

• 此款PCB為6月24日l#線生產(chǎn)，PCB的厚度為2.4mm，縱橫為6.58，工藝文件要求沉銅時采用隔齒插架或兩次沉銅方式生產(chǎn)，但實際只進行了一次沉銅并未隔齒插架，違反工藝文件要求。

• 生產(chǎn)當日壞機記錄發(fā)現(xiàn)上午8:30活化缸振動裝置已壞，除膠缸振動裝置松動，造成PCB的PTH孔中鈀吸附不良，在沉銅時因孔中局部缺鈀而形成空洞。

• 生產(chǎn)當日藥水化驗記錄，早上9:00時HCH0只有4.5g/l（要求為8g/l），上午11:00時HCH0只有5.64g/l，HCH0含量過低會影響背光，并且未對不合格藥水所生產(chǎn)的板進行追蹤。

• 生產(chǎn)當日背光記錄，1#線背光按正常流程進行（2h做一次背光），對出問題的PCB板工藝要求隔齒插架并檢查背光，而生產(chǎn)時此板未做背光。

• PTH生產(chǎn)相關問題：

• 孔壁相關分析：

• 解決措施：

• 插件孔鉆孔時的孔徑補償由原來的0.15mm改為0.10mm，以改善因孔大而元器件引腳小使間隙過大所帶來的負面影響。

• 為防止PCB受潮，應在140℃下烘烤2h，每疊不超過40pcs。

• 倉庫存放區(qū)域應進行溫度、濕度管控，要求溫度≤30℃，濕度≤75%。出貨前檢查濕度指示卡有無變色至20%以上（PCB受潮）。

案例二：波峰焊LED燈一腳透錫，一腳不透錫案例

• 現(xiàn)象描述：波峰焊LED燈出現(xiàn)一腳透錫，一腳不透錫的情況。

• 分析手段：運用金相切片分析的手段，研究焊接工藝過程和問題原因。

• 可能原因推測：

• 引腳與焊盤的可焊性差異，可能其中一個引腳表面存在輕微氧化或者污染，影響了焊料的潤濕和爬升。

• PCB設計方面，如引腳對應的焊盤在熱傳導或者焊料流動路徑上存在差異，例如其中一個焊盤周圍有阻礙焊料流動的線路布局或者阻焊層設計不合理。

• 焊接過程中，波峰的不均勻性，可能導致兩個引腳接觸到的焊料波的狀態(tài)不同，例如波峰高度、溫度或者流速在兩個引腳位置存在差異。

案例三：由PCB變形導致的波峰焊接不良

• 現(xiàn)象描述：在大尺寸PCB的波峰焊接中，出現(xiàn)焊接不良情況，如部分區(qū)域漏焊、虛焊等。

• 原因分析：

• 大尺寸PCB由于重量大或者元器件布置不均勻造成重量不平衡，從而導致PCB變形（翹曲）。當PCB翹曲度超出一定范圍（一般要求小于0.5 - 1.0%）時，會使PCB翹起位置與波峰焊接觸不良，影響焊料與焊盤、引腳的充分接觸，進而導致焊接不良。

• 解決措施：

• 在PCB設計時盡量使元器件分布均勻，在大尺寸PCB中間設計工藝邊以增強其平整度。如果已經(jīng)出現(xiàn)變形，可以采用一些物理方法進行校正，如使用夾具固定或者進行加熱整形等，使翹曲度達到波峰焊接的要求范圍。

波峰焊接質(zhì)量提升方法

一、焊接前的質(zhì)量控制

（一）PCB板質(zhì)量控制

• 設計優(yōu)化：

• 在設計插件元件焊盤時，要確保孔徑與元件引線的配合間隙合適，一般當孔徑比引線寬0.05 - 0.2mm，焊盤直徑為孔徑的2 - 2.5倍時，焊接條件較為理想。對于貼片元件焊盤，應考慮其布局方向，盡量讓端或引腳正對著錫流的方向，以減少虛焊和漏焊。同時，避免在波峰焊接面布置不適合波峰焊的細間距QFO、PLCC、BGA和小間距SOP器件，還要注意元件排列順序，較小的元件不應排在較大元件后，防止較大元件妨礙錫流與較小元件的焊盤接觸造成漏焊。

• 合理設計PCB板的布局，對于大尺寸PCB，要注意元器件分布均勻，避免因重量不平衡導致PCB變形?？梢栽诖蟪叽鏟CB中間設計工藝邊，提高PCB的平整度和穩(wěn)定性，有助于波峰焊接時與焊料波的良好接觸，保證焊接質(zhì)量。

• 平整度控制：

• 波峰焊接對印制板的平整度要求很高，一般要求翹曲度要小于0.5mm，如果大于0.5mm要做平整處理。尤其是厚度較薄（如1.5mm左右）的印制板，其翹曲度要求更嚴格，否則無法保證焊接質(zhì)量。對于已經(jīng)變形的PCB，可以采用物理方法如夾具固定、加熱整形等方式進行校正，使其達到波峰焊接的要求。

• 清潔與保存：

• 在焊接

波峰焊過爐治具清洗劑W4000H介紹：

波峰焊過爐治具清洗劑W4000H是一款新型的水基清洗劑，采用合明科技專利技術研發(fā)，用于清洗焊接治具、夾具、旋風分離器和冷凝管上被烘焙的助焊劑、松香、油污等頑固殘留物質(zhì)。該產(chǎn)品攻克了堿性清洗劑對鋁合金治具等敏感材料不兼容的行業(yè)難題，對鋁合金、合成石、玻纖材料等均具有優(yōu)良的材料兼容性。因其清洗力強、材料兼容性好、不含鹵素、氣味小、無泡沫等優(yōu)點，可同時適用于超聲波、噴淋、浸泡和手工刷洗等多種清洗工藝，且使用壽命是傳統(tǒng)表面活性劑型清洗劑的3-10倍。

波峰焊過爐治具清洗劑W4000H的產(chǎn)品特點：

1、適用于超聲波、噴淋、浸泡和手工刷洗等多種清洗工藝。

2、不含鹵素、氣味小、無泡沫，使用安全。

3、使用壽命是傳統(tǒng)表面活性劑型清洗劑的3-10倍，大幅度降低了使用成本。

4、超強的清洗力能夠完全清除所有類型的錫膏和助焊劑殘留物,且清洗過程中不易起泡。

5、對黃銅，玻璃，陶瓷，橡膠，塑料，鋼，復合材料，鑄鐵、鋁合金等敏感材料具安全兼容性。

6、清洗非頑固污垢時，可將清洗劑用DI水稀釋1倍后使用，同樣能達到很好的清洗效果。

波峰焊過爐治具清洗劑W4000H的適用工藝：

W4000H適用于超聲波清洗工藝、噴淋清洗工藝、手工刷洗和浸泡等清洗方式。

波峰焊過爐治具清洗劑W4000H的產(chǎn)品應用：

W4000H水基清洗劑可清洗焊接治具、夾具、旋風分離器和冷凝管上被烘焙的助焊劑、松香、油污等頑固殘留物質(zhì)，對各種類型的助焊劑和錫膏殘留都有非常好的溶解性。