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电子厂全面DIP波峰焊工艺流程及波峰焊接的缺陷不良原因分析 !

责任编辑:葫芦岛干式变压器生产厂家  发布时间:2018-11-09   点击数:311
电子厂全面DIP波峰焊工艺流程及波峰焊接的缺陷不良原因分析 ! 电子厂全面DIP波峰焊工艺流程及波峰焊接的缺陷不良原因分析 !

电子厂DIP波峰焊锡机(波峰焊)主要用于传统THT通孔插装印制电路板电装焊接工艺,以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺,波峰焊其高温液态锡保持一个斜面,并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象,所以叫“波峰焊”;适用于波峰焊工艺的表面组装元器件有矩形和圆柱形片式元件、SOT以及较小的SOP等器件。




DIP波峰焊锡机工作原理 :


电子厂用于DIP及SMT红胶工艺的波峰焊锡机一般都是双波峰或电磁泵波峰焊机。

下面以双波峰焊机的工艺流程为例,来说明波峰焊的工作原理:


DIP插件波峰焊锡机整机工作原理流程图



电子厂DIP插件焊接发展及优点 :


随着电子产品的大批量生产,手工采用烙铁工具逐点焊接PCB板上引脚焊点的方法,再也不能适应市场要求、生产效率与产品质量。于是就逐步发明了半自动/全自动群焊(Mass Soldering)设备与全自动焊接机。全自动焊接机早出现在日本,作为黑白/彩色电视机的主要生产设备。八十年代起引进,先后有浸焊机、单波峰焊机等。八十年代中期起贴插混装的SMT技术迅速发展,又出现了双波峰焊锡机。


波峰焊是指将熔化的软钎焊料(铅锡合金),经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰,亦可通过向焊料池注入氮气来形成,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。根据机器所使用不同几何形状的波峰,波峰焊系统可分许多种。



与手工焊接技术相比,全自动流动焊接技术明显的拥有以下优点:节省电能,节省人力,提高效率,降低成本,提高了外观质量与可靠性,克服人为影响因素,可以完成手工无法完成的工作。


常用DIP波峰焊流程:将元件插入相应的元件孔中 →预涂助焊剂 → 预热 → 过波峰焊锡炉 → 冷却→切除多余插件脚 → AOI检测。

当完成点胶(或印刷)、贴装、胶固化、插装通孔元器件的PCB板从波峰焊机的入口端随传送带向前运行,通过焊剂发泡(或喷雾)槽时,印制板下表面的焊盘、所有元器件端头和引脚表面被均匀地涂覆上一层薄薄的焊剂。


助焊剂的作用原理 :


熔融的焊料之所以能承担焊接作用,是由于金属原子距离接近后产生相互扩散、溶解、浸润等作用的结果。此时,阻碍原子之间相互作用的是金属表面存在的氧化膜和污染物,也是妨碍浸润的有害物质。


为此,一方面要采取措施防止在金属表面产生氧化物,另一方面必须采取去除污染的各种措施和处理方法。但是由于在PCBA生产的各种前端过程乃至于元器件生产的过程中,完全避免这些氧化和污染是很困难的。因此,必须在焊接操作之前采取某些方法把氧化膜和污染清除掉。采用熔剂去除氧化膜具备不损伤母材、效率高等特点,因此能被广泛的用于PCBA的制程中。


随着波峰焊喷助焊剂工序完成, PCB板经波峰钛爪传送进入预热区,焊剂中的溶剂被挥发掉,焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化,印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物被清除;同时,印制板和元器件得到充分预热。


PCB印制板继续向前运行,印制板的底面首先通过个熔融的焊料波。个焊料波是乱波(振动波或紊流波),将焊料打到印制板的底面所有的焊盘、元器件焊端和引脚上;熔融的焊料在经过焊剂净化的金属表面上进行浸润和扩散。之后,印制板的底面通过第二个熔融的焊料波,第二个焊料波是平滑波,平滑波将引脚及焊端之间的连桥分开,并去除拉尖(冰柱)等焊接缺陷。


波峰焊随着人们对环境保护意识的增强有了新的焊接工艺。以前的是采用锡铅合金,但是铅是重金属对人体有很大的伤害。于是现在有了无铅工艺的产生。它采用了*锡银铜合金*和特殊的助焊剂且焊接接温度的要求更高更高的预热温度还要说一点在PCB板过焊接区后要设立一个冷却区工作站。

传统的锡铅焊料在电子装联中已经应用了近一个世纪。共晶焊料的导电性、稳定性、抗蚀性、抗拉和抗疲劳、机械强度、工艺性都是非常的,而且资源丰富,价格便宜。是一种极为理想的电子焊接材料。但由于铅污染人类的生活环境。据统计,某些地区地下水的含铅量已超标30倍,由于Pb是一种有毒的金属,对人体有害,并且对自然环境有很大的破坏性,所以引进了无铅焊丝。




无铅焊接的特点和对策:

(1) 无铅焊接的主要特点:

(A) 高温、熔点比传统有铅共晶焊料高34℃左右。

(B) 表面张力大、润湿性差。

(C) 工艺窗口小,质量控制难度大。

(2) 无铅焊点的特点:

(A) 浸润性差,扩展性差。

(B) 无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与AOI需要升级。

(C) 无铅焊点中气孔较多,尤其有铅焊端与无铅焊料混用时,焊端(球)上的有铅焊料先熔,覆盖焊盘,助焊剂排不出去,造成气孔。但气孔不影响机械强度。

(D) 缺陷多-由于浸润性差,使自定位效应减弱。

无铅焊点外观粗糙、气孔多、润湿角大、没有半月形,由于无铅焊点外观与有铅焊点有较明显的不同,如果有原来有铅的检验标准衡量,甚至可以认为是不合格的,随着无铅技术的深入和发展,由于助焊剂的改进以及工艺的进步,无铅焊点的粗糙外观已经有了一些改观。



波峰焊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90-110度,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;


SMA类型 元器件 预热温度

单面板组件 通孔器件与混裝 90~100

双面板组件 通孔器件 100~110

双面板组件 混裝 100~110

多层板 通孔器件 115~125

多层板 混裝 115~125


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;


B2.走板速度:一般情况下,建议把走板速度定在1.1-1.2米/分钟这样一个速度,但这不是值;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,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255度为合适,尽量不要在超过260度,因为新的锡液在260度以上的温度时将会加快其氧化物的产生量.



双波峰焊理论温度曲线


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。
注: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。


DIP波峰焊的生产管理指导说明书 :


①预热温度:峰值温度 100~130℃(焊接面焊盘上的温度)

②锡槽温度:250~260℃

③搬送链速:0.8~1.4m/分(根据基板种类,有所不同)

④焊接时间:1次:2~3秒 2次:2~3秒 合計4~6秒(大10sec)

⑤焊锡浸渍状态:锡槽高度、根据喷流高度进行调整

⑥锡槽内焊锡成份管理(成份分析)

?分析频率:1~3次/半年(导入初期:1~4次/月)

?成分管理:铜浓度 0.5~1.0% 铅浓度 0.1%以下


波峰焊接的缺陷不良原因分析

关系波峰焊品质的特定因素 :

一、沾锡不良POOR WETTING


这种情况是不可接受的缺点,在焊点上只有部分沾锡。分析其原因及改善方式如下:


1、外界的污染物如油、脂、腊等,此类污染物通常可用溶剂清洗,油污有时是在印刷防焊剂时沾上的;

2、SILICONOIL通常用于脱模及润滑之用,通常会在基板及零件脚上发现,而SILICON OIL不易清理,因之使用它要非常小心尤其是当它做抗氧化油常会发生问题,因它会蒸发沾在基板上而造成沾锡不良。

3、常因贮存状况不良或基板制程上的问题发生氧化,而助焊剂无法去除时会造成沾锡不良,过二次锡或可解决此问题。

4、沾助焊剂方式不正确,造成原因为发泡气压不稳定或不足,致使泡沫高度不稳或不均匀而使基板部分没有沾到助焊剂。

5、吃锡时间不足或锡温不足会造成沾锡不良,因为熔锡需要足够的温度及时间WETTING,通常焊锡温度应高于熔点温度50℃至80℃之间,沾锡总时间约3秒。调整锡膏粘度。

二、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。

三、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。

四、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。


五、焊点锡量太大:

通常在*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。


六、锡尖 (冰柱)

此一问题通常发生在DIP或WIVE的焊接制程上,在零件脚顶端或焊点上发现有冰尖般的锡。


1、基板的可焊性差,此一问题通常伴随着沾锡不良,此问题应由基板可焊性去探讨,可试由提升助焊剂比重来改善。

2、基板上金道(PAD)面积过大,可用绿(防焊)漆线将金道分隔来改善,原则上用绿(防焊)漆线在大金道面分隔成5mm乘10mm区块。

3、锡槽温度不足沾锡时间太短,可用提高锡槽温度加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽来改善。

4、出波峰后之冷却风流角度不对,不可朝锡槽方向吹,会造成锡点急速,多余焊锡无法受重力与内聚力拉回锡槽。

5、手焊时产生锡尖,通常为烙铁温度太低,致焊锡温度不足无法立即因内聚力回缩形成焊点,改用较大瓦特数烙铁,加长烙铁在被焊对象的预热时间。

七、防焊绿漆上留有残锡

1、基板制作时残留有某些与助焊剂不能兼容的物质,在过热之,后餪化产生黏性黏着焊锡形成锡丝,可用丙酮(*已被蒙特娄公约禁用之化学溶剂),氯化烯类等溶剂来清洗,若清洗后还是无法改善,则有基板层材CURING不正确的可能,本项事故应及时回馈基板供货商。

2、不正确的基板CURING会造成此一现象,可在插件前先行烘烤120℃二小时,本项事故应及时回馈基板供货商。

3、锡渣被PUMP打入锡槽内再喷流出来而造成基板面沾上锡渣,此一问题较为单纯良好的锡炉维护,锡槽正确的锡面高度(一般正常状况当锡槽不喷流静止时锡面离锡槽边缘10mm高度)。

八、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。

九、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www.xdbyq.cn/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。

十、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、COPPERABIETATES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。


十一、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。

十二、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。

十三、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。


十四、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ZINCOXYCHLORIDE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。


十五、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。


十六、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。


十七、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、设计不良:或接点间太过接干式变压器/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。



电子厂常用术语:

SIP:单列直插(一排引脚)

DIP:双列直插(两排引脚)

轴向元件:元件两引脚从元件两端伸出

径向元件:元件引脚从元件同一端伸出

PCB:印刷电路板

PCBA:PCB经过SMT上件,再经过DIP插件直至板上所有工序都完成的制程

引脚:元件的一部分,用于把元件焊在电路板上

单面板:电路板上只有一面用金属处理;

双面板:上下两面都有的电路板;

层 板:除上、下两面都有外,在电路板内层也有;

元件面:电路板上插元件的一面;

焊接面:电路板中元件面的反面,有许多焊盘提供焊接用;

焊 盘:PCB板上用来焊接元件引脚或金属端的金属部分;

金属化孔(PTH):一般用来插元件和布明线的金属化孔;

连接孔:(相对与金属化孔)一般不用来插元件和布明线的金属化孔 ;


空焊:零件脚或引线脚与锡垫间没有锡或其它因素造成没有接合。

假焊:假焊之现象与空焊类似,但其锡垫之锡量太少,低于接合面标准。

冷焊:锡或锡膏在回风炉气化后,在锡垫上仍有模糊的粒状附着物。

桥接:有脚零件脚与脚之间焊锡联接短路

元件符号:R(NR)、C(CD)、L、D、Q、U、X(Y)、S、Z、BAT、CN等

极性元件:有些元件,插入电路板时必需定向;

极性标志:印刷电路板上,极性元件的位置印有极性标志;

错件:零件放置之规格或种类与作业规定不符;

缺件:应放置零件之位置,因不正常之缘故而产生空缺;

跪脚:零件引脚打折形成跪脚


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