2. 波峰焊工艺控制
2.1. 双波峰焊原理
如图2.1所示。，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z*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 图2.1 双波峰焊接过程
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。

2.2 波峰焊工艺曲线
理想的双波峰焊的焊接温度曲线如图2.2所示。从图中可以看出，整个焊接过程被分为三个温度区域：预热、焊接、冷却。实际的焊接温度曲线可以通过对设备的控制系统编程进行调整。

图2.2 理想的双波峰焊的焊接温度曲线
1）预热温度。 预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度。印制板预热温度和时间要根据印制板的大小、厚度、元器件的大小和多少，以及贴装元器件的多少来确定。预热温度在90～130 ℃(PCB表面温度)，多层板及有较多贴装元器件时预热温度取上限。预热时间由传送带速度来控制。z*佳的预热温度是在波峰焊前涂覆在PCB底面的焊剂带有粘性，如表2.1所示。
表2.1 波峰焊预热温度
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 115～125
多层板 混装 115～125
2）焊接温度。 通常高于焊料熔点（183 ℃）50 ℃～60 ℃，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。焊接温度与预热温度、焊料波峰的温度、导轨的倾斜角度、传输速度都有关系。双波峰焊的第一波峰一般调整为235～240 ℃/1s左右，第二波峰一般设置在240～260 ℃/3 s左右。

2.3 波峰焊工艺对元器件和印制板的要求
2.3.1对印制板及元件的控制
① 对表面组装元件要求：表面组装元器件的金属电极应选择三层端头结构，元器件体和焊端能经受两次以上260 ℃波峰焊的温度冲击，焊接后元器件体不损坏或变形，片式元件金属端头无剥落(脱帽)现象。
② 对插装元件要求：如采用短插一次焊工艺，插装元件必需预先成形，要求元件引脚露出印制板表面0.8～3 mm。
③ 对印制电路板要求：基板应能经受260 ℃／50 s的热冲击，铜箔抗剥强度好；阻焊膜在高温下仍有足够的粘附力，焊接后不起皱；一般采用RF4环氧玻璃纤维布印制电路板。 印制电路板翘曲度小于0.8～1.0％。
④ 妥善保存印制板及元件，尽量缩短储存周期。在焊接中，无尘埃、油脂、氧化物的铜箔及元件引线有利于形成合格的焊点，因此印制板及元件应保存在干燥、清洁的环境下，并且尽量缩短储存周期。对于放置时间较长的印制板，其表面一般要做清洁处理，这样可提高可焊性，对表面有一定程度氧化的元件引脚，应先除去其表面氧化层。

2.3.2 对PCB设计要求
对于贴装元器件采用波峰焊工艺的印制电路板必须按照贴装元器件的特点进行设计，元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则。
① 插件元件焊盘设计
焊盘大小尺寸设计应合适。焊盘太大，焊料铺展面积较大，形成的焊点不饱满，而较小的焊盘铜箔表面张力太小，形成的焊点为不浸润焊点。孔径与元件引线的配合间隙太大，容易虚焊，当孔径比引线宽0.05～0.2mm，焊盘直径为孔径的2～2.5倍时，是焊接比较理想的条件。
② 元器件布局和排布方向
• 为了尽量去除"阴影效应"，SMD的焊端或引脚应正对着锡流的方向，以利于与锡流的接触，减少虚焊和漏焊，波峰焊时推
荐采用的元件布置方向图见图2.3； 图2.3波峰焊元件布置方向
• 波峰焊接不适合于细间距QFP、PLCC、BGA和小间距SOP器件焊接，也就是说在要波峰焊接的这一面尽量不要布置这类元件；
• 较小的元件不应排在较大的元件后，以免较大元件妨碍锡流与较小元件的焊盘接触，造成漏焊。
2.4 波峰焊的主要工艺参数调整
2.4.1焊剂涂覆量
要求在印制板底面有薄薄的一层焊剂，要均匀，不能太厚，对于免清洗工艺特别要注意不能过量。焊剂涂覆量要根据波峰焊机的焊剂涂覆系统，以及采用的焊剂类型进行设置。
采用涂刷与发泡方式时，必须控制焊剂的比重。焊剂的比重一般控制在0.82～0.84之间(液态松香焊剂原液的比重)。焊接过程中随着时间的延长，焊剂中的溶剂会逐渐挥发，使焊剂的比重增大，其粘度随之增大，流动性也随之变差，影响焊剂润湿金属表面，引起焊接缺陷。因此，应定时测量焊剂的比重，如发现比重增大，应及时用稀释剂调整到正常范围内。但是，稀释剂不能加入过多，比重偏低会使焊剂的作用下降，对焊接质量也会造成不良影响。另外，还要注意不断补充焊剂槽中的焊剂量，不能低于z*低极限位置。
采用定量喷射方式时，焊剂是密闭在容器内的，不会挥发、不会吸收空气中水分、不会被污染，因此焊剂成分能保持不变。关键要求喷头能够控制喷雾量，应经常清理喷头，喷射孔不能堵塞。

2.4.2预热温度
一般预热温度控制在180～210 ℃，预热时间1～3 min。

2.4.3波峰焊接
① 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 锡温。 焊料的合金成份仍以Sn 63/Pb37与Sn 60/Pb40者居多，故其作业温度控制以260±5 ℃为宜。但仍须考量到待焊板与零件之总体重量如何，大型者尚可升温到280 ℃，小型板或对热量太敏感的产品，则可稍降到230 ℃。较理想的做法是针对输送速度加以变换，而对锡温则以不变为宜，因锡温会影响到融锡的流动性，进而会冲击到焊点的品质。且焊温升高时，铜的溶入速率也会跟着增快，非常不利于整体焊接的品质管理。
③ 焊料纯度。 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。

2.4.4运输系统
① 传送倾角。 通过调节传送装置的倾角，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。输送组装板的传动面须呈现4～12°的仰角。
② 输送速度。 自组装板之底面行进接触到上涌的锡波起，到完全通过脱离融锡涌出面的接触为止，其相互密贴的时程须控制在3～6秒之间。焊接时间的长短，取决于输送速度及波形与浸深等三者所组成的“接触长度”。时程太短焊锡性将未完全发挥，时程太长则会对板材或敏感零件造成伤害。
（5）氮气环境
如图2.4所示，经过众多试验的结果，氮气环境的锡池区其残氧量以100 ppm以下的焊锡性z*为良好。为了节省开支，一般实用规格多半都将残氧率范围订定在500 ppm至1000 ppm左右。设计良好的“氮气炉”的进出口与充气装置等动态部份，做好隔绝密封的设施，可减少氮气的无谓消耗。
氮气波峰焊具有下列效益：提升焊接之良率；减少助焊剂的用量；改善焊点的外观及焊点形状；降低助焊剂残渣的附着性，使之较易清除；减少机组维修的机率，增加产出效益；大量减少锡池表面浮渣的发生，节省焊锡用量。
图2.4 氮气装置
表2.2不同O2浓度下的润湿性实验数据
焊料种类 5％氧气 空气
2/3Fmax时间(s) Fmax (mN ) 2/3Fmax时间(s) Fmax (mN )
Sn-3.0Ag-0.5Cu 0.89 3.45 1.07 3.43
Sn-0.7Cu 1.27 3.52 1.77 3.43

2.5 计算生产能力
在计算生产能力时还要考虑PCB之间的间隔：PCB 的长度为L，间隔为L1，传递速度为V，停留时间为t，每小时产量为N，波宽为W，则
传动速度为 V= N W/t =60V/(L1+L)
例 一台波峰机波峰面宽度为50mm，停留时间3 s，现焊接400×400 mm，PCB 的间距100 mm，单班时间为7 h，求单班产量。
带速＝ 0.05/(3/60)=1 m/min
单班产量＝（60×7）/(0.4+0.1)=840 块

2.6 波峰焊接缺陷分析
表2.3 波峰焊接缺陷分析
问题 原因及对策

1.

沾锡不良
POOR WETTING:

1. 外界的污染物如油、脂、腊等，通常可用溶剂清洗，此类油污有时是在印刷防焊剂时沾上的。
2. Silicon Oil 通常用于脱模及润滑之用，通常会在基板及零件脚上发现，不易清理，它会蒸发沾在基板上，而造成沾锡不良。
3. 基板氧化，而助焊剂无法去除时会造成沾锡不良,过二次锡可解决此问题。
4. 助焊剂方式不正确，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，沾锡总时间约3秒。
2. 局部沾锡不良
DE WETTING 1. 与沾锡不良相似，不同的是不会露出铜箔面，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
COLD SOLDER 1. 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
1. 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
EXCES SOLDER
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，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. 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。

6

锡尖 (冰柱)
ICICLING

1. 基板的可焊性差，通常伴随着沾锡不良，可试由提升助焊剂比重来改善。
2. 基板上PAD面积过大，可用绿(防焊)漆线分隔来改善，原则上用绿漆线在大PAD面分隔成5 mm×10 mm区块。
3. 锡槽温度不足，沾锡时间太短，可提高锡槽温度加长焊锡时间。
4. 出波峰后之冷却风流角度不对，不可朝锡槽方向吹。
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。

7

防焊绿漆上
留有残锡
SOLDER EBBING
1. 基板制作时,残留有某些与助焊剂不能兼容的物质,在过热之后产生黏性，黏着焊锡形成锡丝，可用氯化烯类等溶剂来清洗；若清洗后还是无法改善,则可能基板层材Curing不正确，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。
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。一般正常状况，当锡槽不喷流静止时锡面离锡槽边缘10 mm高度。
8

白色残留物
WHITE RESIDUE
基板上白色残留物通常是松香的残留物,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，松香类助焊剂常在清洗时产生白班。
2. 基板制作过程中残留杂质,在长期储存下亦会产生白斑,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,清洗即可。
4. 使用之助焊剂与基板氧化保护层不兼容，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。
7. 使用松香型助焊剂,过完焊锡炉，停放时间太九才清洗,导致引起白班。
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
Dark Residues
And Etchmarks
黑色残余物发生在焊点的底部或顶端，通常是不正确的使用助焊剂造成。
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
GREEN ESIDUE
绿色通常是腐蚀造成, 通常可用清洗来改善。
1. 通常发生在裸铜面或含铜合金上，这种腐蚀物质内含铜离子因此呈绿色，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,应清洗.
3.基板制作上的残余物,在焊锡后会产生绿色残余物,应要求基板制作厂清洗。

11
白色腐蚀物
第8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。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) 。

12

针孔及气孔
PINHOLDS AND BLOWHOLES
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,是因焊锡在气体尚未完全排除即已凝固。
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,用溶剂清洗；但如污染物为Siliconoil，因其不容易被溶剂清洗,故应考虑其它代用品。
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，这要回馈到供货商.
13 Trapped Oil
1. 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
焊锡过后一段时间(约半年)焊点颜色转暗，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，清洗应可改善。
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，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
BRIDGING
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0.6 mm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。