制造中的优质实践：波峰焊

多年来，电子组装的优质实践不断变化，而且它将随着制作环境的改动、公司的需求和面临的应战继续变化，适合某一家公司的东西，对另一家公司来说或许未必是Z好的。有时分，相关于外表贴装，波峰焊是个常常被忽视的领域，假如办理不当，往往会带来相当多的缺点和返工。

以下的主张来自经历和优质实践，并不是不行变更的规矩，而是指导方针——你要根据自己实践状况来决定哪些优质实践对你的公司提供有效帮助。

本文要点重视的是常见的波峰焊缺点和优质实践，处理、预测和主动防备这些问题再次发生。讨论比如元件挑选 / 注意事项、规划、东西和工艺这些引起缺点的要素。 


到现在为止，常见的波峰焊缺点是桥接短路，这是导体之间非常不希望呈现的焊接缺点。构成这种缺点的要素包含元件、规划、东西和工艺。

一、焊锡桥接短路

元件的注意事项 

引线长度 ：在规划中要注意元件引线长度的规格和对应的 PCB 厚度，使引线在波峰焊工艺中能够刺进焊锡的两个突出点。要确保引线长度既不能太短（这会导致焊锡无法抵达引脚，不能构成焊锡衔接），也不能太长（这会使焊锡两个相邻引脚构成网格状通路），或许在组件中发生桥接短路

在指定元件引线的长度时，更好的做法是确保引线的长度满足长，能够供给正确的芯吸所需求的热量传输，供给足够的焊锡填充，而不会超出 IPA-A-610 规则的更大突出点。好的做法是，引线长度不善于两个相邻环形圈之间的间隔。只要做到这一点，外表张力把焊锡吸引到最近的有铜区域时，引线和引脚之间呈现焊锡网格的概率会明显降低。引线太长时，主张在元件准备时修剪引线，使引线长度抵达所需求的长度 。


另一个需求注意的是与元件本身有关的问题，或许包含 PCB 污染、元件污染、氧化或阻焊膜等问题。 


规划的注意事项

元件的方向 ：特别是与管脚数量比较多的衔接器有关，至少有两行或更多的管脚，衔接器的方向和焊锡波平行，这或许会引起相当多的桥接短路。


优质实践是确保管脚数量比较多的衔接器的方向和焊锡波方向笔直，使衔接器管脚末端尽或许少地暴露在焊锡波下，这个方位或许呈现桥接短路的地方。这种状况在微间隔元件上特别简单呈现。在不能改动元件方向的状况下，其他的办法，例如移走焊锡（把实践上不起任何效果的焊盘或铜焊盘放在管脚末端边际，把焊锡从终点的引线上拉走，防止桥接短路），能够把这种办法规划到电路板上或许挑选波峰焊的托盘上，更大削减桥接短路。 


东西的注意事项

一些关于挑选焊接托盘规划的优质实践包含在挑选PCB 在波峰焊托盘中的正确方向。主张焊锡波方向和电路板方向的视点在 15-30 度之间，确保少数几个管脚为终作为拖尾管脚，这能够削减桥接短路。引脚数量比较多的衔接器规划成和焊锡波方向平行，这个办法特别有用。


波峰焊托盘底部的焊锡波开口和焊锡活动的通道要满足大，供给足够的焊锡流和满足的助焊剂，防止焊锡在池化或在淤积的区域发生桥接。一般说来，从环形孔的外缘到外表贴装焊盘的Z小间隙的限制决定了开口的巨细。主张按 0.100 英寸这个间隔规划适宜的开口尺度。


外表贴装元件底面的高度或许需求更厚的托盘，这会进一步影响焊锡进入和离开通孔（pocket）的能力。长宽比与焊锡开口的长度 / 宽度和需求笔直流入抵达 PCB 底部的焊锡活动间隔有关。含铅焊锡的Z小长宽比为 1:1，而无铅焊锡的长宽比要增加到 1:3。这便是说，假如长度 / 宽度是 0.150 英寸，那么含铅焊锡活动的Z大笔直尺度是 0.150 英寸。违背这个长宽比会影响焊锡的正常活动，增加呈现和焊锡波有关的缺点的时机。


别的，当波峰焊托盘上的电路板的方向和焊锡波方向的视点挑选 15度时，有助于把桥接削减到只会呈现在几个管脚上。一般状况下，由上述几种技能组合起来的混合计划是优质计划 。



工艺的注意事项

挑选正确的助焊剂和适宜的温度曲线对构成焊锡桥接的影响相当大，根据热质量和加热温度曲线挑选适宜的助焊剂或许会对全体成品率发生严重影响。


一般地说，固体含量比较大的助焊剂能在比较高的温度下体现得更好，而水基助焊剂在比较高的温度下的体现不佳，比较适合温度曲线比较低的电路板。要确保你的电路板的预热温度和高温驻留时刻契合你的助焊剂的要求，这将决定焊接成果的好坏。在进入波峰焊之前就烧掉助焊剂或许会导致桥接 。





二、元件浮起

另一个常见的缺点是波峰焊后的元件浮起，这种状况主要呈现在比较小的元件上，例如轴向元件或径向元件，但在衔接器和其他元件上也常常呈现——这些元件在接触焊锡波的进程中会浮起，并焊接在它们所放置的方位上。处理这个问题常见的办法是经过元件引线预成形和 / 或固定托盘。 



元件的注意事项

确保预先正确地准备好像轴向元件和径向元件这类元件，基本上能够防止呈现元件浮起状况。引线成形或把几条引线钳紧，用机械的办法将元件固定在它的方位上，是现在常见的做法。和常见的桥接相同，引线太长也会构成浮起加大，它会成为一个杠杆，把元件推离它原来的方位。 



东西的注意事项

其他元件，例如衔接器，不简单保持在它的正确方位上，需求其他的固定措施，包含用胶水或许很长的夹具，作为挑选焊的一部分。


在考虑运用很长的夹具来固定元件时，需求在温度曲线中考虑这些夹具带来的额定的热质量，有或许需求运用另一种助焊剂以得到更好的焊接功能 。


工艺的注意事项

焊锡波高和 lambda 与层流的运用也会导致更多的元件浮起。要保持焊锡波的高度不超过 PCB 厚度的 50%，这里的厚度指的是相关于托盘的厚度，并且要尽量削减运用湍流。其他考虑的要素包含传送带的震动、视点，等等。 

三、焊锡不足

另一种常见的波峰焊缺点是焊锡不足，这种缺点能够分为两类，一类是焊锡没有彻底填充通孔，另一类是通孔周围没有被彻底湿润 。


和这些缺点有关的要素，一般都和焊锡、电路板或元件遭到污染有关，抵达半湿润或不湿润润的状况。针对这个审阅的意图，咱们假定元件在处理之前的状况是好的。防止发生这些类型缺点的优质实践包含成熟的与焊锡浸渍测验结合的进料查看工艺，依照 IPC-TM-650 的要求查看遭到污染或发生氧化的可疑元件。 


规划的注意事项

常见的规划注意事项是把电镀通孔和大的铜平面直接相连，铜平面在波峰焊中起到散热片的效果。为了处理这个问题，优质实践要求在这些区域供给散热片，这样在焊接进程中能够让恰当的热量流出。隔热条供给热隔离，能够显著提高得到好焊点的概率 。


要考虑的其他要素包含 ：元件引线直径与电镀通孔直径的份额失配。和引线相比，电镀通孔不是太大便是太小，相同会构成焊锡不足的成果。引荐的电镀通孔份额一般是 0.6，比元件引线的大一些，将得到好的成果。 


工艺的注意事项

总的说来，这归结于热传递不行快或助焊剂不行多，因为两者对焊锡填充都有显著的影响。因为温度曲线构成过热致使助焊剂浸透不足，是呈现这种状况的根本原因。


像 Fluxometer 这样的产品，运用酸性纸和专门规划的电镀通孔间隔均匀的 PCB，能够确保运用的助焊剂数量和浸透恰当，抵达优质效果。


定时查看或许按月查看，包含 Levchecks 或 Waveriders，能够供给焊锡波的均匀度、温度曲线和波峰焊炉全体功能，主张用这种查看来确保与设备相关的工艺漂移不会带来缺点 。





四、焊锡空泛 

当焊点中有小孔穿过焊锡衔接的外表时，会呈现焊锡空泛或向外排气（气孔和针孔）。这种小孔一般是因为焊接进程中留在焊点中的湿气向外排气构成的。 



工艺的注意事项

和元件相同， PCB 也对水分灵敏，不过，它们一般没有像处理湿润灵敏元件的办法来处理。一般来说，一切PCB的湿润灵敏度等级都能够认为是 3 级（MSL 3），能够依照办理其他湿润灵敏器材的办法来办理。


高质量的做法是确保 PCB 密封，只有在要用的时分才打开。在查看暴露时刻时，需求考虑在两次热循环操作之间继续暴露时刻，例如外表装置回流操作和波峰焊操作。假如在电路板上一次热循环操作后的 72 小时内不能够进行焊接，就应当依照 J-STD-033 的规则，经过烘烤电路板把过多的水分蒸发掉，或许把它放在相对湿度保持在 5%以下的干燥柜中，Z大极限削减长时刻暴露引起的风险。 



五、焊锡球

焊锡球缺点和焊锡溅落缺点一般是在波峰焊后有很小的焊锡球粘附在层压板、阻焊膜或导体上。这种缺点一般有三类 ：随机的、非随机的和防溅挡板构成的，这些缺点一般都和工艺有关。 



工艺的注意事项

关于随机焊锡球，这是Z简单处理的缺点，一般是在焊锡波抵达之前，助焊剂过多而且锡波高度不一致构成的成果。当电路板接触焊锡波进行焊接时，假如你听到嘶嘶声，这是个好的痕迹，说明预热温度太低或是助焊剂涂得太多，也或许是焊锡波的温度设得高。


非随机的焊锡球在同一个方位或有拖尾的管脚中现，往往是因为助焊剂不足或预热温度过高构成的。防溅挡板构成焊锡球的最常见原因是焊锡波的高度过高，或许焊锡波中湍流过大。假如规划得当，大约 95%的波峰焊应用能够只用层流焊接，主张只用这种办法来防止这种缺点。


优质实践是使用像 Fluxometer 和 WaveRIDER 等东西来查看平行度和正确优化助焊剂尽或许削减呈现这种缺点。 



东西的注意事项

在波峰焊托盘上停留焊锡的区域也或许会构成焊锡球。查看托盘规划中的焊锡流，确保在焊接进程中焊锡流有满足的通道或许有能够排气的通风孔，能够Z大极限地削减呈现焊锡球和焊锡飞溅。 





六、焊锡尖刺、符号和焊锡过多

在 PCB 经过焊接工艺时，不管是收集过多的焊锡，仍是焊点上呈现不好的焊锡凸起，就会发生焊锡尖刺和焊锡过多的符号（警报）。构成这种现象常见的原因是工艺。 



工艺的注意事项

到现在为止，呈现这些问题的常见原因是波峰焊的焊锡罐温度太低，或许焊锡在焊锡罐中的停留时刻不行。要构成适宜的焊点，优质实践主张的停留时刻是 3 到 5 秒。像 Ovenrider 这样的回流焊测验东西能够指示焊锡罐的温度漂移。一个常常提的主张是，定时丈量焊锡罐的温度来确保焊锡的温度恰当。波峰焊接机上的焊锡罐温度读数并不总是转换为实践温度的读数，有必要监控焊锡罐的实践温度。


优质实践经过体系化的规划评审和实现围绕关键的波峰焊参数，例如焊锡罐温度、预热、高温停留时刻、平行性和助焊剂优化进行工艺操控，经过应用优质实践防备缺点是Z好的做法。


像 DFM 或 DFA 这类活动，采用各种规划规矩来确保在规划周期中尽早地识别出 PCB 的规划要求、温度要求、制作兼容性和有关的各种要素，在规划进程中能够用很小的本钱进行规划变更，这样能够节省大量的时刻。


早期的规划决策或许会影响产品在整个生命周期中的长时间生存能力和本钱，因而，尽早与战略制作伙伴打开合作，针对规划的各个方面供给相关的规划反应，这是非常重要的。