波峰焊焊接工藝的應用研究

陸雙鳳

摘要：近些年，雖然鐵路信號專用設備和軌道交通信號控制設備的PCBA組件通孔元器件所占比例越來越少，但是因其高可靠性，短期內還會一直使用，而且對通孔元器件焊接品質的要求會越來越高，焊接難度也會越來越大，傳統的手工焊、波峰焊在焊接能力和品質上已很難滿足需求。而具有工藝窗口寬、焊接能力強、焊接品質高、一致性好、焊接殘留少等優點的選擇性波峰焊，卻得到了廣大用戶的認可，應用也越來越廣泛，在諸如汽車、電子等行業甚至已完全取代傳統的手工焊和波峰焊工藝。

關鍵詞：波峰焊焊接；工藝；應用

1選擇性波峰焊工藝

選擇性波峰焊工藝是一種借助選擇性波峰焊機，對通孔元器件進行選擇性焊接的波峰焊工藝。與波峰焊機構造相同，選擇性波峰焊機也由助焊劑噴涂、預熱、焊接3個基本模塊組成。焊接特點體現在：首先，選擇性噴涂助焊劑，可只對特定元器件引腳噴涂助焊劑；其次，預熱能力很強大，有很多種組合方式，預熱時間、加熱管輸出功率和數量都可單獨設定，甚至在焊接段也可配置頂部預熱；最后，選擇性焊接通常采用圓形噴嘴，最小內徑/外徑為3.0 mm/4.5 mm，焊料接觸印制板為圓形，與波峰焊的長條形不同，因此可以實現選擇性焊接。如果采用點焊，每個器件的焊接時間可單獨設置；如果采用拖焊，則可設定噴嘴移動速度來控制每個焊點的焊接時間，還可通過設置焊接噴嘴輔助收錫等動作，保證焊接的品質。

選擇性波峰焊具有以下優點：①可以對每個器件焊點定制工藝參數，焊接能力更強，焊接質量和焊接一致性更好；②助焊劑消耗量少，殘留少；③由于錫鍋小，比波峰焊能耗更少（選擇性波峰焊機錫鍋容量十幾公斤，波峰焊機錫鍋容量五六百公斤）；④由于焊接時用氮氣保護，焊接產生錫渣少；⑤焊接雙面回流工藝PCBA時，不必特意定制工裝。

選擇性波峰焊機國外制造商有德國ERSA、SEHO、INERTEC，荷蘭Vitronics Soltec等少數幾家，國內制造還在起步模仿階段。這些設備目前的主要市場還是歐美等國，近年來在國內才開始流行，主要集中在高鐵、電力、工控、軍工、通信和汽車電子行業等。

2選擇性波峰焊工藝可制造性

合理的印制板布局可以確保選擇性波峰焊工藝的可制造性。以ERSA選擇性波峰焊機為例，單噴嘴最小內徑3 mm，外徑4.5 mm，最大內徑10 mm，外徑14 mm，因此印制布局要充分考慮噴嘴直徑、噴嘴高度等因素。

如果要采用單噴嘴選擇性波峰焊工藝，設計人員在印制板排版時，需要在器件引腳或引腳排的三面空出2 mm的空間，并在第四面空出5 mm的空間，以便焊接完成后噴嘴可順利離開印制板。另外，如果印制板焊接面上有較高器件也要使其盡可能遠離焊點，以免焊接時較高器件碰到焊接噴嘴或氮氣罩。

如果要采用多噴嘴浸焊選擇性波峰焊工藝，設計人員在排版時，一定要確保焊接的焊點與周邊器件或不焊接的焊點之間的間距，不能小于2 mm，同時焊接的空間也要預留，如對于6 mm×18 mm的噴嘴，至少在焊點周圍預留出10 mm×22 mm的空間.

當焊接通過器件焊點周圍有貼片器件時，設計人員就要注意貼片器件排布方向，要確保貼片器件只有一個焊端與焊接噴嘴相鄰，以免選擇性波峰焊接時，貼片器件被解焊。

3選擇性波峰焊焊接質量

3.1印制板布局與通孔填充率

造成通過填充率不足的主要原因是器件引腳直徑相對于通孔直徑過小或過大，如果間隙太大，就不能形成毛細管作用；如果間隙太小，助焊劑無法深人通孔，也就無法充分發揮助焊作用，形成合格的焊點。因此需合理設計印制板，根據經驗，在有鉛焊接工藝中，通過的直徑通常在引腳直徑的基礎上增加0.2～0.4 mill，在無鉛焊接工藝中，則要增加0.5 mm。

3.2印制板布局與橋接缺陷

橋接是選擇性波峰焊接過程中發生的主要缺陷，主要是因器件引腳間距離過小導致。通常多噴嘴浸焊焊接工藝要求引腳間距大于2.54 mm，而單噴嘴焊接工藝引腳間距要求大于1.27 mm。盡管引腳間距小于2.54 mm的集成電路、電阻排等器件的引腳排，在浸焊工藝中有較大的橋接風險，但如果印制板布局合理，在引腳對應焊盤附近排布引流焊盤，比如小尺寸的焊盤或者橢圓形的焊盤，可以幫助將多余的焊料導引出焊點，就可降低橋接風險。

3.3印制板布局與錫珠缺陷

錫珠現象存在于波峰焊、回流焊工藝中，在無鉛焊接過程中更易發生，因為無鉛焊接溫度明顯高于有鉛焊接溫度。較高的焊接溫度可能導致耐溫性較差的阻焊膜在PCBA預熱期間就出現軟化，增加了錫珠粘連的機會。所以設計人員在進行印制板排版時，應盡可能加大焊盤阻焊膜開窗，使阻焊膜遠離焊盤，降低錫珠產生風險。

4 選擇性波峰焊機的應用

選擇性波峰焊機焊接工藝窗口寬、焊接能力強，但如果不充分了解和熟悉選擇性波峰焊機構造功能，以及配套附件的應用，則無法充分發揮其作用。

4.1選擇性波峰焊工藝控制要點

選擇性波峰焊的工藝流程包括：助焊劑噴涂、印制板預熱和焊接，每個工藝流程控制的基本要求如下：①助焊劑噴涂一般有點噴和霧噴2種方式，可根據產品特點和工藝要求進行選擇；②預熱條件需要調整到最佳，使得助焊劑活性達到最佳；③焊接噴嘴必須有持續的高純度氮氣（氮氣純度為99.999%）保護；④焊接過程中，器件本體上的實測溫度必須在器件可承受范圍內。影響選擇性波峰焊接質量的關鍵參數包括：助焊劑噴涂時間、助焊劑噴頭移動速度；預熱時間、溫度、輸出功率，以及預熱模塊組合方式；焊接溫度、時間；焊接噴嘴移動速度、焊接動作，焊接噴嘴自動清洗時間間隔等等。

4.2選擇性波峰焊噴嘴的選擇

焊接噴嘴是選擇性波峰焊機的重要附件，有多種尺寸可以選擇。以ERSA選擇性波峰焊機為例，標準配置的就有3.0 mm/4.5 mm、4.0 mm/8.0 mm、6.0 mm/10.0 mm、8.0 mm/12.0 mm、10.0 ram/14.0 mm 5種不同內徑/外徑的噴嘴，合適的焊接噴嘴可以保證焊接質量。對于難焊大熱容器件，盡量選擇大尺寸噴嘴，可以提供足夠的焊接熱量；而對于密集貼片器件中的焊點，則需要選擇小尺寸噴嘴，以免解焊掉周圍的貼片器件。除了標

準噴嘴，還可以定制不同尺寸、不同形狀噴嘴，如加長噴嘴、浸焊噴嘴，以滿足不同的焊接需求。焊接噴嘴的技術（比如潤濕性和非潤濕性焊接噴嘴）也是重要的考慮因素。針對高可靠性電子產品特點，合理選擇焊接噴嘴，以及焊接方式，如點焊或拖焊，對生產批量大的產品定制噴嘴進行浸焊，不僅保證了產品質量的一致性，也大大提高了生產效率。

5 結束語

通過合理設計印制板布局，設定合理的工藝參數，選擇適合的噴嘴、助焊劑等，可有效保證選擇性波峰焊焊接質量、降低生產成本，并能使選擇性波峰焊設備得到更加充分的利用。

參考文獻：

[1]顧藹云.表面組裝技術（SMT）基礎與通用工藝[M].北京：電子工業出版社，2001.

（作者單位：中天寬帶技術有限公司）