波峰炉的工艺参数及常见问题分析

波峰炉的工艺参数

及常见问题的对策

波峰炉的工艺参数众多且复杂，各个参数之间相互影响制约。在工艺方面，助焊剂使用方式包含发泡、喷雾、喷射等，不同方式有不同注意事项，如发泡要注意稀释剂添加，喷雾要选合适助焊剂并调整喷雾量，喷射因多种弊端使用不多；锡波形态分单波峰和双波峰，适用于不同的PCB类型。相关参数方面，预热温度、锡炉温度、链条倾角、风刀角度、锡液杂质含量等都有各自的合理范围和影响因素。例如预热温度受PCB板厚度、走板速度、预热区长度影响；锡炉温度使用63/37锡条时应在245 - 255°C为宜；链条倾角要保证PCB过锡时的良好状态；风刀角度影响助焊剂在PCB上的涂布；锡液杂质含量过高会严重影响焊接效果。而在波峰炉使用常见问题对策上，针对焊点不饱满、短路等多种问题，要从锡液温度、PCB预热温度、助焊剂涂布与活性、链条工作状态、锡液杂质含量、助焊剂选择等多方面进行检查调整。同时，出现焊接不良不能只归咎于焊料，要从多方面综合分析，客户与供应商应积极配合协查。

  一、工艺方面：

工艺方面主要从助焊剂在波峰炉中的使用方式，以及波峰炉的锡波形态这两个方面作探讨；

 1、在波峰炉中助焊剂的使用工艺一般来讲有以下几种：发泡、喷雾、喷射等；

    A、当使用“发泡”工艺时，应该注意的是助焊剂中稀释剂添加的问题，因为助焊剂在使用过程中容易挥发，易造成助焊剂浓度的升高，如果不能及时添加适量的稀释剂，将会影响焊接效果及PCB板面光洁程度；

    B、如果使用“喷雾”工艺，则不需添加或添加很少量的稀释剂，因为密封的喷雾罐能够有效地防止助焊剂的挥发，只需根据需要调整喷雾量即可；并要选择固含较低的最好不含松香树脂成份的，适合喷雾用的助焊剂；

C、因为“喷射”时易造成助焊剂的涂布不均匀，且易造成原材料的浪费等原因，目前使用喷射工艺的已不多。

 2、锡波形态主要分为单波峰和双波峰两种：

A.、单波峰：指锡液喷起时只形成一个波峰，一般在过一次锡或只有插装件的PCB时所用；

<！--[if gte vml 1]> <！--[endif]-->B、双波峰：如果PCB上既有插装件又有贴片元器件，这时多用双波峰，因为两个波峰对焊点的作用较大，第一个波峰较高，它的主要作用是焊接；第二个波峰相对较平，它主要是对焊点进行整形；如下图所示：

二、相关参数：

波峰炉在使用过程中的常见参数主要有以下几个：

    1、预热：

    A、“预热温度”一般设定在90⁰C-110⁰C，这里所讲“温度”是指预热后PCB板焊接面的实际受热温度，而不是“表显”温度；如果预热温度达不到要求，则易出现焊后残留多、易产生锡珠、拉锡尖等现象；

    B、影响预热温度的有以下几个因素，即：PCB板的厚度、走板速度、预热区长度等；

B₁、PCB的厚度，关系到PCB受热时吸热及热传导的这样一系列的问题，如果PCB较薄时，则容易受热并使PCB“零件面”较快升温，如果有不耐热冲击的部件，则应适当调低预热温度；如果PCB较厚，“焊接面”吸热后，并不会迅速传导给“零件面”，此类板能经过较高预热温度；（关于零件面和焊接面的定义请参考以下示意图）

（零件面温度在预热区最大80⁰C）

B₂、走板速度：一般情况下，我们建议客户把走板速度定在1.1-1.2米/分钟这样一个速度，但这不是绝对值；如果要改变走板速度，通常都应以改变预热温度作配合；比如：要将走板速度加快，那么为了保证PCB焊接面的预热温度能够达到预定值，就应当把预热温度适当提高；

      B₃、预热区长度：预热区的长度影响预热温度，这是较易理解的一个问题，我们在调试不同的波峰焊机时，应考虑到这一点对预热的影响；预热区较长时，温度可调的较接近想要得到的板面实际温度；如果预热区较短，则应相应的提高其预定温度。

   2、锡炉温度：以使用63/37的锡条为例，一般来讲此时的锡液温度应调在245至255⁰C为合适，尽量不要在超过260⁰C，因为新的锡液在260⁰C以上的温度时将会加快其氧化物的产生量，有图如下表示锡液温度与锡渣产生量的关系，仅供参考：

<！--[if gte vml 1]> <！--[endif]-->

基于以上参数所定的波峰炉工作曲线图如下：<！--[if gte vml 1]><！--[endif]-->  <！--[if gte vml 1]> <！--[endif]-->

注：以上曲线为我公司焊料产品的实验监测图，考虑到所有客户的工艺、设备、PCB板材等各种状况的差异，使用时请审慎参考！

3、链条（或称输送带）的倾角：

A.、这一倾角指的是链条（或PCB板面）与锡液平面的角度； 

B、当PCB板走过锡液平面时，应保证PCB零件面与锡液平面只有一个切点；而不能有一个较大的接触面；

C、当没有倾角或倾角过小时，易造成焊点拉尖、沾锡太多、连焊多等现象的出现；当倾角过大时，很明显易造成焊点的吃锡不良甚至不能上锡等现象。

4、风刀：

在波峰炉使用中，“风刀”的主要作用是吹去PCB板面多余的助焊剂，并使助焊剂在PCB零件面均匀涂布；一般情况下，风刀的倾角应在10⁰左右；如果“风刀”角度调整的不合理，会造成PCB表面焊剂过多，或涂布不均匀，不但在过预热区时易滴在发热管上，影响发热管的寿命，而且会影响焊完后PCB表面光洁度，甚至可能会造成部分元件的上锡不良等状况的出现。参考下图：

<！--[if gte vml 1]> <！--[endif]-->

图一，喷雾式波峰焊机的风刀工作状态示意图

图二，发泡式波峰焊机的风刀工作状态示意图

风刀角度可请设备供应商在调试机器进行定位，在使用过程中的维修、保养时不要随意改动。

 5、锡液中的杂质含量：

在普通锡铅焊料中，以锡、铅为主元素；其他少量的如：锑（Sb）、铋（Bi）、铟（In）等元素为添加元素以外，其他元素如：铜（Đồng）、铝（Al）、砷（As）等都可视为杂质元素；在所有杂质元素中，以“铜”对焊料性能的危害最大，在焊料使用过程中，往往会因为过二次锡（剪脚后过锡），而造成锡液中铜杂质或其它微量元素的含量增高，虽然这部分金属元素的含量不大，但是在合金中的影响却是不可忽视的，它会严重地影响到合金的特性，主要表现在合金中出现不熔物或半熔物、以及熔点不断升高，并导至虚焊、假焊的产生；另外杂质含量的升高会影响焊后合金晶格的形成，造成金属晶格的枝状结构，表现出来的症状有焊点表面发灰无金属光泽、焊点粗糙等。

所以，在波峰炉的使用过程中，应重点注意对波峰炉中铜等杂质含量的控制；一般情况下，当锡液中铜杂质的含量超过0.3% 时,我们建议客户作清炉处理。

但是，这些参数需要专业的检验机构或焊料生产厂商才能检测，所以，焊料使用厂商应与焊料供应商沟通，定期进行锡液中杂质含量的检测，如半年一次或三个月一次，这需要根据具体的生产量来定。             

三、波峰炉使用过程中常见问题的对策

波峰炉在使用过程中，往往会出现各种各样的问题，如焊点不饱满、短路、PCB板面残留脏、PCB板面有锡渣残留、虚焊、假焊、焊后漏电等各种问题；这些问题的出现严重地影响了产品质量与焊接效果；为了解决这些问题，我们建议客户应该从以下几个方面着手：

第一，检查锡液的工作温度。因为锡炉的仪表显示温度总会与实际工作温度有一定的误差，所以在解决此类问题时，应该掌握锡液的实际温度，而不应过分依赖“表显温度”；一般状况下，使用63/37比例的锡铅焊料时，建议波峰炉的工作温度在245-255度之间即可，但这不是绝对不变的一个数值，遇到特殊状况时还是要区别对待；

第二，检查PCB板在浸锡前的预热温度。通常状况下，我们建议预热温度应在90-110⁰C之间，如果PCB上有高精密的不能受热冲击的元件，可对相关参数作适当调整；这里要求的也是PCB焊接面的实际受热温度，而不是“表显温度”；

第三、检查助焊剂的涂布是否有问题。无论其涂布方式是怎样的，关键要求PCB在经过助焊剂的涂布区域后，整个板面的助焊剂要均匀，如果出现部分零件管脚有未浸润助焊剂的状况，则应对助焊剂的涂布量、风刀角度等方面进行调整了。  

第四，检查助焊剂活性是否适当。如果助焊剂活性过强，就可能会对焊接完后的PCB造成腐蚀;如果助焊剂的活性不够，PCB板面的焊点则会有吃锡不满等状况；如果锡脚间连锡太多或出现短路,则表明助焊剂的载体方面有问题,即润湿性不够,不能使锡液有较好的流动;出现以上问题时，应该与助焊剂供货厂商寻求解决方案，对助焊剂的活性及润湿性方面作适当调整；

第五，检查锡炉输送链条的工作状态。这其中包括链条的角度与速度两个问题，通常建议客户把链条角度定在5-6度之间（见本文第二节第3点之论述），送板速度定在每分钟1.1-1.2米之间；就链条角度而言，用经验值来判断时，我们可以把PCB上板面比锡波最高处高出1/3左右，使PCB过锡时能够推动锡液向前走，这样可以保证焊点的可靠性；在不提高预热温度及锡液工作温度的状况下，如果提高PCB的输送速度，会影响焊点的焊接效果；

就以上所有指标参数而言，绝不是一成不变的数据，他们之间是相辅相承、互相影响与制约的关系；比如我们要提高生产量，就要提高链条的输送速度，速度提高以后，相应的预热温度一定要提高，否则就会使PCB板过锡时因温差过大而产生各种问题，严重时会造成锡液的飞溅拉尖等；另外，我们还要提高锡液的工作温度，因为输送速度快了，PCB板面与锡液的接触时间就短了，同时锡液的“热补偿”也达不到平衡状态，严重时会影响焊接效果，所以提高锡液的温度是必要的。

第六、检验锡液中的杂质含量是否超标。（关于此点内容请参照本文第二节第5点相关论述）

第七，为了保证焊接质量，选择适当的助焊剂也是很关键的问题。

首先确定PCB是否是“预涂覆板”（单面或双面的PCB板面预涂覆了助焊剂以防止其氧化的我们称之为“预涂覆板”），此类PCB板在使用一般的免清洗低固含量的助焊剂焊接时，PCB板表面就有可能会出现“泛白”现象：轻微时PCB板面会有水渍纹一样的斑痕，严重时PCB板面会出现白色结晶残留；这种状况的出现严重地影响了PCB的安全性能与整洁程度。如果您所用的PCB是预覆涂板，则建议您选用松香树脂型助焊剂，如果要求板面清洁，可在焊接后进行清洗；或选择与所焊PCB上的预涂助焊剂中松香相匹配的免清洗助焊剂。

如果是经热风整平的双层板或多层板，因其板面较清洁，可选用活性适当的免清洗助焊剂，避免选择活性较强的免洗助焊剂或树脂型助焊剂；如果有强活性的助焊剂进入PCB板的“贯穿孔”，其残留物将很有可能会对产品本身造成致命的伤害。

第八、如果PCB板面上总是有少部分零件脚吃锡不良。这时可检查PCB板的过锡方向及锡面高度，并辅助调整输送PCB的速度来调节；如果仍解决不了此问题，可以检查是否因为部分零件脚已经氧化所致。

第九、在保证上述使用条件都在合理范围内，如果仍出现PCB不间断有虚焊、假焊或其他的焊接不良状况。可检查PCB否有氧化现象，板孔与管脚是否成比例等，以及PCB板的设计、制造、保存是否合理、得当等。

习惯上，当出现焊接不良的状况时，大多数的客户第一反应就是“焊料有问题”，其实这种观念是不完全正确的。经过以上的分析可以看出，造成焊接不良的原因有很多，不仅有“焊料”、“助焊剂”的问题，很多时候与客户自身工艺、设备、生产工作环境、PCB板材、元器件等各多种因素有关。

出现了焊接不良的状况，焊料使用厂商应从多个角度去分析，并及时通知供应商进行协查；大多数的客户在遇到焊接问题时，第一时间内会通知焊料供应商，这也反映了客户对焊料供应商的信任；建议客户对供应商的分析意见予以客观、全面的听取，避免持对立或怀疑情绪；这也要求客户在选择供应商时，应选择技术支持能力强、售后服务较好的供应商配合。