无铅波峰焊工艺特点

来源: 安徽广晟德 人气:810 发表时间:2022/08/12 14:49:52

无铅波峰焊工艺机理很简单,也很好理解,但是要在生产中获得良好的焊点,就要严格控制各工艺参数,其中任何一个参数设置不当都会产生焊接不良。目前无铅钎料的使用,给波峰焊工艺与设备带来新的特点。下面广晟德波峰焊给大家讲解一下无铅波峰焊工艺的特点。

WD350C无铅波峰焊机

 

 

1. 较高的焊接温度


主要的无铅钎料Sn0.7Cu熔点(227ºC)较传统SnPb(183ºC)高44ºC,设备的可加热最高温度也应相应提高至少44ºC,所以设备材料及结构设计必须具有良好的耐热性,在高温下不变形。

无铅波峰焊温度曲线


另外无铅波峰焊的焊接温度较高(一般设定为260oC),为减少印刷电路板组装件与波峰接触时的热冲击,需要增加预热时间。最好的解决方法是增加设备的预热区长度,其长度由产量和传送速度来决定。无铅化后预热区的长度由以前的90~100㎝变为120~150㎝,增加了预热时间。对于加热方式来说,基本采用热辐射方式进行预热,最常用的波峰焊预热方法由强制热风对流,电热板对流、电热棒加热和红外线加热等。

 

2.较长的预热时间


预热阶段主要是蒸发多余溶剂和PCB制造过程中夹带的水分,增加粘性,并起到活化助焊剂的作用。如果粘度太低,助焊剂会被熔融钎料过早的排挤出,造成表面润湿不良。表2为无铅免清洗助焊剂和水溶性助焊剂的活性参数。


对于不同的助焊剂的活性参数要求,需要的预热区长度可能有所变化,但差别不是很大。


预热阶段干燥助焊剂也可加强其表面活性,加快焊接过程。并且基板和元器件在预热阶段加热到100℃以上,可以降低热冲击,较少基板翘曲的可能。另外预热阶段可以加快PCB板及元器件上挥发物质的蒸发,避免在波峰上引起焊锡飞溅和PCB上的锡球。


不足的预热时间和温度会造成焊后残留,或许活性不足,造成润湿性差。预热低可能导致焊接时水蒸气、液体助焊剂等气体排放造成焊料球,这种情况在低挥发性有机化合物(VOC)的水基助焊剂上特别明显。过高则会导致助焊剂在到达波峰之前就已经失去作用,导致焊锡表面张力增大,造成桥连或冰柱。

 

3.大量助焊剂的使用


由于可能要使用较大量的助焊剂,所以设备必须配备优良的抽风过滤系统,以最小化助焊剂中挥发物质的污染。

 

4.喷雾式助焊剂涂覆方式


常用助焊剂用CFC等清洗剂清洗,其中含有的ODS(臭氧耗竭物质)破坏生态环境,严重威胁人类安全。免清洗助焊剂和水溶性助焊剂解决了不使用CFC类清洗剂减少环境污染方面和解决因细间隙、高密度元器件组装带来的清洗困难问题,它们的使用已经同无铅焊料一样,成为一种必然的趋势。表1所示为三种不同助焊剂的物理参数的比较,分别代表传统的松香基助焊剂、免清洗助焊剂和水溶性助焊剂。

 

5.较高的腐蚀性


高Sn含量(95%以上)的无铅焊料在焊接温度升高(30~50℃)的情况下,对锡炉采用的材料SUS304和SUS316型不锈钢具有明显腐蚀(图1),一般为6个月,而且最容易受到腐蚀的是与流动焊料接触的部位,如泵的叶轮、输送管和喷口。

 

6.更多氧化锡渣


焊料波的表面被一层均匀的氧化皮覆盖,它在沿焊料波的整个长度方向上几乎都保持静态,在波峰焊过程中,PCB接触到焊料波的前沿表面,氧化皮破裂,PCB前面的焊料皮无褶皱的向前推进,整个氧化皮与PCB以同样的速度移动。与Sn-Pb焊料相比,无铅焊料将产生更多的锡渣(dross),影响焊接质量,同时也造成浪费。典型的锡渣结构都是90%的可用金属在中心,外面包含10%的氧化物。这是因为不同温度下SnO2和PbO的标准生成自由能不同,前者生成自由能低,容易产生,而后者不易。对于无铅波峰焊设备最好配有自动刮除锡渣装置和焊锡液面高度自动监测装置。

 

7.采用双波峰系统


双波峰系统前面的湍流波可渗入到所有待焊表面以保证良好润湿后面的双向宽平波流动缓慢且平坦,有利于保证印刷电路板在流动速率最小点处脱离焊料波峰,进而最大限度地抑制桥连(bridge)、毛刺(icicle)等焊接缺陷的产生。

 

8.Lift-off(剥离)缺陷


剥离现象如图  所示,焊点与焊盘在应力的作用下开裂,焊点边缘翘起。剥离现象一般在40X工业检测放大镜下就可以观测到,对电性能几乎没有影响,但是对可靠性会造成很大的威胁。

 

9.焊锡成分的准确性


波峰焊中,由于焊料的氧化和母材金属的溶解,使焊料槽中钎料的成分发生变化,偏离共晶点,导致流动性差,出现连焊、虚焊、焊点强度不够,影响整机的可靠性。焊锡中Cu含量超过0.85wt%时会导致焊接不良,当Cu溶解于钎料锅内时,会在熔融钎料内形成Cu6Sn5金属间化合物,Cu6Sn5化合物相的密度为8.3g/mm3,而常用无铅钎料的密度则为7.4g/mm3,从而形成的金属间化合物沉淀在熔融钎料锅的底部不易清除,缩短焊锡锅寿命。