波峰焊PCBA焊接关键工艺要点！波峰焊接不良原因及最佳应对方法！
来源：收集 点击数：4567次 更新时间：2019/9/26 9:04:00
波峰焊技术介绍：
电子工厂DIP插件及SMT红胶工艺专用波峰焊是现代电子制造重要工艺之一，虽然它一直受到SMT技术的冲击，但还是有相当多的电子元器件无法完全采用SMT封装技术替代，如高可靠性要求的插拔连接器，一些大功率电解电容等。因此波峰焊还会在电子制造领域发挥重要作用。
波峰焊接是电子行业较为普遍的一种自动焊接技术，它具有焊接质量可靠，焊点外观光亮，饱满，焊接一致性好，操作简便，节省能源，降低工人劳动强度等特点。
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一、DIP波峰焊工艺概述：
波峰焊是将熔融的液态焊料，借助于泵的作用，在焊料的槽液面形成特定的焊接波，插装了元件的PCB置于传送链上，经某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点的焊接工程。
波峰焊是一种用于制造印刷电路板的批量焊接工艺，因为使用波浪状的焊锡进行焊接，所以称作（wave soldering）波峰焊；主要用于通孔元件及表面贴装SMD元件红胶工艺的焊接，在后一种情况下，在穿过熔化的焊锡炉之前，通过SMT贴片机将部件通过红胶粘合到印刷电路板（PCB）的表面上。
波峰焊是让插件PCBA电路板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的，其高温液态锡保持一个斜面，并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象，所以叫"波峰焊"，其主要材料是焊锡条。
下面是示意图，展示了波浪状的熔化焊锡从电路板下表面通过，使PCB焊盘与元器件焊脚充分焊接可靠牢固连接在一起。
二、过程控制要求：
波峰焊过程，主要可以分为安装治具、涂助焊剂、预热（温度90-100℃，长度1-1.2m）、焊接、冷却这几个阶段。
1、安装治具：
波峰焊接对PCB板的平整度要求很高，而车用电器元件的PCB板厚度一般只有1.6mm，对其翘曲度的要求本身就很高，而在波峰焊过程中就更应注意控制热变形的程度。给待焊接的PCB板安装夹持的治具，可以限制基板受热形变的程度，防止冒锡现象的发生，从而确保浸锡效果的稳定，这对于较薄的PCB板尤为重要。
若波峰焊过程中经常在PCB板上留有溅落的锡渣，则可以考虑在治具上增加防护罩。同时，治具是否定期清洁也需要关注。
2、涂助焊剂：
助焊剂的作用有以下几点：
● 清洁待焊表面可能存在的氧化层；
● 防止金属表面的再次氧化；
● 降低液态焊料的表面张力，提高扩散能力。
现一般采用喷雾式系统进行助焊剂喷涂，过程中需要重点管控的是涂布量和均匀度，即要求均匀涂布，且涂布的助焊剂的量要求适中。
当助焊剂的涂布量不足或不均匀时，可能造成焊盘的活化不足，导致漏焊、虚焊或连焊。
当助焊剂的涂布量过大时，会使PCB焊后残留物过多，影响外观，甚至出现吸潮、腐蚀线路板等问题。过多的助焊剂在预热过程中有可能滴落在发热管上引起着火，影响发热管的使用寿命，产生安全隐患。
具体过程
管控要点如下：
影响助焊剂涂布量的一些重要的监控参数包括空气压力、助焊剂比重（浓度）、传送速度等。这些参数必须体现在首检、点检等项目中。
对于助焊剂的涂布均匀度，可以在PCB板底部贴传真纸过喷雾，通过对助焊剂喷涂痕迹的面积、密度，与标准图样对比，进行目视检查。采用这种方法，还可以通过喷雾前后称重，计算重量变化以量化喷雾量，作为评判依据的参考。
3、预热：
预热的作用主要有：
● 使助焊剂缓慢挥发
预热不足，可能会导致助焊剂中的液体溶剂在到达波峰时剧烈汽化造成焊锡飞溅，产生锡渣；而预热过度，会使助焊剂的活性成分过早挥发，失去润湿作用，导致焊接时造成桥接或拉尖。
● 减少焊接时产生的热应力
在预热不足的情况下，焊接过程中因骤热产生的热应力可能会对某些元器件造成损伤。
如上所述，该过程的关键控制点为预热温度和预热时间。
一般预热温度为90~130℃,预热时间为1~3min。预热过程控制得好，有助于防止虚焊、拉尖和桥接，减小焊料波峰对基板的热冲击，有效地解决焊接过程中PCB板翘曲、分层、变形问题。
4、焊接：
焊接过程：
①进入区 PCB板以一定的角度和深度开始与波峰接触。
②传热区 在进入区与脱离区之间，电路板与焊锡直接接触。虽然零件与熔锡接触瞬间就可以达到焊锡的温度，但为了更好的吃锡性，需要更多的时间。
③脱离区 在脱离区，多余的锡将被拉回到锡糟中。
焊接过程中，影响焊接质量的因素很多，需要关注的参数包括焊接温度、传送速度、轨道角度、波峰高度等等。
● 焊接温度
焊接温度过低时，焊料的扩展率、润湿性能变差，使焊盘或元器件焊端由于不能充分的润湿，从而产生虚焊、拉尖、桥接等缺陷；焊接温度过高时，则加速了焊盘、元器件引脚及焊料的氧化，易产生虚焊。
● 传送速度
脱离区的锡波要尽可能平稳，因此传送带速度不宜过高。
波峰焊正常参数：炉温275℃，链条速度1300 cm/min，较稳定的波峰焊炉温曲线（如下图）。
波峰焊有铅工艺温度曲线参数标准
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项目 |
单位 |
助焊剂规格 |
|
JYS916 |
||
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助焊剂喷涂量 |
µg/in2 |
600-1500 |
|
PCB主面预热温度最高升温斜率 |
°C / sec |
4 |
|
PCB主面预热温度范围 |
°C |
90-110 |
|
PCB俯面最高预热温度 |
°C |
135 |
|
PCB俯面预热温度最高降温斜率 |
°C / sec |
6 |
|
最大焊接时间(波峰1+波峰2) |
Sec. |
6 |
|
锡缸焊料的温度范围 |
°C |
240-260 |
● 轨道角度
调整轨道的角度可以控制PCB与波峰的接触时间，适当的倾角有助于液态焊料与PCB更快的分离。当倾角太小时，较易出现桥接；而倾角过大，虽然有利于桥接的消除，但焊点吃锡量太小，容易产生虚焊。轨道倾角应控制在5°~7°之间。
● 波峰高度
波峰高度是指波峰焊接中PCB吃锡高度，通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3。波峰高度过大会导致熔融的焊料流到PCB的表面，形成“锡连”。波峰的高度会因焊接工作时间的推移而有一些变化，应在焊接过程中进行适当的修正。常用的检测波峰高度的工具为深度规或高温玻璃。
● 焊料
波峰焊接中， 焊料的杂质主要是来源于PCB焊盘上的铜浸出，过量的铜会导致焊接的缺陷增多，因此必须定期检验焊锡内的金属成分锡渣。
锡铅焊料在高温下（250℃）不断氧化，使锡锅中锡-铅焊料含锡量不断下降，偏离共晶点，导致流动性差，出现连焊、虚焊、焊点强度不够等质量问题。
可采用以下几个方法来解决这个问题：
①添加氧化还原剂，使已氧化的SnO还原为Sn，减小锡渣的产生
②不断除去浮渣
③每次焊接前添加一定量的锡
（以上几点措施需按照作业规范定期执行）
④采用含抗氧化磷的焊料
⑤采用氮气保护（需监控氧含量）
波峰焊过程中的各参数需要根据实际焊接效果，互相协调、反复调整。
那么波峰焊焊接制程有哪些不良？有什么检测方法？造成的原因是什么？又如何改善呢？
焊接过程是一个热加工过程，一个优良的焊接效果，需要考虑焊料配方、助焊剂、元件和PCB的匹配、工装设计及过程控制参数等。一个不好的结果可能有多个原因，接下来我们SMT行业头条小编收集了以下实用的一些常见的波峰焊焊接不良、产生原因的分析方法及改善建议。值得广大电子制造从业朋友收藏分享！
关系波峰焊品质的特定因素
连锡
连锡又称桥接是相邻的不应连接在一起的焊点由焊料连在了一起。这种连接必定会导致电气故障。
如果元件的pitch过小，铜环的间距过小，建议将焊接脚穿出剪小到0.5mm，同时在托盘适当位置增加拖锡片（钛合金，马口铁镀镍），以降低连锡的的风险。
熔锡温度低，熔锡的流动性就差，会造成连锡；预热温度低，带来焊接时温度不足，也会造成连锡。所以，适当提高温度，有助于改善连锡不良。
链速要适当。链速过低可能加速flux的消耗，使得焊料的润湿下降，造成连锡。
更换活性更强的助焊剂有助于减少连锡，因为活性强的助焊剂可以增加润湿性。
冷焊
冷焊是由于热量不足等原因造成焊点出现润湿不佳，呈灰色和有褶皱。
此类不良通常是因为热量不足使得焊接时间短，造成焊点灰暗。适当增加焊接时间、调高预热温度和熔锡温度有助于不良的改善。
如果焊点看似碎裂、不平,大部分原因是元件在焊锡正要冷却形成焊点时振动而造成,这种情况下要注意链爪是否有异常振动。
焊接面氧化或者污染也会导致冷焊，需要严控来料储存和移动中的保护。
助焊剂残留
当助焊剂没从焊料中完全清除则发生助焊剂残留。助焊剂有腐蚀性会影响焊点可靠性。
减少助焊剂的喷涂量或者适当提高预热温度，增大助焊剂的消耗，可以减少助焊剂残留。
助焊剂中松香树脂固体含量过多或是品质不好很容易容易造成残留过多，要根据产品更换助焊剂。
适当增加焊接时间以增大助焊剂的消耗，也可以减少助焊剂的残留。
拉尖
拉尖指的是不正常的圆锥状或者钉装焊点。拉尖的原因主要是焊料在冷却时来不及收缩所造成。此类焊点可能在系统组装时与邻板距离太近违反最小电气间隙要求或发生短路。
拉尖跟温度有很大的直接关系，预热温度低，熔锡温度低都会使得过波峰后由于温度不足，熔锡无法有效收缩。熔锡温度低同时增加了熔锡的粘度，加剧了拉尖的形成。建议重新设置测量温度曲线。
助焊剂也和拉尖有很大的关系。当助焊剂的活性不够或者浓度下降时，助焊剂就无法胜任去氧化和降低表面张力的作用，使得熔锡离开锡炉时无法有效收缩。增大助焊剂浓度、活性和喷涂量，增加助焊剂的喷涂压力改善它的穿透力都有助于拉尖的消除。
当链速过快时，多余的焊料也有可能来不及被拉回到锡炉，造成拉尖。
个别由于焊接脚穿出过长造成的拉尖，就要将焊接脚剪短。建议焊接脚穿出（L）不要大于2mm。
溢锡
溢锡指熔锡流到PCB的非焊接面，造成非正常焊点或者锡块。
锡波过高是产生此不良的重要原因。锡波高意味着熔锡对PCB板的压力大，流体形态的熔锡就可能通过焊接孔涌到PCB的非焊接面，造成溢锡。一般锡波位于PCB厚度方向的1/2 - 2/3处为宜，实际的高度需要根据具体产品设置。
托盘磨损也有可能造成溢锡，因为托盘磨损过大造成托盘过炉时沉锡过低，造成PCB吃锡深度变大。所以要及时报废磨损无法使用的夹具，也可在托盘与导轨接触的部位增加不锈钢块以减少托盘的磨损。
QFP的引脚剥离
因焊锡量不足引起的QFP引脚剥离
因焊锡量不足造成的接合强度下降
波峰焊接时，回流焊接部会再熔融，部品或焊接时的基板翘曲、组装时的压力引起结合部剥离
印刷适量的焊锡（网板厚度、开口面积）
调整焊盘的设计面积（确保形成饱满的焊点）
漏焊
焊锡不能润湿焊接引脚和焊盘，无法形成有效焊点连接。
焊接脚的长度小于板厚时，漏焊不良最容易发生。所以，做好DFM，选用焊接引脚能穿出焊接板面至少（L）0.5mm的元件。当通孔元件底面与PCB面没有间隙时，助焊剂在高温下挥发出的气体没有通道逸出，滞留在孔内阻碍焊料润湿孔壁。所以，选择元件务必选用有间隙的元件。焊接脚和通孔氧化、污染等会使得它们的可焊性降低，最终会造成漏焊的现象。所以，保护好来料是保证焊接质量的重要举措。波峰托盘的阴影效应也会造成漏焊。对此，削薄托盘、增大托盘开孔（焊接焊盘到托盘外壁的空间不小于2.5mm）、改用更薄的钛合金材料都可以改善漏焊。
焊点空洞
焊接过程中产生的气体滞留在焊料内部不能完全排出就形成空洞。空洞中没有焊锡材料，对焊点可靠性有负面影响。
出现此类不良，最先采取的措施是对PCB进行预先烘烤。很多实例表明，PCB受潮是此类问题的主因之一。受潮的PCB在高温条件下释放气体，使得PCB空洞形成的风险加大。
焊点空洞与助焊剂的不完全挥发有很大的关系。不完全挥发的助焊剂里的有机物在高温下会产生气体。如果气体无通道排放，就会滞留在焊点里从而形成空洞。提高预热温度和焊接温度，有助于助焊剂的挥发。
波峰焊接元件底面与PCB面没有间隙（standoff），也可能形成空洞，因为气体排出通道不畅使得部分气体滞留在孔内。因此，选择元件时，要做好DFM分析，选择有间隙的元件。
铜孔和元件焊接脚氧化、污染、有杂物等也会带来空洞不良。当一切制程参数正常的情况下，建议往材料方面分析，建议对来料进行SEM和EDX分析，以寻找污染源，根除不利因素。
PTH焊料填充不足
镀通孔焊料填充不足，是指孔内的焊料填充高度没有达到IPC要求（PCB厚度的50%或75%），或者没有达到客户要求，影响焊点的可靠性。
如果不良总是发生于相同元件，原因可能是托盘设计有阴影效应（夹具外壁与焊接表面空间过小），减少了熔锡与待焊表面的接触面积。此时的改善措施是局部削薄托盘（合成石材料最小保留0.5mm厚度）或者改用更薄的钛合金（最小保留0.2mm厚度）。
焊接表面氧化、污染等也会导致上锡不足，此时，应该对元件引脚或孔壁表面进行元素分析找出污染物和污染源；当然，改用活性更强的助焊剂会对不良有所改善。
孔径不匹配，通孔与接地大铜箔连接也会导致填充不足，尤其是大电解电容，这种情况需要通过提前的DFM进行设计改善，如重新设计铜孔，用花盘设计，降低焊接时的热量散失。
如果不良位置不固定，则有可能是铜孔被污染了，影响了可焊性；也有可能是助焊剂喷涂不够、不均匀等，波峰高度不足也会产生上锡不足。
温度也是影响因素之一。预热不足时，助焊剂活性降低；焊接温度不够会使得熔锡在孔内爬升动能不足，最终造成填充不足。这就需要调高温度，重新设定焊接温度曲线。
链速也会对填充效果产生影响。链速太快，则焊接时间不足；链速太慢，有可能助焊剂被过分消耗，影响湿润。
如果排查整个制程参数都是正常的，那么改用活性更强的助焊剂会对填充质量有很好的改善。
锡炉内铜含量过高，会使得熔锡的粘度增加，合金熔点升高，对熔锡的流动性有负面影响。需要定期对熔锡进行铜含量检测。
多锡
多锡焊点特点是焊锡将焊接引脚完全包裹，且润湿角度大于90度。
如果多锡不良是整板批量性的，首先检查的是温度因素。预热温度和熔锡温度过低都会使得熔锡的粘度高而造成多锡不良。建议重新优化焊接温度曲线。
锡炉里的铜含量过高也会使得锡炉里的熔锡粘度升高，造成多锡不良。建议要定期检测熔锡的铜含量，保证铜的含量在可控的范围内。
如果设备参数正常，就要考虑PCB的可焊性问题。焊盘和焊接孔过分氧化和污染等因素使得其可焊性极差，造成熔锡无法充分润湿焊接表面，只能形成包裹状。这种情况建议对PCB进行可焊性分析，如需要可增加SEM和EDX检测，最终督促板厂改善制程提高PCB板质量和运输保护。
助焊剂活性降低也有可能造成此不良，因为活性低的助焊剂已经不能发挥其助焊的作用，此时建议更换助焊剂。
多锡有时会集中发生在同一个元件。此种情况往往是元件的可焊性差造成。建议对元件进行可焊性分析，如有必要将元件退回厂家并督促厂家提高物料质量和运输保护。
多锡集中在同一类元件，也有可能是因为PCB设计中没有使用花盘式的隔热设计，尤其是对于直接与多个接地层/电源层连接的焊接孔。因为无隔热设计加速了焊接过程中的热量损失，造成焊接温度低，最终导致熔锡无法润湿爬升，反而在焊盘位置堆积，形成多锡不良。
到目前为止，最常见的原因是波峰焊接槽的温度过低或是在焊接槽中停留的时间不足。建议最佳应对方法是停留3~5秒形成良好的焊点。像炉温测试仪这样的工具就可以有效监测焊料槽的温度变化。强烈建议定期对焊料槽的温度进行测量以确保温度适当。机器上显示的波峰焊接槽温度读数并不一定是实际的温度，所以一定要监控。
最佳应对方法包括正规的设计审查到围绕关键波峰参数（例如焊料槽温度、预热温度、停留时间、平行程度和助焊剂优化）工艺控制实施，只有采用了最佳应对方法才能确保防止缺陷出现。
PCB质量对波峰焊接的影响：
1· 元件孔内有绿油，导致孔内镀锡不良。需要插入PTH元件，孔内不允许有环形油; 否则，当通过锡炉时，锡铅不能顺利地沿孔壁浸泡，导致孔中的锡不足。因此，PCB元件孔中的绿油不应超过孔壁的10％，内部绿油的孔数不应超过5％。
2· 镀层厚度不够，导致孔内镀锡不良。
3· 元件孔壁上的涂层厚度不够，例如铜厚度，锡厚度，金厚度等。通常，孔壁的厚度应大于18μm。
4· 孔壁太粗糙，导致孔内镀锡不良或伪焊接。如果孔壁的粗糙度太大，则镀层会不均匀，某些薄涂层区域会影响上锡的效果。
5· 孔是潮湿的，导致伪焊接或气泡。在干燥后未干燥或未冷却时封装的PCB，以及在拆包后放置很长时间等，将导致孔内潮湿，导致伪焊接或气泡。
6· 垫的尺寸太小，导致焊接不良。孔的焊盘中的断开或间隙可能导致焊接不良。一般来说，焊盘的尺寸应大于4mil。
7· 孔内部脏污，导致焊接不良。PCB的清洁不充分，如金板未经酸洗，导致孔和垫上的杂质和污垢残留，影响锡效应。
8· 由于孔尺寸太小，不能将部件插入孔中，导致焊接失败。
9· 由于定位孔偏移，部件不能插入孔中，导致焊接不能进行。
红胶工艺过波峰焊不良分析
在PCB线路板生产制作过程中，很多电子厂都会使用红胶工艺来制作SMT制程。在使用红胶工艺的过程中会遇到各种元件掉件的问题，尤其是在红胶工艺在过波峰焊时电子元件贴片（尤其是二极管）时常遇到掉件脱落问题。
针对红胶工艺过波峰焊时掉元件原因和解决方法做出一个详细的解答，内容如下：
一、PCB过锡后贴片元件掉落
1、如果贴片元件和BCB的绿油（防焊油）一起脱落我就判定PCB 的来料问题（绿油的附着力不够）
2、观看PCB看贴片元件掉的位置是否有刮伤，PCB贴片元件掉的位置有刮伤也会使绿油的附着力不够，可以产生PCB过锡后贴片元件掉落。
3、观看PCB看贴片元件掉的是否有规律，如果是固定几个贴片元件掉，你就要考虑是不是红胶钢网的孔堵塞，红胶的量过少。
4、贴片元件掉了，红胶还好好的粘在上面我就判定的贴片元件来料有问题（贴片元件的表面处理有问题，如有脱模剂等，影响红胶的附着力）
二、贴片元件做红胶推力实验掉件。
1、贴片元件掉的有规律，红胶钢网的孔堵塞，红胶的量过少。
2、贴片元件掉了，红胶还好好的粘在上面，贴片元件的表面处理有问题，如有脱模剂等，影响红胶的附着力 。
3、如果贴片元件和BCB的绿油（防焊油）一起脱落我就判定PCB的来料问题（绿油的附着力不够） 。
4、如果贴片元件没有规律的掉，你就要考虑是不是红胶的粘性不够，如红胶过期了，红胶的回温时间不够。
5、贴片元件在运输的过程中掉，如（玻璃二极管）
6、贴片元件掉是PCB贴片后存放时间过长，一般贴片后七天需过锡，如果超过了红胶会慢慢失去粘性。
1995年，德国埃莎发明了全球第一台选择性波峰焊；德国埃莎选择性波峰焊在性能上实现各焊点焊接参数可单独设定，确保零缺陷，同时具备多锡缸多轴同步焊接模式，能够带来高产能的优点。
电子产品的精细化发展导致PCBA组装越来越复杂。板上的各种元件封装之间尺寸差异也越来越大，元件之间的组装间隙也越来越小，这些因素促进了选择性波峰焊的广泛应用。
选择性波峰焊能完成一些结构复杂的PCBA波峰焊接，比如：
PTH小间距的元器件越来越多，比如0.5mm pitch 及更小。
PTH 元件焊点距离SMT元器件太近，无法满足传统的波峰焊治具的设计。
双面插件元件，插件元件的高度无法满足传统波峰焊。
接地焊盘的爬锡高度不够，传统波峰焊无法对单点焊接进行有效控制。
DIP选择性波峰焊
与传统的波峰焊接工艺相比，选择性波峰焊接工艺由于是单点松香喷涂，降低了助焊剂消耗，而且降低了锡炉内熔融焊锡的氧化机率，减少锡渣的产生，降低了加工成本。
选择性波峰焊与传统波峰焊，两者间最明显的差异在于传统波峰焊中PCB的下部完全浸入液态焊料中，而在选择性波峰焊接中，仅有部分特定区域与焊料接触。在焊接过程中，焊料头的位置固定，通过机械手带动PCB沿各个方向运动。在焊接前也必须预先涂敷助焊剂。
与波峰焊相比，助焊剂仅涂敷在PCB下部的待焊接部位，而不是整个PCB。选择性波峰焊采用的是先涂布助焊剂，然后预热线路板/活化助焊剂，再使用焊接喷嘴进行焊接的模式。传统的人工烙铁的焊接需要对线路板每个点采用点对点式的焊接，因此焊接操作人员较多。
选择波峰焊采用的则是流水线式的工业化批量生产模式，不同大小的焊接喷嘴可以进行批量焊接，通常焊接效率比人工焊接可以提高几十倍以上（取决于具体线路板的设计）。
由于采用的可编程移动式的小锡缸和各种灵活多样的焊接喷嘴，（锡缸容量11公斤左右），因此在焊接时可以通过程序设定来避开线路板底下某些固定螺丝和加强筋等部位，以免其接触到高温焊料而造成损坏。这样的焊接模式，无需采用定制焊接托盘等方式，非常适合多品种、小批量的生产方式。
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