第９章波峰焊工藝9.1波峰焊9.2助焊劑涂布9.3焊接工藝9.4波峰焊工藝系統(tǒng)評估

9.5波峰焊的常見缺陷波峰焊是THT中使用的焊接工藝。它于20世紀(jì)50年代在英國的Fry'sMetals公司研制成功，成為當(dāng)時電子裝聯(lián)技術(shù)發(fā)展歷程中影響最廣、效率最高的一項技術(shù)成果。盡管從20世紀(jì)90年代起，電子裝聯(lián)已向SMT為主的方向發(fā)展，但是通孔插裝元器件至今仍然具有一定的使用量，在今后一段時間內(nèi)，波峰焊也將與回流焊一道成為電子裝聯(lián)不可缺少的焊接工藝形式。目前，波峰焊主要用在SMC/SMD與THC混裝組件的焊接場合。同時，也有直接針對表面貼裝元器件的波峰焊出現(xiàn)。

混裝工藝的主要流程已在2.3節(jié)中介紹過。就波峰焊而言，其工藝流程如圖9.1所示。焊接時，首先在插裝了元器件的電路板引腳焊接面上涂布助焊劑，然后將組件整體裝載到傳送帶上一并送入波峰焊機(jī)中加熱、焊接。與回流焊類似，焊接前的預(yù)熱和焊接后的冷卻過程依然是必需的，熱風(fēng)刀是由一排噴嘴噴出的高速熱風(fēng)，起著去除焊后橋連、減輕組件過熱損傷的作用。除涂布焊劑外，焊接的主要工作都是在波峰焊機(jī)中完成的，圖中“波峰焊”圖框特指組件在焊機(jī)內(nèi)，由焊料波峰沖刷PCB引腳焊接面并實(shí)現(xiàn)焊接的具體工序。

焊劑涂布、預(yù)熱和波峰焊是波峰焊工藝的三個關(guān)鍵工序。圖9.1波峰焊工藝流程9.1波峰焊

9.1.1波峰焊的基本原理

波峰焊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)組件以一定角度通過焊料波峰時，在引腳焊區(qū)形成焊點(diǎn)的工藝技術(shù)。圖9.2顯示了波峰焊原理。組件在由鏈?zhǔn)絺魉蛶魉偷倪^程中，先在焊機(jī)預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱（組件預(yù)熱及其所要達(dá)到的溫度依然由預(yù)定的溫度曲線控制）。圖9.2波峰焊原理圖實(shí)際焊接中，通常還要控制組件頂面的預(yù)熱溫度，因此許多設(shè)備都增加了相應(yīng)的溫度檢測裝置（如紅外探測器）。預(yù)熱后，組件進(jìn)入錫槽進(jìn)行焊接。錫槽盛有熔融的液態(tài)焊料，錫槽底部噴嘴將熔融焊料打出一定形狀的波峰，這樣,在組件焊接面通過波峰時就被焊料波加熱，同時焊料波也就潤濕焊區(qū)并進(jìn)行擴(kuò)展填充，最終實(shí)現(xiàn)焊接過程。顯然，波峰焊是采用對流傳熱原理對焊區(qū)進(jìn)行加熱的。熔融的焊料波作為熱源，它一方面流動以沖刷引腳焊區(qū)，另一方面也起到了熱傳導(dǎo)作用，引腳焊區(qū)正是在此作用下加熱的。采用錫鉛焊料時，熔融焊料溫度通?？刂圃?45℃左右。為了保證焊區(qū)升溫，焊料波通常具有一定寬度，這樣，當(dāng)

組件焊接面通過波峰時就有充分的加熱、潤濕等時間。傳統(tǒng)的波峰焊中，一般采用一個波峰，而且波峰比較平坦。隨著無鉛焊料的使用，目前多采取雙波峰形式。焊點(diǎn)的形成過程如圖9.3所示。元器件的引腳為液態(tài)焊料浸入金屬化通孔提供了一條途徑。當(dāng)引腳接觸到焊料波后，借助于表面張力的作用，液態(tài)焊料沿引腳和孔壁向上爬升。金屬化通孔的毛細(xì)管作用進(jìn)一步促進(jìn)了焊料的爬升。焊料到達(dá)PCB頂部焊盤后，在焊盤的表面張力作用下鋪展開來。上升中的焊料排出了通孔中的焊劑氣體和空氣，從而填充了通孔,在冷卻后最終形成了焊點(diǎn)。

圖9.3焊點(diǎn)的形成（a）潤濕底部焊盤;（b）芯吸進(jìn)入通孔;（c）頂部潤濕鋪展波峰焊與回流焊的主要區(qū)別在于焊接中的加熱源和焊料的供給方式不同。波峰焊中，焊料在槽中被預(yù)先加熱至熔化狀態(tài)，泵起的焊料波起著熱源和提供焊料的雙重作用。熔融的焊料波使PCB的通孔、焊盤和元器件引腳被加熱，同時也為形成焊點(diǎn)提供了所需的焊料。在回流焊中，焊料（焊錫膏）是被預(yù)先定量分配到PCB的焊區(qū)上，回流時熱源的作用在于使焊料重新被熔化。

9.1.2波峰焊的主要問題

現(xiàn)代電子裝聯(lián)中，通孔插裝元件THC一般都是與表面組裝元器件SMC/SMD混裝的。波峰焊比較適合片式分立元件如電阻、電容、二極管以及小外形封裝晶體管SOT、雙列直插器件DIP等的焊接。在許多情況下，SMC/SMD需由貼片膠預(yù)先粘接在PCB的背面（焊接面）。對于小外形封裝集成電路SOIC和四邊引腳封裝器件如PLCC、PQFP等通常要貼放到PCB的正面，這是要避免潛在的可靠性問題（如活性焊劑可能沿引腳浸入器件封裝內(nèi)部?；亓骱钢?，焊料只是與引腳直接接觸而不觸及整個器件封裝體，因此這種問題并不突出）和焊接工藝性問題（如焊接中的陰影作用和橋連）。因此，除非有良好的元器件布局設(shè)計和焊接工藝設(shè)計與控制，一般不推薦上述器件直接經(jīng)歷波峰焊。混裝工藝中，置于焊接面上的片式元器件直接貼放在PCB的焊盤上。元器件的這種貼裝形式使其在波峰焊時有可能遇到回流焊中沒有的問題。其中，“排氣效應(yīng)”（Outgassing）和“陰影效應(yīng)”（Shadowing）是兩個主要問題，由此產(chǎn)生的區(qū)域即被稱為“焊接死區(qū)”（SolderSkip），見圖9.4。圖9.4片式元器件波峰焊中的“焊接死區(qū)”（a）排氣效應(yīng);（b）陰影效應(yīng)在圖9.4（a）所示的排氣效應(yīng)中，元器件的焊端與PCB形成了直角結(jié)構(gòu)，這使焊料不易到達(dá)焊端的根部。潮濕的焊劑在高溫產(chǎn)生的氣體更增加了這種傾向，導(dǎo)致焊點(diǎn)（根部）焊料不足甚至出現(xiàn)漏焊的現(xiàn)象。排氣效應(yīng)是由焊劑預(yù)熱不充分造成的，大量的溶劑在焊接高溫下的汽化造成了排氣效應(yīng)。通常，這一現(xiàn)象可以通過增加溶劑的揮發(fā)程度如提高組件的預(yù)熱溫度、延長預(yù)熱時間加以改善，也可以在焊盤上增加氣體逃逸孔的方法加以解決。在圖9.4（b）所示的陰影效應(yīng)中，由于器件本體的遮擋，焊料波無法良好地充分接觸器件在組件運(yùn)動方向后側(cè)的引腳焊區(qū)，引起該側(cè)焊區(qū)潤濕不良、焊料不足甚至焊接橋連等缺陷。陰影效應(yīng)除了由器件本體產(chǎn)生之外，若元器件布置的過于密集時也可能由鄰近的其它元器件造成。為了減小焊接死區(qū)的影響，首先應(yīng)當(dāng)在元器件的布局設(shè)計時，保證引腳與焊接時的PCB運(yùn)動方向，如圖9.5所示，這樣可以保證焊接中的焊區(qū)能夠不受遮擋地同步接觸焊料波峰。圖9.5推薦的元器件布置（a）“焊接死區(qū)”及其預(yù)防;（b）元器件布置與PCB運(yùn)動方向同時應(yīng)當(dāng)調(diào)整相互之間的間距，特別是大器件與鄰近的小器件布置間距，避免焊端或引腳受到遮擋。如果片式元器件很多，則應(yīng)使大多數(shù)的布局滿足這一要求。此外，焊接小型元件如0805以下尺寸的元件時，由于焊盤距離很近，在元件底部焊盤之間也可能出現(xiàn)橋連問題。這樣的橋連是由于毛細(xì)管作用產(chǎn)生的，一般只能在焊后的測試中被檢測出來。對于這種橋連，一般可通過適當(dāng)增加焊盤間距或增加一個偽焊盤加以解決。

除此之外，焊料波形也是影響混裝焊接質(zhì)量的重要工藝因素。焊料波形必須適應(yīng)通孔插裝與片式元器件的混裝要求，能夠?qū)⒑噶纤腿氲皆付伺c基板之間的焊區(qū)夾角或密集元件之間的引腳焊區(qū)中。早期的波峰焊多采用單波峰焊接（見圖9.2），隨著高密度封裝和無鉛技術(shù)發(fā)展，目前在混裝工藝中最常用的是雙波峰焊（見圖9.6），它是防止通孔插裝元器件焊點(diǎn)拉尖、橋連(詳見9.5節(jié))和片式元器件排氣效應(yīng)和陰影效應(yīng)的有效工藝措施。圖9.6雙波峰焊（a）雙波峰焊原理;（b）雙波圖片雙波峰焊有兩個焊料波峰，第一個是湍流波（TurbulentWave），第二個是平滑波（SmoothWave）。焊接時，組件首先經(jīng)過湍流波。湍流波從一個狹長的縫隙中噴出，以一定的壓力、速度沖擊著PCB的焊接面并進(jìn)入元器件各狹小密集的焊區(qū)。由于有一定的沖擊壓力，湍流波能夠較好地滲入到一般難以進(jìn)入的密集焊區(qū)，有利于克服排氣、遮擋形成的焊接死區(qū)，提高焊料到達(dá)死區(qū)的能力。但是湍流波的沖擊速度快、作用時間短，因此其對焊區(qū)的加熱、焊料的潤濕擴(kuò)展并不均勻、充分，焊點(diǎn)處可能出現(xiàn)橋連或粘連了過量的焊料等現(xiàn)象，因此需要第二個波峰進(jìn)一步作用。平滑波與傳統(tǒng)的通孔插裝波峰焊類似，其波面較寬、運(yùn)動速度較慢，在靠近波峰表面的中心區(qū)域上，PCB與焊料流動的相對速度可以近似為零。在這樣一種相對靜止的情況下，焊料能夠充分潤濕、擴(kuò)展，有利于形成充實(shí)的焊點(diǎn)。當(dāng)焊點(diǎn)離開波峰的瞬間，少量焊料由于自身內(nèi)聚力的作用而收縮并粘附在焊盤和引腳之間，并在熔融焊料的表面張力作用下收縮形成焊點(diǎn)，多余焊料則流回焊料槽中。經(jīng)過平滑波整理后，消除了可能的拉尖、橋連，去除了多余的焊料，確保了焊接質(zhì)量。為了克服PCB上的“焊接死區(qū)”，有些波

峰焊機(jī)的第一個波峰由一排噴嘴噴出，噴嘴同時來回運(yùn)動，使得焊料波峰能夠不斷沖入這些不易焊接的區(qū)域。

9.2助焊劑涂布

在裝聯(lián)組件的焊接面上涂布助焊劑，也是要其發(fā)揮去除氧化、降低表面張力和增加焊料潤濕擴(kuò)展能力等助焊作用。因此焊劑涂布是焊接前的一道重要工序。波峰焊中所使用的焊劑通常都是液態(tài)的。通過涂布，要求焊劑能以一定厚度均勻地涂布于電路焊接面上，避免涂布不均造成的助焊能力不足或焊劑堆積引起的焊接斷/短路現(xiàn)象。對密度在0.8～0.85g/cm3、固含量在1.5％～10％左右的焊劑，根據(jù)所使用的焊劑類型，所涂布的焊劑固態(tài)含量一般要在0.5～3g/m2之間。

9.2.1涂布方法

目前所采用的焊劑涂布方法主要有噴霧法、噴流法和發(fā)泡法等。早期還有使用刷涂和浸漬等方法。由于這兩種方法涂布的均勻性較差，焊劑還可能進(jìn)入不到焊接通孔內(nèi)，因此這些方法現(xiàn)已基本上被淘汰。

1.發(fā)泡法

發(fā)泡法（FoamFluxing）的噴涂原理如圖9.7所示。它是將一至多根多孔陶瓷或塑料管置于液態(tài)焊劑槽內(nèi)，然后在多孔管中通入壓縮空氣迫使焊劑產(chǎn)生均勻的微小氣泡。當(dāng)組件通過噴嘴時，這些氣泡就會均勻地噴涂在PCB的焊接面上，實(shí)現(xiàn)了焊劑的涂布過程。通常還要在噴涂之后，利用熱風(fēng)吹掉PCB上多余的焊劑并使其盡快干燥。圖9.7發(fā)泡法的噴涂原理焊劑的涂布質(zhì)量主要由泡沫的直徑、均勻性和焊劑的密度決定。一般要求泡沫直徑在1～2μm、焊劑密度在0.8～0.85g/cm3左右。通過對噴涂系統(tǒng)的調(diào)整，可以控制相關(guān)的噴涂工藝參數(shù)。根據(jù)多孔管的孔徑大小，空氣壓力一般控制在0.3～0.5MPa，噴嘴上的泡沫高度要到達(dá)10～15mm左右。多孔管必須浸入焊劑液面下的10～25mm。發(fā)泡法具有涂布均勻、可靠，泡沫高度可以調(diào)節(jié)，PCB金屬化通孔也能得到可靠噴涂，技術(shù)成本低、操作簡單等特點(diǎn)。但是對低固含量或免清洗焊劑有時噴涂較為困難，開放式的系統(tǒng)使得焊劑易揮發(fā)、受潮而需要定期檢查焊劑，同時不適合元器件引腳過長（未修剪）的場合。采用發(fā)泡法噴涂的焊劑密度高，焊接時應(yīng)適當(dāng)延長預(yù)熱時間以去除過量的

溶劑。

2.噴霧法

噴霧法（SprayFluxing）是一種將焊劑霧化以后再噴涂到PCB焊接面的工藝方法，其原理如圖9.8所示。目前噴霧法有多種具體形式，例如有以超聲波振蕩方式，通過將超聲波振蕩器（20～40kHz）產(chǎn)生的高頻振蕩能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動迫使焊劑霧化進(jìn)行噴涂的；有以噴嘴噴霧方式進(jìn)行霧化噴涂的，這時焊劑在一定空氣壓力下（0.5～3kg/cm3）通過噴嘴產(chǎn)生霧化而被噴涂到焊接面上（類似于采用噴槍噴漆的過程）；還有以表面開有極細(xì)致密網(wǎng)孔的滾筒一邊在焊劑中旋轉(zhuǎn)，同時利用壓縮空氣將滾筒表面的焊劑噴涂到焊接面的方法。噴涂時，前兩種方法的噴嘴或PCB需要作xy運(yùn)動（見圖9.8(a)），滾筒由于有一定的長度，噴霧時PCB只作單向運(yùn)動即可（見圖9.8(b)）。圖9.8噴霧法噴涂原理（a）噴頭方式;（b）滾筒方式超聲波振蕩噴涂和噴嘴噴涂的方法通常用于免清洗焊劑的噴涂。這時，焊劑中的固含量較低，不揮發(fā)物的含量在20％以下。噴霧時噴涂均勻、霧點(diǎn)細(xì)小且易于進(jìn)行工藝控制，所噴涂的焊劑涂層均勻細(xì)密，能夠避免雙波峰焊中第一個波峰的擦洗作用和焊劑揮發(fā)造成的助焊劑劑量不足的問題。由于焊劑能夠置于密閉的容器內(nèi)，因此也就避免了焊劑的揮發(fā)和污染。滾筒噴涂的方法也稱為噴流法，主要用于THC引腳較長和SMC/SMD排列不太規(guī)則的場合。這時助焊劑的固含量不應(yīng)小于20％，以免焊劑涂層經(jīng)過波峰焊第一個波峰的擦洗和蒸發(fā)后，在進(jìn)入第二個波峰時劑量不足，引起焊錫橋連和拉尖等。這種方法的主要缺點(diǎn)是滾筒長度是確定的，無法根據(jù)PCB尺寸控制噴涂寬度。噴涂量主要由壓縮空氣的壓力決定，無法進(jìn)行精確控制。此外，由于有較多的焊劑暴露在外而極易揮發(fā)和受到污染，因此這種方法已不太常用。

目前的焊劑涂布工藝仍以發(fā)泡方式為主，噴霧法特別是超聲波噴霧是發(fā)展方向。9.2.2涂布注意事項

1.焊劑密度控制

焊劑中的溶劑容易揮發(fā)，從而影響焊劑的密度。焊劑密度決定了焊劑中的固含量，由前述可知，它對焊劑的涂布特性和波峰焊的質(zhì)量有著重要影響。因此涂布焊劑時，應(yīng)當(dāng)對焊劑密度加以監(jiān)測和控制，必要時即時補(bǔ)充溶劑，這一點(diǎn)對低沸點(diǎn)溶劑和焊劑暴露的開放式涂布系統(tǒng)特別重要（如在發(fā)泡涂布和噴流涂布系統(tǒng)中）。當(dāng)然在噴霧法中，由于焊劑始終處于密閉的容器內(nèi)，溶劑揮發(fā)小使得焊劑密度變化不大。檢測焊劑密度的最簡單方法是使用液體比重計進(jìn)行人工檢測。自動化的設(shè)備中則采用光電檢測手段，通過監(jiān)測比重計的刻度位置來確定焊劑槽中的焊劑實(shí)際密度，并在必要時打開電磁閥加入沖淡劑，以此進(jìn)行密度控制，其監(jiān)控原理如圖9.9所示。目前，新的測控方法是使用浮子式傳感系統(tǒng)同時

監(jiān)測液態(tài)焊劑的平面位置和密度，以此決定是補(bǔ)充焊劑還是溶劑。

圖9.9焊劑密度監(jiān)控原理開放式涂布系統(tǒng)中的焊劑通常都是循環(huán)使用的。為了維持焊劑液面高度的恒定，圖9.9中在上部焊劑槽中設(shè)置了一個擋板，泵入擋板右側(cè)的焊劑量始終恒定，多余焊劑重又流回到底部槽中。此外，隨著焊劑不斷刷洗PCB，不可避免地會在焊劑中出現(xiàn)污染。為此，需要定期去除各種污染、清洗設(shè)備相關(guān)機(jī)構(gòu)。

2.焊劑的烘干

焊劑涂布之后，還應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行烘干處理，以使多余的溶劑揮發(fā)掉。這樣才能在PCB的焊接面上形成有一定固含量和粘度的焊劑涂層。如果溶劑揮發(fā)不掉，過多的溶劑可能會引起焊接中的焊料飛濺。當(dāng)然揮發(fā)的程度也應(yīng)有所控制，如果揮發(fā)過度造成了焊劑粘度降低，經(jīng)歷波峰焊時，焊劑可能會過早地從PCB底面脫落，引起潤濕助焊能力變差。根據(jù)所使用的焊劑類型、溶劑比例等情況，烘干時的溫度、時間不盡相同，需要根據(jù)具體情況來確定。通常在焊劑生產(chǎn)廠家的說明書中會有詳細(xì)的介紹。

9.3焊接工藝

與回流焊相比，影響波峰焊質(zhì)量的工藝因素較多。為了正確地制定焊接工藝，以下首先分析影響波峰焊的一些主要因素。

9.3.1影響波峰焊的因素

影響波峰焊的工藝因素可以從焊劑涂布、組件傳送、焊接溫度和焊料波控制四個方面進(jìn)行分析。

1．焊劑涂布

焊劑密度、厚度、焊劑的活性以及對焊劑的補(bǔ)充和清理是焊劑涂布工藝中需要考慮的主要問題。這些問題在前一節(jié)中已有敘述。焊劑涂布時，需要特別注意控制焊劑的密度、活性以及發(fā)泡率，保證焊劑能以一定的密度和厚度均勻涂布在PCB的焊接面上。通過設(shè)備自動或人工定期檢查焊劑品質(zhì)和各項指標(biāo)，焊劑活性可以根據(jù)化學(xué)試驗(yàn)或可焊性試驗(yàn)確定，如有必要則應(yīng)更新槽中焊劑。

2．組件傳輸

波峰焊時，與組件傳輸相關(guān)的因素有傳送角度和裝夾方式。當(dāng)焊料波形確定之后，傳送角度影響組件焊接面與焊料波的接觸時間以及脫離方式。適當(dāng)增加傳送角度能夠縮短焊接時間，提高焊區(qū)與焊料的脫離速度;反之，則會延長焊接的時間。一般來說，平滑地脫離有助于形成良好的焊點(diǎn)，但具體情況還應(yīng)根據(jù)組件特點(diǎn)、所用焊料和工藝條件等由試驗(yàn)確定。通常要求傳送角度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，以便滿足工藝要求。組件的裝夾方式應(yīng)當(dāng)考慮PCB受熱之后的變形情況（通常每邊要有0.5mm的余量），以免完全剛性的裝夾造成基板變形。圖9.10顯示了一種傳送帶的形式，PCB由傳送帶上的掛鉤固定、傳送，圖中的湍流波未打開。圖9.10一種傳送帶的形式

3．溫度曲線

溫度曲線反映了預(yù)熱區(qū)的溫度設(shè)置與傳送帶的運(yùn)行速度，確定了組件的受熱過程，是保證焊接質(zhì)量的一個關(guān)鍵工藝措施。溫度曲線各區(qū)域的基本作用與回流焊的類似，波峰焊的溫度曲線設(shè)置內(nèi)容詳見下一節(jié)。

4．焊料及其波形

熔融焊料的溫度、波形、PCB的吃錫深度以及焊料的純度等是影響焊接質(zhì)量的又一組工藝因素。熔融焊料的溫度是一個重要的焊接參數(shù)，通常要高于焊料熔點(diǎn)50～60℃（對錫鉛共晶焊料）。盡管焊料溫度較高，實(shí)際焊區(qū)溫度由于傳熱與散熱作用結(jié)果而比焊料溫度要低一些（通常在220℃左右）。

波形形狀是減少拉絲、橋連、漏焊和克服“焊接死區(qū)”等焊接缺陷的最重要工藝因素。理想的焊料波形應(yīng)使焊料有效進(jìn)入通孔插裝元器件與片式元器件的各個焊區(qū)，保證必要的潤濕、擴(kuò)展和足夠的焊料，并在焊料與焊區(qū)脫離時能夠形成良好的焊點(diǎn)形狀。焊料波形主要由焊接設(shè)備來保證的。目前除了前述的雙波峰焊設(shè)備外，還有振動波、λ波、Ω波等多種形式的設(shè)備(詳見9.3.3節(jié))。

波峰高度決定了PCB的吃錫深度，其值通常控制在PCB

厚度的1/2～2/3左右，以免過深而使液態(tài)焊料流到PCB的上表面，造成上表面上元器件橋連等缺陷。波峰高度通常還與傳送角度、焊接面上的引腳長度或元器件厚度有關(guān)，實(shí)際焊接中要根據(jù)具體情況通過試驗(yàn)確定。

焊接過程中，隨著焊料波峰不斷沖刷PCB焊盤，銅在焊料中的溶蝕結(jié)果會成為焊料雜質(zhì)。過量的雜質(zhì)會使焊接缺陷增多、焊點(diǎn)強(qiáng)度降低，因此需要定期對焊料槽中的雜質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)銅的含量達(dá)到0.4％以上時就應(yīng)采取措施進(jìn)行清除。此外，在高溫條件下，焊料本身也會發(fā)生氧化，從而降低焊料品質(zhì)，影響焊接質(zhì)量，因此對焊料品質(zhì)的監(jiān)測也就尤為重要。目前，先進(jìn)的焊接設(shè)備已經(jīng)采取了氮?dú)獗Ｗo(hù)的辦法，通過在焊接設(shè)備中充入氮?dú)鈦矸乐购噶弦约昂竻^(qū)的氧化。

9.3.2溫度曲線

與回流焊類似，波峰焊溫度曲線確立了組件預(yù)熱時的升溫速率、浸入熔融焊料的焊接受熱時間以及焊后的冷卻速率。焊接前，必須根據(jù)被焊組件特征設(shè)置相應(yīng)的溫度曲線，它是取得優(yōu)良焊接的保證。圖9.11顯示了雙波峰焊的典型溫度曲線。與回流曲線類似，它也分為預(yù)熱（保溫）、焊接和冷卻等幾個區(qū)域。這其中，預(yù)熱依然起到蒸發(fā)焊劑中的溶劑，激活焊劑活性成分和去除氧化、促進(jìn)焊料潤濕擴(kuò)展并防止片式元器件特別是片式電容等受熱沖擊開裂、PCB翹曲等作用。預(yù)熱方法也有熱風(fēng)對流、紅外加熱或兩者相結(jié)合的方式。一般情況下，組件預(yù)熱時的升溫速率應(yīng)當(dāng)在2～3℃/s。對錫鉛共晶焊料而言，預(yù)熱結(jié)束后的最高溫度（頂面）要在104～116℃之間（具體情況還與組件特征有關(guān)）。表9.1列出了常見組裝類型與預(yù)熱溫度要求。與回流焊相比，升溫帶寬控制相對較寬。熔融的焊料溫度通常控制在235～245℃，焊料溫度與預(yù)熱溫度差應(yīng)在100～120℃之間，具體取值仍然要根據(jù)元器件的耐熱性和組件特性決定。波峰焊結(jié)束時，對組件的冷卻速率多采用2～4℃/s。圖9.11雙波峰焊的典型溫度曲線將預(yù)熱、保溫過程分為2～3階段進(jìn)行能夠獲得更加均勻的預(yù)熱效果。組件的實(shí)際受熱還與傳送帶的運(yùn)行速度有關(guān)。通常要求一個焊區(qū)從接觸焊料到離開焊料的時間（也稱為焊接時間）不超過3～4s。這意味著，如果焊料波面的寬度為3in時，傳送帶的速度不應(yīng)小于5ft/min（焊接時間＝波峰寬/速度）。傳送帶的速度一般設(shè)定在6ft/min，焊接時間過長，引腳、焊端涂層的浸析越多，界面層的金屬化合物生長也越多；反之，焊接時間過短，焊區(qū)加熱可能不充分，焊料的潤濕擴(kuò)展作用將會受到限制。

各區(qū)域溫度與持續(xù)時間同樣是由設(shè)備各區(qū)溫度設(shè)定、熔融焊料溫度與傳送帶的運(yùn)行速度來決定的。溫度曲線仍然需要通過測試手段確定，其基本過程也與回流曲線測定類似。由于PCB的正面（頂面，Top-of-Board）一般貼裝密集，因此溫度曲線可只檢測頂面溫度。測試時，首先確定傳送帶速度，然后記錄試驗(yàn)板頂面至少三個點(diǎn)的溫度。反復(fù)調(diào)整加熱器溫度值使各點(diǎn)溫度達(dá)到設(shè)定的曲線要求，最后再進(jìn)行實(shí)裝測試并進(jìn)行必要的調(diào)整。在編制工藝文件時，除了記錄加熱溫度曲線設(shè)定之外，一般還要記錄焊劑及其涂布工藝參數(shù)（泡沫高度、噴射角度、壓力、密度控制要求以及焊劑清理等），焊料波參數(shù)、焊料檢測和撇渣要求等，這些都是波峰焊的主要工藝參數(shù)。9.3.3波峰焊的主要類型

焊料波形是影響混裝組件焊接質(zhì)量的主要因素。通過對焊料形的改進(jìn)，增加其對密集焊區(qū)或布置不規(guī)律元器件的焊接能力，可以派生出許多不同的焊接類型。9.1.2節(jié)所介紹的雙波峰焊是最基本的類型。實(shí)際使用中有許多類型的波峰焊設(shè)備可供選擇，這些設(shè)備通過產(chǎn)生各種形式的焊料波來滿足組件的裝焊需求。代表性的有以下幾種：

1．振動波

振動波峰焊（VibratingWaveSoldering）又分為氣泡式（BubbleWave）和Ω波（OmegaWave）等幾種類型。振動類波峰焊是克服排氣效應(yīng)和陰影效應(yīng)引起焊接死區(qū)的又一有效方法。氣泡式波峰焊一般采用單波形式，從錫槽底部噴射到熔融焊料中的氮?dú)猱a(chǎn)生許多氣泡，隨著這些氣泡打散包圍在焊區(qū)周圍的氣體而使焊料得以進(jìn)入焊區(qū)。

圖9.12Ω波峰焊組成示意圖

Ω波利用了超聲波引起熔融焊料振動的原理形成焊料波（見圖9.12）。在Ω波峰焊中，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生振幅可控的低頻振動（50～60Hz）引起焊料液面形成波動。振動的焊料沖破焊劑飛沫并置換出氣體，從而使焊料進(jìn)入焊接死區(qū)。隨著PCB向設(shè)備出口方向移動，焊料振動逐漸減弱，從而經(jīng)歷了一個類似平滑波的焊料區(qū)域，進(jìn)一步消除了焊點(diǎn)處的橋連和拉尖。Ω波峰焊與雙波峰焊具有同樣的焊接效果，但所用的焊料更少，因而更經(jīng)濟(jì)。有研究表明，Ω波在填充通孔、消除焊接死區(qū)方面有比雙波峰焊更好的效果。如果在雙波峰焊的第一個波峰中就增加超聲波振動，其消除焊接缺陷、提高焊接質(zhì)量的效果就會更好。

2．λ波

λ波由一個較寬的平坦主峰區(qū)和一個較彎曲的副峰區(qū)組成，如圖9.13所示。焊接時，焊區(qū)與波峰接觸時間較長，焊料的擦洗作用較好。噴嘴前安置了擋板控制波形以及波峰的速度特性，使噴嘴前形成了較大的相對速度為零的區(qū)域。在這一區(qū)域進(jìn)行焊接有助于減少焊點(diǎn)的拉尖、橋連現(xiàn)象。

圖9.13λ波峰焊組成示意圖

λ波的一種變形是所謂的T形波。T形波是將λ波主峰縮短、副峰延長而成的，整個波峰變得較寬。由于波峰加寬，焊區(qū)的焊接時間得以保證，焊料的表面張力有充分時間將多余焊料拖回波峰中，從而減少了橋連現(xiàn)象。

λ波與T形波主要用于組裝密度低、片式元器件較少的

場合。

3．惰性氛圍波峰焊

惰性氛圍（InertEnvironment）波峰焊主要是在波峰焊中引入惰性氣氛（目前主要用氮?dú)猓?，以防止波峰處的焊料氧化并降低了對焊區(qū)的潤濕性。隨著免清洗、低活性焊劑使用

的逐漸增多，惰性氛圍彌補(bǔ)了低活性焊劑對焊區(qū)清潔能力不足的問題，同時也降低了錫渣生成和焊料浪費(fèi)。

通常，產(chǎn)生惰性氛圍的途徑有兩種：一種是僅在焊料

波周圍的焊接區(qū)域增加惰性氣體。這時，彌漫在焊接室內(nèi)的氮?dú)獍鼑噶喜?，隨著PCB沿波面移動焊接，氮?dú)庖彩冀K包圍著焊區(qū)周圍的空間，防止高溫氧化的發(fā)生。另一種則是通過風(fēng)道在預(yù)熱與焊接區(qū)域同時增加惰性氣體。這種方式的氮?dú)庥昧枯^多，但從組件預(yù)熱開始就對焊區(qū)提供了保護(hù)，因而焊接質(zhì)量更高。通常，氮?dú)獠ǚ搴傅牡獨(dú)庥昧繛?8～

20m3/h，氧含量要控制在50×10－6

左右。

9.4波峰焊工藝系統(tǒng)評估

由9.3.1節(jié)可知，波峰焊工藝中，有許多與設(shè)備相關(guān)或無關(guān)的因素共同影響著焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和焊接質(zhì)量是多種參數(shù)協(xié)調(diào)、控制的結(jié)果，僅靠設(shè)備本身并不足以取得良好的生產(chǎn)效果。并且，工藝設(shè)置、設(shè)備選擇還與組件特征、生產(chǎn)批量有關(guān)。因此，工藝系統(tǒng)的選擇、調(diào)整既要考慮設(shè)備性能，還要考慮工藝的適應(yīng)性和運(yùn)行的可靠性。表9.2列出了波峰焊工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的主要特性和評估事項，可作為實(shí)際生產(chǎn)中確定工藝和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計時的參考。