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东莞市安达自动化设备有限公司

公司主要生产电子制造业的自动化生产设备,产品包括节能型无铅波峰焊锡机、全自动锡渣还原机、无铅全热风回流焊机、全自动选择性喷胶机、SMT周边设备、生产线及各行业自动输送系统等

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波峰焊接技术(一)
发布时间:2011-06-18        浏览次数:702        返回列表
波峰焊(Wave Solder)有单波峰焊和双波峰焊之分。单波峰焊用于SMT时,由于焊料的“遮蔽效应”容易出现较严重的质量问题,如漏焊、桥接和焊缝不充实等缺陷。而双波峰则较好地克服了这个问题,因此目前在表面组装中广泛采用双波峰焊工艺和设备。

1. 双波峰焊结构

1.1 助焊剂系统
助焊剂系统是保证焊接质量的第一个环节,其主要作用是均匀地涂覆助焊剂,除去PCB和元器件焊接表面的氧化层和防止焊接过程中再氧化。助焊剂的涂覆一定要均匀,尽量不产生堆积,否则将导致焊接短路或开路。

1.1.1助焊剂涂布方法
助焊剂系统有多种,包括喷雾式、喷流式和发泡式。
① 发泡法。 在液态焊剂槽内埋有一根管状多孔陶瓷,且在管内装接有低压压缩空气,迫使焊剂流出陶瓷管并产生均匀的微小泡沫,当SMA 焊接面经过喷嘴时就均匀地附着上焊剂的涂布。焊剂的质量主要由多孔陶瓷微孔的均匀性及焊剂的密谋决定。
② 浸渍法。 把SMA 的焊接面浸到液态焊剂中,但焊剂不应浸到元件面。适于间歇性小批量生产。
③ 刷涂法。 在焊槽中放置一个园柱形刷体,在转动时下部浸入焊剂,当被焊PCB在上面通过时,毛刷可将焊剂飞溅到PCB 上。用于PCB 表面保护。
④ 喷雾法。 目前一般使用喷雾式助焊系统,采用免清洗助焊剂,同时在焊接系统中加防氧化系统,保证在PCB上得到一层均匀细密很薄的助焊剂涂层,这样才不会因第一个波的擦洗作用和助焊剂的挥发,造成助焊剂量不足,而导致桥接和拉尖。
喷嘴喷雾法有内置式和外置式,如图1.2所示。在0.5~3 kg/cm2 的压力下,焊剂通过喷嘴产生雾化,涂布在SMA焊接面上,适于低固含量(<5%)的焊剂。可调节喷嘴宽度。以不锈钢制成的极精细滚筒在焊剂中旋转,在滚筒内加压缩空气可促使焊剂喷出。

1.1.2 助焊剂回收系统
助焊剂混合气体(160~200 ℃)经过回收系统冷却过滤,得到低温干净的气体(65~75℃)重新回流至炉胆内重新利用。助焊剂回收箱分两级冷却和过滤,能最大限度的回收助焊剂,回收系统的冷却室一般采用水冷方式冷却。

1.2. 预热系统
1) 预热系统的作用。 助焊剂中的溶剂成份在通过预热器时,将会受热挥发。从而避免溶剂成份在经过液面时高温气化造成炸裂的现象发生,最终防止产生锡粒的品质隐患。待浸锡产品搭载的部品在通过预热器时的缓慢升温,可避免过波峰时因骤热产生的物理作用造成部品损伤的情况发生。预热后的部品或端子在经过波峰时不会因自身温度较低的因素大幅度降低焊点的焊接温度,从而确保焊接在规定的时间内达到温度要求。
2) 预热方法。 波峰焊机中常见的预热方法有三种:空气对流加热;红外加热器加热;热空气和辐射相结合的方法加热,

(a).红外加热器加热 (b).热空气和辐射相结合的方法加热
图1.3 预热系统
3) 预热温度。 一般预热温度为130~150 ℃,预热时间为1~3 min。预热温度控制得好,可防止虚焊、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。

1.3. 焊接系统
双波峰焊机特别适合焊接那些THT+SMT混合元器件的电路板。双波峰焊机的焊料波型如图1.4所示,THT元器件要采用“短脚插焊”工艺。
1.3.1双波峰
电路板的焊接面要经过两个熔融的铅锡焊料形成的波峰:这两个焊料波峰的形式不同,最常见的波型组合是“紊乱波”+“宽平波”,“空心波”+“宽平波”的波型组合也比较常见。焊料熔液的温度、波峰的高度和形状、电路板通过波峰的时间和速度这些工艺参数,都可以通过计算机伺服控制系统进行调整。
① 空心波。 空心波的特点是在熔融铅锡焊料的喷嘴出口设置了指针形调节杆,让焊料熔液从喷嘴两边对称的窄缝中均匀地喷流出来,使两个波峰的中部形成一个空心的区域,并且两边焊料熔液喷流的方向相反。由于空心波的伯努利效应(Bernoulli Effect,一种流体动力学效应),它的波峰不会将元器件推离基板,相反使元器件贴向基板。空心波的波型结构,可以从不同方向消除元器件的阴影效应,有极强的填充死角、消除桥接的效果。它能够焊接SMT元器件和引线元器件混合装配的印制电路板,特别适合焊接极小的元器件,即使是在焊盘间距为0.2 mm的高密度PCB上,也不会产生桥接。空心波焊料熔液喷流形成的波柱薄、截面积小,使PCB基板与焊料熔液的接触面减小,不仅有利于助焊剂热分解气体的排放,克服了气体遮蔽效应,还减少了印制板吸收的热量,降低了元器件损坏的概率。

图1.4 双波峰焊机的焊接系统
② 紊乱波。 在双波峰焊接机中,用一块多孔的平板去替换空心波喷口的指针形调节杆,就可以获得由若干个小子波构成的紊乱波。看起来像平面涌泉似的紊乱波,也能很好地克服一般波峰焊的遮蔽效应和阴影效应。
③ 宽平波。 在焊料的喷嘴出口处安装了扩展器,熔融的铅锡熔液从倾斜的喷嘴喷流出来,形成偏向宽平波(也叫片波)。逆着印制板前进方向的宽平波的流速较大,对电路板有很好的擦洗作用;在设置扩展器的一侧,熔液的波面宽而平,流速较小,使焊接对象可以获得较好的后热效应,起到修整焊接面、消除桥接和拉尖、丰满焊点轮廓的效果。
此外,常见的波型还有Ω波、T 形波、振荡波(Omega Wave)、 “O”型波、喷射式波和感应式电磁泵波等。

1.3.2绿色环保节能装置
1)锡波喷嘴宽窄调节装置。 波峰焊最耗成本就是锡渣,而锡渣的产生就是指锡炉里的高温锡面与空气中的氧气产生化学反应而形成的氧化物。波峰焊机焊锡时,PCB板的宽度越小,没有被PCB板覆盖的锡波面积越大,产生的锡渣就越多,就普通波峰焊机焊锡而言,一台波峰焊每天产生的锡渣3~6 kg/8 h,从而大大增加和浪费了生产成本。而使用锡波喷嘴宽窄调节装置,如图1.5所示,8 h锡渣量控制在1 kg以内,大大降低和节省了锡条成本。
图1.5 锡波喷嘴宽窄调节装置 图1.6 锡渣还原装置 图1.7 自动加锡装置
2)锡渣还原装置。 如图1.6所示,进一步还原产生后的锡渣,还原率70-80%,还原后的锡条可再次投入使用,因而大大减低了锡渣的浪费和增加了锡炉焊锡的使用周期。
3)自动加锡装置。

1.4 运输系统
运输系统有手爪式和框架式两种,一般采用手爪式,特殊耐高温树脂爪,不易沾锡,与金属钛爪相比,吸收热量少,不会产生靠近运输爪的基板部位温度较低的现象。自动循环清洗链爪机构采用优质微型水泵,丙醇为清洗剂,波峰焊机通常传送倾角控制在3~7°,通过倾斜角的调节,可以实现调控PCB 与波峰面的焊接时间,适当的倾角会有利于焊料与PCB更快的剥离,使之返回锡锅中。

1.5 冷却
适当的冷却有助于增强焊点接合强度的功能,同时,更利于炉后操作人员的作业, 


1.6 热风刀
20 世纪90 年代出现的新技术,是SMA刚离开焊接波峰后,在SMA的下方放置一个窄长的“腔体”,窄长的开口处能吹出(4~20)×0.068 个标准大气压的气流,尤如刀状。热风刀的高温高压气流吹向SMA 上尚处于熔融状态的焊点,过热的风可以吹掉多余的焊锡,也可以填补金属化孔内焊锡的不足,对有桥接的焊点可以立即得到修复,同时由于可使焊点的熔化时间得以延长,故原来那些带有气孔的焊点也能得到修复,可使焊接缺陷大大降低。