提高WSM3000波峰焊機焊接質量的方法

摘要：本文介紹了WSM3000波峰焊機結構及波峰焊工藝技術，進行了焊接質量主要缺陷的分析，并分別從焊接前PCB質量及元器件的預處理、波峰焊接過程中焊接材料的質量控制及焊接過程中生產工藝參數的調整等方面探討了提高波峰焊接質量的有效措施及方法。

關鍵詞：波峰焊 PCB 焊接缺陷 焊接質量 方法

1 波峰焊技術工藝簡介

波峰焊是將熔融的液態焊料，借助于泵的作用，在焊料槽的液面形成特定形狀的焊料波，插裝好元器件的印制電路板置于軌道上，以某一特定的爬升角度和一定的浸入深度通過焊料波峰，焊接面與波峰相接觸，從而實現印制板上所有需要焊接的焊點一次性全部焊接的過程。波峰焊主要適用于通孔插裝印制電路板單裝工藝以及表面組裝與通孔插裝混裝工藝的焊接。波峰焊作為第三代焊接技術，目前在電子制造領域仍發揮著重要的作用。

實現波峰焊的設備稱為波峰焊機。我單位使用的是WSM3000波峰焊機，其主要結構是入板導軌、鈦爪傳送帶、助焊劑噴霧裝置、預熱裝置、雙波峰錫爐、電氣控制系統、助焊劑添加裝置、線路板前接駁裝置、噴霧調節裝置、助焊劑回收裝置、波峰高度調節裝置、雙波峰焊錫噴口、雙波峰焊接裝置、調節傳送帶傾斜度輪、洗鈦爪氣霧裝置、冷卻裝置。波峰焊機工藝流程是已插好件的PCB——進入導軌——噴涂助焊劑——預熱——雙波峰焊接——冷卻——已焊接PCB。

2 WSM3000波峰焊機焊接缺陷分析

在WSM3000波峰焊機焊工作過程中，出現了一些焊接質量缺陷問題，下面對主要缺陷進行分析。

2.1 焊點不飽滿

原因分析：①可能由于助焊劑的噴涂量有些少，使焊點的可焊性有所降低；②PCB 預熱和焊接溫度過高，使焊料的黏度過低，吸附到焊點的能力降低；③預熱溫度不好，溫度過低不易沾錫；④導軌傳送速度過快，焊錫未充分浸潤，形成不了飽滿的焊點；⑤焊錫波峰不平穩，浸潤不好，造成有些焊點不飽滿；⑥PCB 爬坡角度偏小，當焊錫波峰接觸焊接面時，不利于焊劑排氣，造成焊點不飽滿；⑦元件引腳或焊盤氧化，可焊性變差，不易沾錫；⑧插裝元器件引腳細焊盤相對大，焊料被張力拉到焊盤上，造成焊點干癟；⑨錫鍋內焊錫有較多浮渣，影響形成飽滿焊點；⑩雙波峰的“湍流波”和“平穩波”高度偏低，接觸焊點面積小，形成不了飽滿的焊點。

2.2 焊點錫量過多

原因分析：①可能由于軌道輸送PCB的傾角過小，使得焊點沾錫過厚；②焊接溫度過低或鈦爪傳送帶傳送速度過快導致焊接時間太少，使焊料的黏度過大，致使多余的焊錫回落不到錫槽；③預熱溫度不夠，PCB沾錫時吸熱，致使實際焊接溫度降低，焊料黏度增大；④助焊劑的比重過大導致活性變差，使焊點吃錫較多；⑤焊料中雜質多，使錫的比例下降，焊料的黏度增加，流動性變得差，易附著在焊點上。

2.3 形成橋接

原因分析：①可能由于預熱溫度不足，焊接時使實際焊接溫度降低，焊料黏度增大，焊料容易聚集在一起形成橋接；②導軌傳輸速度過快，致使焊接時間不夠，焊料沒有來得及回落形成橋接；③PCB線路設計不合理，線路或焊盤間距離過小，使焊料很容易短接在一起；④插裝的元器件引腳不正，焊接前引腳相距太近或已接觸；⑤助焊劑比重過大，吃錫過多，相互間橋接；⑥鈦爪傳送帶輸送傾角太小，焊接時間過長，產生橋接；⑦焊料中殘渣較多，被泵帶到焊點處造成橋接。

2.4 虛焊、漏焊

原因分析：①元器件引腳、焊端或PCB的焊盤氧化或有污物，可焊性差不易沾錫，造成虛焊；②PCB不平、翹曲，使翹起部位波峰接觸不良；③波峰兩側高度不夠平滑，波峰低處與PCB接觸不良，造成漏焊；④導軌兩側不平行，使PCB接觸波峰時不平行，易造成一側漏焊；⑤預熱溫度過高，使噴涂到PCB的助焊劑活性變差，造成浸潤不良；⑥PCB焊點走向與波峰方向不合理，出現陰影效應造成漏焊。

2.5 焊點拉尖

原因分析：①錫槽焊接溫度不足，使熔融焊料的黏度過大，造成拉尖現象；②預熱溫度設置偏低，PCB與波峰接觸時吸熱，造成焊接溫度降低，形成拉尖；③導軌傳送速度過快，焊點沾錫時間太短，產生拉尖。

2.6 焊點灰暗

原因分析：①焊接時間偏長，使助焊劑揮發掉，造成焊點表面失去光澤；②預熱溫度過高，使助焊劑活性變差，焊點不光亮；③助焊劑本身質量不好，濃度太低，活性變差，使焊點灰暗；④錫槽中焊料合金中，錫的含量比例過低也可使焊點較為灰暗。

2.7 焊錫沖上印制板

原因分析：①印制板壓錫深度太深，焊錫上板；②波峰高度設置太高，高于板面；③PCB翹曲變形，板前端低處易沖上焊錫。

2.8 掉板或卡板

原因分析：①導軌寬度相對于PCB略寬，在傳輸過程中，鈦爪傳輸帶中間稍有不平或焊接時波峰沖擊PCB，使PCB位置左右晃動，出現掉板或卡板；②通孔插裝元器件的引腳過長，在焊接過程中，碰觸焊錫槽邊緣，帶動PCB發生上下及左右位置移動，出現掉板或卡板現象。

3 提高WSM3000波峰焊機焊接質量的方法和措施

通過上述分析可看出波峰焊實際上是一項要求各方面協調的系統工程，通過對影響焊接質量的因素進行分析和歸納，進一步找到減少波峰焊接缺陷的方法，提高WSM3000波峰焊機焊接質量。

3.1 通過對焊接前PCB 質量及元器件的控制，提高可焊性，來解決焊接的質量缺陷，提高焊接質量。

①PCB妥善保存。在波峰焊接過程中，要保證PCB焊盤的可焊性，因此，PCB應妥善保管，應盡量保存在清潔、干燥的環境下，并且存儲時間不宜過長，否則，其表面易氧化。對于有氧化的PCB 要做清除氧化層處理，以提高其可焊性，減少虛焊和橋接的發生。

②保持PCB平整。波峰焊對PCB的平整度有很高的要求，一般1.5mm厚的PCB要求翹曲度小于0.5mm，所以要對翹曲度大的PCB進行平整處理，以免造成虛焊和切腳困難等問題；可把信息反饋給PCB生產廠，提高PCB加工質量。

③元器件保存與處理。元器件引腳的可焊性影響波峰焊，元器件應保存在干燥、清潔的環境下，并且盡量縮短儲存時間；對長時間存放的元器件要進行預處理，對表面有氧化和污物的元器件引腳一定要先清除掉，并搪上一層錫。對已插裝好的元器件的長引腳應切掉，露出PCB焊接面不超過1cm，防止引腳太長碰觸錫槽邊緣發生掉板現象。

3.2 通過對波峰焊焊接材料的控制來解決波峰焊的質量缺陷，提高焊接質量。

①助焊劑的控制。助焊劑在波峰焊接工藝中起著至關重要的作用，它的作用是去除氧化層，防止在加熱過程中的再度氧化，有助于焊接。因此要保證助焊劑的活性，可適當地在松香助焊劑中加入適當的活性劑，以增強助焊劑的活性，焊接時更好的形成合金層。對助焊劑量少，可適當加大助焊劑噴涂量，通過調整氣缸的進出氣缸壓力和噴霧的針閥大小和噴霧大小來調整助焊劑噴涂量。

②保證焊錫的質量。焊錫中錫的比例要保證，并要保持錫鍋中雜質的含量要低。250℃的焊接溫度使錫鉛焊料不斷氧化，并使錫的含量不斷降低，造成共晶點偏離，造成虛焊、橋接等質量缺陷。因此，可添加還氧化劑，使已氧化的氧化錫還原為錫，減少錫渣的產生；還可以在錫爐加熱時，添加一定量的錫，保證錫的含量不低于61.4%；再是及時除去焊料槽表面的浮渣；必要時，錫槽中的焊料全部換掉；如果有條件可采用氮氣保護法的措施，使焊料與空氣隔絕，避免產生浮渣。

3.3 通過對焊接過程中工藝參數的調整，來消除焊接的質量缺陷，提高焊接質量。

①預熱溫度的設置。預熱是為了保證PCB在焊接前達到一定的溫度，以免在焊接時受到熱沖擊使PCB翹曲變形，并且還可防止焊點產生爆裂，影響焊點質量。預熱溫度一般設置在110℃左右，預熱時間可控制在2分鐘左右。

②傳輸速度的調整。印制板在波峰焊機上的傳輸速度決定了焊接時間，波峰焊的焊接時間可以通過調整傳送系統的速度來控制。鈦爪傳送帶的速度，要根據波峰焊機的長度、預熱溫度、焊接溫度等進行調整。為保證每個焊點在波峰中的焊接時間為3秒左右，即50mm左右的行程對應著3秒的時間，則傳輸速度可取1000mm/min左右。

③波峰的控制。波峰高度的調整是通過波峰的頻率調整來完成的，平穩的波峰可以使整塊PCB在焊接時間內獲得均勻的焊接。雙波峰第一個“湍流波”的高度應低于第二個“平穩波”高度。波峰高則易沖上電路板，波峰低則接觸不到焊盤。為保證焊接時PCB的壓錫深度為PCB的1/2～2/3，雙波峰的高度還和鈦爪傳送帶的坡度有關系，應配合調整，波峰的工作高度一般取F11.5和F13.5效果較好。

④焊接溫度的控制。焊接溫度一定要合適，如焊接溫度偏低，液體焊料的粘性大，不能很好地在金屬表面浸潤和擴散，就容易產生拉尖和橋接、焊點表面粗糙等缺陷；如焊接溫度過高，容易損壞元器件，還會由于焊劑被碳化失去活性、焊點氧化速度加快，產生焊點發烏、不飽滿等問題。波峰表面溫度，一般應該在250±5℃的范圍之內。以每個焊點接觸波峰的時間來表示焊接時間，一般焊接時間約為3s左右。雙波峰焊的第一波峰一般調整為235～240℃/1s左右，第二波峰一般設置在240～260℃/2s左右。

⑤軌道的調整。導軌的寬度一定要與PCB的寬度一致，在PCB傳到鈦爪傳輸帶時，應使PCB與鈦爪傳輸帶間的尺寸適應，不能太緊和留縫隙太大，否則易產生掉板或卡板。整個軌道的傾角應控制在5～7度之間，與波峰高度配合調整，避免傾角過大易產生虛焊和傾角過小易產生橋接等問題。

⑥冷卻區溫度控制。為了減少印制線路板的受高熱時間，防止印制線路板變形，提高印制導線與基板的附著強度，增加焊接點的牢固性，焊接后應立即冷卻。冷卻區溫度應根據產品的工藝要求、環境溫度以及PCB傳送速度等來確定。可對采用風機的強制風冷進行控制，可通過調整風扇轉速來進行調整。

4 結語

波峰焊接是一個系統工程，影響焊接質量的因素也很多，本文僅討論焊接過程中的質量控制問題。對于PCB圖形設計的工藝性、PCB的制造工藝的加工生產質量等這里沒有闡述。綜合調整控制工藝參數，對提高波峰焊質量非常重要。焊接溫度和時間，與預熱溫度、焊料波峰的溫度、軌道的傾斜角度、傳輸速度都有關系。通過上述的波峰焊接質量缺陷分析和針對性的措施采用，WSM3000波峰焊機的焊接質量有了明顯的提高。

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作者簡介：李宗寶（1965-），男，山東淄博人，本科，碩士，副教授，高級工程師，主要研究方向：電子技術應用。