3.4 电子工业生产中的自动焊接方法 第3章 电子产品焊接工艺（）3.4.1 浸 焊 3.4.2 波峰焊 3.4.3 再流焊 教学目标1. 了解浸焊的基本设备、基本方法及注意事项； 2. 掌握波峰焊机的基本构造、波峰焊的温度曲线、影响波峰焊质量的因素； 3. 掌握再流焊机的基本构造、再流焊的温度曲线、影响再流焊质量的因素。THT工艺常用的自动焊接设备有浸焊机、波峰焊机以及清洗设备、助焊剂自动涂敷设备等其它辅助装置； SMT工艺采用的典型焊接设备是再流焊设备以及锡膏印刷机、贴片机等组成的焊接流水线。 自动焊接工艺流程 元器件安装：人工插件元器件安装：自动插件预热焊接3.4.1 浸焊 掌握浸焊的基本设备、基本方法及注意事项。 注意： 1 ）助焊剂尽量少，不能流到板面； 2 ）从助焊剂中提起印制板注意让助焊剂流掉； 3 ）锡炉温度： 240 -250 ； 4） 从锡炉中提起印制板注意让锡尽量流掉。 浸焊（Dip soldering） 1020 1. 浸焊设备的工作原理把插好元器件的印制电路板水平接触熔融的铅锡焊料，使整块电路板上的全部元器件同时完成焊接。 印制板上的导线被阻焊层阻隔，不需要焊接的焊点和部位，要用特制的阻焊膜（或胶布）贴住，防止焊锡不必要的堆积。浸焊设备价格低廉，现在还在一些小型企业中使用，有经验的操作者同样可以保证焊接的质量。 2. 操作浸焊机，应该注意以下几点：焊料温度控制: 一开始要选择快速加热，当焊料熔化后，改用保温档进行小功率加热，既防止由于温度过高加速焊料氧化，保证浸焊质量，也节省了电力消耗。焊接前，让电路板浸蘸助焊剂，应该保证助焊剂均匀涂敷到焊接面的各处。有条件的，最好使用发泡装置，有利于助焊剂涂敷。在焊接时，要特别注意电路板面与锡液完全接触，保证板上各部分同时完成焊接，焊接的时间应该控制在3s左右。电路板浸入锡液的时候，应该使板面水平地接触锡液平面，让板上的全部焊点同时进行焊接；离开锡液的时候，最好让板面与锡液平面保持向上倾斜的夹角，1020，这样不仅有利于焊点内的助焊剂挥发，避免形成夹气焊点，还能让多余的焊锡流下来。在浸锡过程中，为保证焊接质量，要随时清理刮除漂浮在熔融锡液表面的氧化物、杂质和焊料废渣，避免废渣进入焊点造成夹渣焊。根据焊料使用消耗的情况，及时补充焊料。3. 浸焊机种类两种: 普通浸焊机和超声波浸焊机。 普通浸焊机普通浸焊机是在锡锅的基础上增加滚动装置和温度调节装置构成的。先将待焊工件浸蘸助焊剂，再浸入浸焊机的锡槽，由于槽内焊料在持续加热的作用下不停滚动，改善了焊接效果。 超声波浸焊机超声波浸焊机是通过向锡锅内辐射超声波来增强浸锡效果的，适于一般浸锡较困难的元器件 焊接。超声波浸焊机一般由超声波发生器、换能 器、水箱、焊料槽、加温设备等几部分组成。有些浸焊机还配有带振动头的夹持印制板的专用装 置，振动装置使电路板在浸锡时振动，让焊料能 与焊接面更好地接触浸润。超声波浸焊机和带振 动头的浸焊机在焊接双面印制电路板时，能使焊 料浸润到焊点的金属化孔里，使焊点更加牢固， 还能振动掉粘在板上的多余焊料。3.4.2 波峰焊1. 波峰焊机结构及其工作原理波峰焊机是在浸焊机的基础上发展起来的自动焊接设备，两者最主要的区别在于设备的焊锡槽。 波峰焊（Wave Soldering）是利用焊锡槽内的机械式或电磁式离心泵，将熔融焊料压向喷嘴，形成一 股向上平稳喷涌的焊料波峰，并源源不断地从喷嘴 中溢出。装有元器件的印制电路板以直线平面运动 的方式通过焊料波峰，在焊接面上形成浸润焊点而 完成焊接。下图是波峰焊机的焊锡槽示意图。波峰焊（Wave Soldering） 波峰焊设备波峰焊机焊锡槽示意图 一般波峰焊机的内部结构示意图 预热焊接波峰焊接设备熔锡2. 波峰焊工艺材料的调整 : 焊料 波峰焊一般采用Sn63/Pb37的共晶焊料，熔点为 183。Sn的含量应该保持在61.5%以上，并且 Sn/Pb两者的含量比例误差不得超过1%。 主要金属杂质的最大含量范围见下表 助焊剂 波峰焊使用的助焊剂，要求表面张力小， 扩展率85%；粘度小于熔融焊料，容易被置换 ；一般助焊剂的比重在0.820.84g/ml，可以用相应的溶剂来稀释调整，焊接后容易清洗。假如采用免清洗助焊剂，要求比重11011。 一般助焊剂免清洗助焊剂 焊料添加剂 防氧化剂 ：可以减少高温焊接时焊料的氧化，不仅可以节约焊料，还能提高焊接质量。 3. 几种改进型波峰焊机 波峰焊机焊接SMT电路板时存在以下问题： 气泡遮蔽效应。 阴影效应。 斜坡式波峰焊机 特点：增加了电路板焊接 面与焊锡波峰接触的长度 ；有利于焊点内的助 焊剂挥发，避免形 成夹气焊点，还能 让多余的焊锡流下 来。 高波峰焊机 适用于THT元器件“长脚插焊”工艺 ，一般，在高波峰焊机的后面配置剪腿机，用来剪短 元器件的引脚。 双波峰焊机 特别适合焊接那些THTSMT混合元器件的 电路板。最常见的波型组合是“紊乱波”“宽平波 ” 。“紊乱波”“宽平波”紊乱波宽平波 选择性波峰焊设备 工作原理是：为保护承受高温的能力较差的SMD-集成电路，在由电路板设计文件转换的程序控制下，小型波峰焊锡槽和喷嘴移动到电路板需要补焊的位置，顺序、定量喷涂助焊剂并喷涌焊料波峰，进行局部焊接。 4. 波峰焊的温度曲线及工艺参数控制理想的双波峰焊的焊接温度曲线如下图所示： 235 26090130第一波峰一般调整 为235240/1s左 右；第二波峰一般设置 在240260/3s左 右。 不同印制电路板在波峰焊时的预热温度 3.4.3 再流焊1. 再流焊工艺概述再流焊也叫做回流焊，主要应用于各类表面安装元器件的焊接。这种焊接技术的焊料是焊锡膏。预先在印 制电路板的焊接部位施放适量和适当形式的焊锡膏，然 后贴放表面组装元器件，焊锡膏将元器件粘在PCB板上，利用外部热源加热，使焊料熔化而再次流动浸润，将 元器件焊接到印制板上。再流焊的特点: 操作方法简单，效率高、质量好、一致性好，节省焊料，是一种适合自动化生产的电子产 品装配技术。再流焊技术的一般工艺流程如下图所示。再流焊 （Re-flow Soldering） 再流焊应用于各类表面安装元器件（SMD）的 焊接。焊料是焊锡膏。 刮锡膏：在印制 电路板的焊接部 位施放适量和适 当形式的焊锡膏 贴片：贴放 SMD，焊锡膏将元器件 粘在PCB板上再流焊：外 部热源加热 ，使焊料熔 化而再次流 动浸润，将 元器件焊接 到印制板上 。2. 再流焊工艺的特点与要求 ：(1) 工艺的特点元件不直接浸渍在熔融的焊料中，所以元件受到的热冲击小 ; 假如贴片元件位置时有一些偏差 ，当焊盘浸润时，由于熔融焊料表面张力的作用，产生自定 位效应（self-alignment），能够自动校正偏差。能在前导工序里控制焊料的施加量，减少了虚焊、桥接等焊接缺陷，所以焊接质量好，可靠性高。再流焊的焊料是能够保证正确组分的焊锡膏，一般不会混入杂质。可以采用局部加热的热源，因此能在同一基板上采用不同的焊接方法进行焊接。工艺简单，返修的工作量很小。 (2) 再流焊的工艺要求 ： 要设置合理的温度曲线。 回流焊的温度曲线分为以下几段：预热、保温干燥、焊接。预热是为了使元器件在焊接时所受的 热冲击最小。元器件一般能忍受的温度变化速率为 4/SEC以下，因此预热阶段升温速率一般控制在 1/SEC3/SEC，同时温升太快会造成焊料溅出 。保温干燥是为了保证焊料助焊剂完全干燥，同时 助焊剂对焊接面的氧化物去除，起活化作用。回流 焊接区，锡膏开始融化并呈流动状态，一般要超过 熔点温度20才能保证焊接质量。为了保证呈流动 状态的焊料可润湿整个焊盘以及元器件的引出端， 要求焊料呈熔融状态的时间为4090秒，这也是决 定是否产生虚焊和假焊的重要因素。 预热区 确定的具体原则是：预热结束时温度：150-160；预热时间：160-180 S；升温的速率3.5/s；再流区峰值温度：一般推荐为焊膏合金熔点温度加20 -40，红外焊为210230；汽相焊为205-215；焊接时间：控制在1560s，最长不要超过90s， 其中，处于225以上的时间小于10s，215以上的 时间小于20s。冷却区降温速率大于10/S；冷却终止温度不大于75。温度曲线的测试方法测试温度曲线的仪表是温度采集器，它可以直接打 印出实测的温度曲线。测试方法及步骤如下：选取测试点（3个） 通常至少应选取三个测试点，它们分别能反映SMA(表面贴装工程)的最高、最低及中间温度的变化。 固定热电偶测试头将热电偶测量头分别可靠的固定到焊接对象的测试点部位，固定方法可采用高温胶带、贴片胶或焊接。进入炉内测试将SMA连同温度采集器一同置于再流焊机传送链/网带上, 随着传送链/网带的运行，温度采集器将自动完成测试全过程, 并将实测的三个“温度曲线”显示或打印出来,它们分别代表了SMA表面最高、最低及中间温度的变化情况。实际温度曲线的确定在实际应用中，影响焊件升温速率的因数很多，使焊件温度变化完全符合理想曲线，是不可能的。不同的体积、表面积及包封材料的元器件，不同材料、厚度及面积的印制电路板，不同的焊膏及涂敷厚度均会影响升温速度，因此，焊件上不同点的温度会有一定的差异，最终只能在诸多因素下确定一个相对最合理与折中的曲线。实际温度曲线是通过调节炉温及传送带速度两个参数来实现 。具体的调节步骤如下：(1) 按照生产量初步设定传送带速，但不能超过再流焊工艺允许的最大（小）速度;(2)凭经验及技术资料初步设定炉温;(3)测试温度曲线:在炉内温度稳定后，进行初次焊接试验，并对SMA的表面温度变化进行首次测定；(4)调整炉温及带速:分析所测得的温度曲线与所设计的温度曲线的差别，进行炉温及带速的调整。(5)重复(3)、（4）过程，直到所测温度曲线与设计的理想温度曲线基本一致为止。 SMT电路板在设计时就要确定焊接方向，应当按照设计方向进行焊接。 在焊接过程中，要严格防止传送带震动。 必须对第一块印制电路板的焊接效果进行判断，适当调整焊接温度曲线。 3. 再流焊炉的结构和主要加热方法 再流焊炉主要由炉体、上下加热源、PCB 传送装置、空气循环装置、冷却装置、排风装 置、温度控制装置以及计算机控制系统组成。按热量传导分类：主要有辐射和对流两种方式 ；按照加热区域分类：整体加热和局部加热。整体加热方法：红外线加热法、气相加热法、热 风加热法、热板加热法；局部加热的方法：激光加热法、红外线聚焦加热 法、热气流加热法、光束加热法。 4. 再流焊类型再流焊由于采用不同的热源，再流焊机有：热板再流焊机、热风再流焊机、红外再流焊机、红外热风再流焊机、汽相再流焊机、激光再流焊机等。不同的加热方式，其工作原理是不同的。 对流/红外再流焊（简称：IR）加热方法:采用红外辐射及强制热风对流的复合加热方式。优点：可弥补下列问题色彩灵敏度：基板组成材料和元件的包封材料对红外线的吸收比例不同；阴影效应：辐射被遮挡而引起的升温不匀。焊接原理: 焊接时，SMA随着传动链匀速地进入隧道 式炉膛，焊接对象在炉膛内依次通过三个区域， 先进入预热区，挥发掉焊膏中的低沸点溶剂， 然后进入再流区，预先涂敷在基板焊盘上的焊膏 在热空气中熔融，润湿焊接面，完成焊接， 进入冷却区使焊料冷却凝固。优点：预热和焊接可在同一炉膛内完成，无污染 ，适合于单一品种的大批量生产；缺点：循环空气会使焊膏外表形成表皮，使内部 溶剂不易挥发，再流焊期间会引起焊料飞溅而产生 微小锡珠，需彻底清洗。 热板再流焊加热方法: SMA与热板直接接触传导热量。与红外再流焊不同的是加热热源是热板。焊接原理：与上述相同。适用性：小型单面安装的基板，通常应用于厚膜电路的生产。 汽相再流焊（简称：VPS） 加热方法：通过加热一种氟碳化合物液体（俗称“氟油”），使之达