波峰焊接常見(jiàn)不良情況

波峰焊接是一種借助泵壓作用，使熔融的液態(tài)焊料表面形成特定形狀的焊料波，當(dāng)插裝了元器件的裝聯(lián)組件以定角度通過(guò)焊料波時(shí)，在引腳焊區(qū)形成焊點(diǎn)的工藝技術(shù)。在波峰焊接過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)以下常見(jiàn)不良情況：

• 多錫（PTH焊料填充過(guò)度）：

• 元件焊端和引腳有過(guò)多的焊料包圍，潤(rùn)濕角大于90°。產(chǎn)生原因包括焊接溫度過(guò)低或傳送帶速度過(guò)快，使熔融焊料的黏度過(guò)大；PCB預(yù)熱溫度過(guò)低，焊接時(shí)元件與PCB吸熱，使實(shí)際焊接溫度降低；助焊劑的活性差或比重過(guò)??；焊盤、插裝孔或引腳可焊性差，不能充分浸潤(rùn)，產(chǎn)生的氣泡裹在焊點(diǎn)中；焊料中錫的比例減少，或焊料中雜質(zhì)Cu的成份高，使焊料黏度增加、流動(dòng)性變差；焊料殘?jiān)嗟取?/p>

• 焊料填充不足（PTH焊料填充不足、白斑、拉尖、退潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕等）：

• 插裝孔及導(dǎo)通孔焊料不飽滿，焊料未爬到元件面的焊盤上?？赡苁荘CB預(yù)熱和焊接溫度過(guò)高，使焊料的黏度過(guò)低；插裝孔的孔徑過(guò)大，焊料從孔中流出；插裝元件細(xì)引線大焊盤，焊料被拉到焊盤上，使焊點(diǎn)干癟；金屬化孔質(zhì)量差或阻焊劑流入孔中；PCB爬坡角度偏小，不利于焊劑排氣等因素導(dǎo)致。

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• 焊點(diǎn)橋接或短路：

• PCB設(shè)計(jì)不合理，焊盤間距過(guò)窄；插裝元件引腳不規(guī)則或插裝歪斜，焊接前引腳之間已經(jīng)接近或已經(jīng)碰上；PCB預(yù)熱溫度過(guò)低，焊接時(shí)元件與PCB吸熱，使實(shí)際焊接溫度降低；焊接溫度過(guò)低或傳送帶速度過(guò)快，使熔融焊料的黏度降低；阻焊劑活性差等原因可能造成這種不良情況。

• 潤(rùn)濕不良、漏焊、虛焊：

• 元件焊端、引腳、印制板基板的焊盤氧化或污染，或PCB受潮；Chip元件端頭金屬電極附著力差或采用單層電極，在焊接溫度下產(chǎn)生脫帽現(xiàn)象；PCB設(shè)計(jì)不合理，波峰焊時(shí)陰影效應(yīng)造成漏焊；PCB翹曲，使PCB翹起位置與波峰焊接觸不良；傳送帶兩側(cè)不平行（尤其使用PCB傳輸架時(shí)），使PCB與波峰接觸不平行；波峰不平滑，波峰兩側(cè)高度不平行（電磁泵波峰焊機(jī)的錫波噴口被氧化物堵塞時(shí)，波峰出現(xiàn)鋸齒形）容易造成漏焊、虛焊；助焊劑活性差，造成潤(rùn)濕不良；PCB預(yù)熱溫度過(guò)高，使助焊劑碳化，失去活性，造成潤(rùn)濕不良等。

• 焊點(diǎn)拉尖：

• PCB預(yù)熱溫度過(guò)低，使PCB與元器件溫度偏低，焊接時(shí)元件與PCB吸熱；焊接溫度過(guò)低或傳送帶速度過(guò)快，使熔融焊料的黏度過(guò)大；電磁泵波峰焊機(jī)的波峰高度太高或引腳過(guò)長(zhǎng)，使引腳底部不能與波峰接觸；助焊劑活性差；焊接元件引線直徑與插裝孔比例不正確，插裝孔過(guò)大，大焊盤吸熱量大等情況會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)拉尖。

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• 板面臟污：

• 主要由于助焊劑固體含量高、涂敷量過(guò)多、預(yù)熱溫度過(guò)高或過(guò)低，或由于傳送帶爪太臟、焊料鍋中氧化物及錫渣過(guò)多等原因造成。

• PCB變形：

• 一般發(fā)生在大尺寸PCB，由于大尺寸PCB重量大或由于元器件布置不均勻造成重量不平衡。

• 掉片（丟片）：

• 貼片膠質(zhì)量差，或貼片膠固化溫度不正確，固化溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)降低粘接強(qiáng)度，波峰焊接時(shí)經(jīng)不起高溫沖擊和波峰剪切力的作用，使貼裝元件掉在料鍋中。

• 電極氣泡：

• 在焊接過(guò)程中，電極附近出現(xiàn)氣泡?？赡茉虬ê副P上有焊通孔、元件附近的膠層不穩(wěn)定或飽和，或是波峰爐中的氣體未完全排除。

• 引腳損傷：

• 焊接引腳出現(xiàn)變形或損傷?？赡苁呛附舆^(guò)程中引腳受力過(guò)大、引腳與焊盤配合不合適或焊接溫度過(guò)高所致。

• 引腳偏移：

• 焊接引腳位置相對(duì)于焊盤中心有較大的偏離。可能因?yàn)楹副P孔偏移、引腳與焊盤孔配合松動(dòng)或使用不合適的焊接參數(shù)。

波峰焊接不良情況的改進(jìn)措施

針對(duì)波峰焊接中的不良情況，可以采取以下改進(jìn)措施：

• 優(yōu)化焊接參數(shù)：

• 軌道傾角對(duì)焊接效果有明顯影響，特別是在焊接高密度SMT器件時(shí)。當(dāng)傾角太小時(shí)，較易出現(xiàn)橋接，特別是焊接中SMT器件的“遮蔽區(qū)”更易出現(xiàn)橋接；而傾角過(guò)大，雖然有利于橋接的消除，但焊點(diǎn)吃錫量太小，容易產(chǎn)生虛焊。軌道傾角應(yīng)控制在5° - 7°之間。

• 波峰的高度會(huì)因焊接工作時(shí)間的推移而有一些變化，應(yīng)在焊接過(guò)程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，以壓錫深度為PCB厚度的1/2 - 1/3為準(zhǔn)。通過(guò)精確調(diào)整波峰高度和PCB通過(guò)的速度，可以保證焊錫均勻覆蓋焊盤，同時(shí)避免焊接橋連等問(wèn)題。傳送帶速度過(guò)快或過(guò)慢都會(huì)影響焊接質(zhì)量，需要根據(jù)具體的焊接情況進(jìn)行調(diào)整。

• 焊接溫度對(duì)焊接質(zhì)量影響顯著。溫度過(guò)低時(shí)，焊料的擴(kuò)展率、潤(rùn)濕性能變差，容易產(chǎn)生虛焊、拉尖、橋接等缺陷；溫度過(guò)高時(shí)，則加速了焊盤、元器件引腳及焊料的氧化，也易產(chǎn)生虛焊。一般焊接溫度應(yīng)控制在250±5℃。同時(shí)，預(yù)熱溫度也很關(guān)鍵，預(yù)熱可以使助焊劑中的溶劑充分揮發(fā)，讓印制板在焊接前達(dá)到一定溫度，以免受到熱沖擊產(chǎn)生翹曲變形。通常預(yù)熱溫度控制在180 - 200℃，預(yù)熱時(shí)間1 - 3分鐘。

• 溫度控制：

• 波峰高度和速度：

• 軌道傾角：

• 提高PCB和元器件質(zhì)量：

• 元器件先到先用，不要存放在潮濕的環(huán)境中，不要超過(guò)規(guī)定的使用日期，以防止元件焊端、引腳氧化或污染。對(duì)于表面貼裝元器件，可選擇三層端頭結(jié)構(gòu)的，其元件本體和焊端能經(jīng)受兩次以上的260℃波峰焊的溫度沖擊。對(duì)于引腳有損傷、變形或者與焊盤配合不合適的元器件要進(jìn)行調(diào)整或更換，例如引腳偏移問(wèn)題可能需要檢查焊盤孔位置、更換焊盤或調(diào)整焊接參數(shù)來(lái)解決。

• 在設(shè)計(jì)插件元件焊盤時(shí)，焊盤大小尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)合適。焊盤太大，焊料鋪展面積較大，形成的焊點(diǎn)不飽滿，而較小的焊盤銅箔表面張力太小，形成的焊點(diǎn)為不浸潤(rùn)焊點(diǎn)。孔徑與元件引線的配合間隙太大，容易虛焊，當(dāng)孔徑比引線寬0.05 - 0.2mm，焊盤直徑為孔徑的2 - 2.5倍時(shí)，是焊接比較理想的條件。對(duì)于貼片元件焊盤設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮讓端或引腳正對(duì)著錫流的方向，以利于與錫流的接觸，減少虛焊和漏焊。同時(shí)，波峰焊接不適合于細(xì)間距QFO、PLCC、BGA和小間距SOP器件焊接，要波峰焊接的這一面盡量不要布置這類元件，較小的元件不應(yīng)排在較大元件后，以免較大元件妨礙錫流與較小元件的焊盤接觸造成漏焊。另外，要確保PCB板的平整度，一般要求翹曲度要小于0.5mm，如果大于0.5mm要做平整處理，尤其是薄的印制板更要嚴(yán)格控制翹曲度，否則無(wú)法保證焊接質(zhì)量。

• 提高PCB板的加工質(zhì)量，如金屬化通孔的質(zhì)量等。如果出現(xiàn)金屬化孔質(zhì)量差或阻焊劑流入孔中的情況，可能導(dǎo)致焊料填充不足等問(wèn)題，需要反映給PCB加工廠提高加工質(zhì)量。

• PCB設(shè)計(jì)與加工：

• 元器件質(zhì)量與管理：

• 助焊劑和焊料管理：

• 錫鉛焊料在高溫下（250℃）不斷氧化，使錫鍋中錫 - 鉛焊料含錫量不斷下降，偏離共晶點(diǎn)，導(dǎo)致流動(dòng)性差，出現(xiàn)連焊、虛焊、焊點(diǎn)強(qiáng)度不夠等質(zhì)量問(wèn)題?？刹捎锰砑友趸€原劑使已氧化的SnO還原為Sn，減小錫渣的產(chǎn)生；不斷除去浮渣；每次焊接前添加一定量的錫；采用含抗氧化磷的焊料；采用氮?dú)獗Ｗo(hù)（讓氮?dú)獍押噶吓c空氣隔絕開(kāi)來(lái)，取代普通氣體，避免錫渣的產(chǎn)生，但這種方法要求對(duì)設(shè)備改型，并提供氮?dú)猓壳白詈玫姆椒ㄊ窃诘獨(dú)獗Ｗo(hù)的氛圍下使用含磷的焊料，可將浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少、工藝控制最佳）等方法來(lái)保證焊料質(zhì)量。

• 助焊劑在焊接質(zhì)量的控制上舉足輕重，其作用包括除去焊接表面的氧化物、防止焊接時(shí)焊料和焊接表面再氧化、降低焊料的表面張力、有助于熱量傳遞到焊接區(qū)。目前，波峰焊接所采用的多為免清洗助焊劑。選擇助焊劑時(shí)要求熔點(diǎn)比焊料低、浸潤(rùn)擴(kuò)散速度比熔化焊料快、粘度和比重比焊料小、在常溫下貯存穩(wěn)定。如果助焊劑出現(xiàn)活性差等問(wèn)題，需要更換焊劑或調(diào)整適當(dāng)?shù)谋壤?。另外，助焊劑的涂敷量也要控制好，涂敷量過(guò)多可能導(dǎo)致板面臟污等問(wèn)題，過(guò)少可能造成潤(rùn)濕不良等情況。

• 助焊劑：

• 焊料：

• 設(shè)備維護(hù)與清潔：

• 保持波峰焊機(jī)的良好狀態(tài)，例如電磁泵波峰焊機(jī)的波峰噴口如果被氧化物堵塞時(shí)，會(huì)使波峰出現(xiàn)鋸齒形，容易造成漏焊、虛焊等問(wèn)題，所以要定期清理波峰噴嘴。傳送帶爪如果太臟也可能造成板面臟污等不良情況，需要定期清潔。同時(shí)，每天結(jié)束工作時(shí)應(yīng)清理焊料殘?jiān)?，防止殘?jiān)^(guò)多影響焊接質(zhì)量。

波峰焊接不良案例分析

案例一：PCBA波峰焊接過(guò)程中出現(xiàn)吹孔、焊料不飽滿及虛焊案例

• 現(xiàn)象描述：某系統(tǒng)產(chǎn)品PCBA，在波峰焊接過(guò)程中多個(gè)元器件孔出現(xiàn)吹孔、焊料不飽滿及虛焊等缺陷。

• 問(wèn)題定位：經(jīng)分析，排除了波峰焊接參數(shù)導(dǎo)致的影響，確認(rèn)為PCB來(lái)料問(wèn)題。對(duì)吹孔部位的切片觀察，發(fā)現(xiàn)焊接不良區(qū)域的焊點(diǎn)表面光亮，除有吹孔外，焊料對(duì)焊盤潤(rùn)濕良好。進(jìn)一步對(duì)有問(wèn)題的PCBA吹孔處做切片分析，查看孔壁銅鍍層的厚度和孔壁鍍層表面的粗糙度。

• 機(jī)理分析：

• 對(duì)不良PTH孔壁鍍銅厚度（要求≥20μm）測(cè)試，結(jié)果在工藝要求范圍內(nèi)；對(duì)不良PTH孔壁粗糙度（要求≤25.4μm）測(cè)試，也在工藝要求范圍內(nèi)。

• 該板虛焊的插件孔的成品孔徑要求為0.4±0.08mm，實(shí)測(cè)成品孔徑為0.45mm，偏上限；測(cè)量元器件引腳的直徑為0.1mm，元器件引腳只占插件孔徑的22%；而業(yè)界一般控制元器件引腳直徑應(yīng)占插件孔徑的30% - 50%，其焊料爬升條件最理想，該P(yáng)CB插件孔的成品孔徑偏大，導(dǎo)致孔壁與元器件引腳之間的空隙較大，焊料爬升較困難，從而造成焊料不足。

• 觀察切片發(fā)現(xiàn)氣孔從孔壁處吹出，由于PCB受潮有殘留的水汽在孔內(nèi)，并且因元器件孔徑與孔壁的空隙大而焊接時(shí)間只有3 - 5s，在孔內(nèi)的氣泡不能及時(shí)散發(fā)出或殘留的氣泡吹出造成焊料不飽滿的現(xiàn)象。因設(shè)備原因?qū)е翽CB厚板藥水交換困難，除膠不凈使樹(shù)脂上吸附鈀效果不好，會(huì)有局部空洞，從而導(dǎo)致PTH孔壁銅層局部區(qū)域缺失形成空洞；沉銅缸HCH0含量偏低，導(dǎo)致整個(gè)銅缸的活性降低，沉積速率下降，引起PCB背光不良；未按工藝要求操作，沒(méi)有隔齒插架，造成背光不良；PCB受潮，殘留在孔內(nèi)的氣泡不能及時(shí)散發(fā)出或形成的氣泡吹出造成焊料不飽滿。

• 此款PCB為6月24日l(shuí)#線生產(chǎn)，PCB的厚度為2.4mm，縱橫為6.58，工藝文件要求沉銅時(shí)采用隔齒插架或兩次沉銅方式生產(chǎn)，但實(shí)際只進(jìn)行了一次沉銅并未隔齒插架，違反工藝文件要求。

• 生產(chǎn)當(dāng)日壞機(jī)記錄發(fā)現(xiàn)上午8:30活化缸振動(dòng)裝置已壞，除膠缸振動(dòng)裝置松動(dòng)，造成PCB的PTH孔中鈀吸附不良，在沉銅時(shí)因孔中局部缺鈀而形成空洞。

• 生產(chǎn)當(dāng)日藥水化驗(yàn)記錄，早上9:00時(shí)HCH0只有4.5g/l（要求為8g/l），上午11:00時(shí)HCH0只有5.64g/l，HCH0含量過(guò)低會(huì)影響背光，并且未對(duì)不合格藥水所生產(chǎn)的板進(jìn)行追蹤。

• 生產(chǎn)當(dāng)日背光記錄，1#線背光按正常流程進(jìn)行（2h做一次背光），對(duì)出問(wèn)題的PCB板工藝要求隔齒插架并檢查背光，而生產(chǎn)時(shí)此板未做背光。

• PTH生產(chǎn)相關(guān)問(wèn)題：

• 孔壁相關(guān)分析：

• 解決措施：

• 插件孔鉆孔時(shí)的孔徑補(bǔ)償由原來(lái)的0.15mm改為0.10mm，以改善因孔大而元器件引腳小使間隙過(guò)大所帶來(lái)的負(fù)面影響。

• 為防止PCB受潮，應(yīng)在140℃下烘烤2h，每疊不超過(guò)40pcs。

• 倉(cāng)庫(kù)存放區(qū)域應(yīng)進(jìn)行溫度、濕度管控，要求溫度≤30℃，濕度≤75%。出貨前檢查濕度指示卡有無(wú)變色至20%以上（PCB受潮）。

案例二：波峰焊LED燈一腳透錫，一腳不透錫案例

• 現(xiàn)象描述：波峰焊LED燈出現(xiàn)一腳透錫，一腳不透錫的情況。

• 分析手段：運(yùn)用金相切片分析的手段，研究焊接工藝過(guò)程和問(wèn)題原因。

• 可能原因推測(cè)：

• 引腳與焊盤的可焊性差異，可能其中一個(gè)引腳表面存在輕微氧化或者污染，影響了焊料的潤(rùn)濕和爬升。

• PCB設(shè)計(jì)方面，如引腳對(duì)應(yīng)的焊盤在熱傳導(dǎo)或者焊料流動(dòng)路徑上存在差異，例如其中一個(gè)焊盤周圍有阻礙焊料流動(dòng)的線路布局或者阻焊層設(shè)計(jì)不合理。

• 焊接過(guò)程中，波峰的不均勻性，可能導(dǎo)致兩個(gè)引腳接觸到的焊料波的狀態(tài)不同，例如波峰高度、溫度或者流速在兩個(gè)引腳位置存在差異。

案例三：由PCB變形導(dǎo)致的波峰焊接不良

• 現(xiàn)象描述：在大尺寸PCB的波峰焊接中，出現(xiàn)焊接不良情況，如部分區(qū)域漏焊、虛焊等。

• 原因分析：

• 大尺寸PCB由于重量大或者元器件布置不均勻造成重量不平衡，從而導(dǎo)致PCB變形（翹曲）。當(dāng)PCB翹曲度超出一定范圍（一般要求小于0.5 - 1.0%）時(shí)，會(huì)使PCB翹起位置與波峰焊接觸不良，影響焊料與焊盤、引腳的充分接觸，進(jìn)而導(dǎo)致焊接不良。

• 解決措施：

• 在PCB設(shè)計(jì)時(shí)盡量使元器件分布均勻，在大尺寸PCB中間設(shè)計(jì)工藝邊以增強(qiáng)其平整度。如果已經(jīng)出現(xiàn)變形，可以采用一些物理方法進(jìn)行校正，如使用夾具固定或者進(jìn)行加熱整形等，使翹曲度達(dá)到波峰焊接的要求范圍。

波峰焊接質(zhì)量提升方法

一、焊接前的質(zhì)量控制

（一）PCB板質(zhì)量控制

• 設(shè)計(jì)優(yōu)化：

• 在設(shè)計(jì)插件元件焊盤時(shí)，要確?？讖脚c元件引線的配合間隙合適，一般當(dāng)孔徑比引線寬0.05 - 0.2mm，焊盤直徑為孔徑的2 - 2.5倍時(shí)，焊接條件較為理想。對(duì)于貼片元件焊盤，應(yīng)考慮其布局方向，盡量讓端或引腳正對(duì)著錫流的方向，以減少虛焊和漏焊。同時(shí)，避免在波峰焊接面布置不適合波峰焊的細(xì)間距QFO、PLCC、BGA和小間距SOP器件，還要注意元件排列順序，較小的元件不應(yīng)排在較大元件后，防止較大元件妨礙錫流與較小元件的焊盤接觸造成漏焊。

• 合理設(shè)計(jì)PCB板的布局，對(duì)于大尺寸PCB，要注意元器件分布均勻，避免因重量不平衡導(dǎo)致PCB變形?？梢栽诖蟪叽鏟CB中間設(shè)計(jì)工藝邊，提高PCB的平整度和穩(wěn)定性，有助于波峰焊接時(shí)與焊料波的良好接觸，保證焊接質(zhì)量。

• 平整度控制：

• 波峰焊接對(duì)印制板的平整度要求很高，一般要求翹曲度要小于0.5mm，如果大于0.5mm要做平整處理。尤其是厚度較?。ㄈ?.5mm左右）的印制板，其翹曲度要求更嚴(yán)格，否則無(wú)法保證焊接質(zhì)量。對(duì)于已經(jīng)變形的PCB，可以采用物理方法如夾具固定、加熱整形等方式進(jìn)行校正，使其達(dá)到波峰焊接的要求。

• 清潔與保存：

• 在焊接

波峰焊過(guò)爐治具清洗劑W4000H介紹：

波峰焊過(guò)爐治具清洗劑W4000H是一款新型的水基清洗劑，采用合明科技專利技術(shù)研發(fā)，用于清洗焊接治具、夾具、旋風(fēng)分離器和冷凝管上被烘焙的助焊劑、松香、油污等頑固殘留物質(zhì)。該產(chǎn)品攻克了堿性清洗劑對(duì)鋁合金治具等敏感材料不兼容的行業(yè)難題，對(duì)鋁合金、合成石、玻纖材料等均具有優(yōu)良的材料兼容性。因其清洗力強(qiáng)、材料兼容性好、不含鹵素、氣味小、無(wú)泡沫等優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)適用于超聲波、噴淋、浸泡和手工刷洗等多種清洗工藝，且使用壽命是傳統(tǒng)表面活性劑型清洗劑的3-10倍。

波峰焊過(guò)爐治具清洗劑W4000H的產(chǎn)品特點(diǎn)：

1、適用于超聲波、噴淋、浸泡和手工刷洗等多種清洗工藝。

2、不含鹵素、氣味小、無(wú)泡沫，使用安全。

3、使用壽命是傳統(tǒng)表面活性劑型清洗劑的3-10倍，大幅度降低了使用成本。

4、超強(qiáng)的清洗力能夠完全清除所有類型的錫膏和助焊劑殘留物,且清洗過(guò)程中不易起泡。

5、對(duì)黃銅，玻璃，陶瓷，橡膠，塑料，鋼，復(fù)合材料，鑄鐵、鋁合金等敏感材料具安全兼容性。

6、清洗非頑固污垢時(shí)，可將清洗劑用DI水稀釋1倍后使用，同樣能達(dá)到很好的清洗效果。

波峰焊過(guò)爐治具清洗劑W4000H的適用工藝：

W4000H適用于超聲波清洗工藝、噴淋清洗工藝、手工刷洗和浸泡等清洗方式。

波峰焊過(guò)爐治具清洗劑W4000H的產(chǎn)品應(yīng)用：

W4000H水基清洗劑可清洗焊接治具、夾具、旋風(fēng)分離器和冷凝管上被烘焙的助焊劑、松香、油污等頑固殘留物質(zhì)，對(duì)各種類型的助焊劑和錫膏殘留都有非常好的溶解性。