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    峰焊常见焊接缺陷原因分析及预防对策

      发布时间:2018-03-15 06:59

      A、焊料不足:焊点干瘪/不完整/有空洞,插装孔及导通孔焊料不饱满,焊料未爬到元件面的焊盘上。

      原因:a)PCB 预热和焊接温度过高,使焊料的黏度过低; b)插装孔的孔径过大,焊料从孔中流出; c) 插装元件细引线大焊盘,焊料被拉到焊盘上,使焊点干瘪; d) 金属化孔质量差或阻焊剂流入孔中; e) PCB 爬坡角度偏小,不利于焊剂排气。 对策:a) 预热温度 90-130℃,元件较多时取上限,锡波温度 250+/-5℃,焊接时间 3~5S。 b) 插装孔的孔径比引脚直径大 0.15~0.4mm,细引线取下限,粗引线取上线。 c) 焊盘尺寸与引脚直径应匹配,要有利于形成弯月面; d)反映给 PCB 加工厂,提高加工质量; e) PCB 的爬坡角度为 3~7℃。

      原因:a)焊接温度过低或传送带速度过快,使熔融焊料的黏度过大; b) PCB 预热温度过低,焊接时元件与 PCB 吸热,使实际焊接温度降低; c) 助焊剂的活性差或比重过小; d) 焊盘、插装孔或引脚可焊性差,不能充分浸润,产生的气泡裹在焊点中; e) 焊料中锡的比例减少,或焊料中杂质 Cu 的成份高,使焊料黏度增加、流动性变差。 f) 焊料残渣太多。 对策: a) 锡波温度 250+/-5℃,焊接时间 3~5S。 b) 根据 PCB 尺寸、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度,PCB 底面温度在 90-130。 c) 更换焊剂或调整适当的比例; d) 提高 PCB 板的加工质量,元器件先到先用,不要存放在潮湿的环境中; e) 锡的比例61.4%时,可适量添加一些纯锡,杂质过高时应更换焊料; f) 每天结束工作时应清理残渣。

      原因: a) PCB 设计不合理,焊盘间距过窄; b) 插装元件引脚不规则或插装歪斜,焊接前引脚之间已经接近或已经碰上; c) PCB 预热温度过低,焊接时元件与 PCB 吸热,使实际焊接温度降低; d) 焊接温度过低或传送带速度过快,使熔融焊料的黏度降低; e)阻焊剂活性差。 对策: a) 按照 PCB 设计规范进行设计。两个端头 Chip 元件的长轴应尽量与焊接时 PCB 运行方向垂 直,SOT、SOP 的长轴应与 PCB 运行方向平行。将 SOP 最后一个引脚的焊盘加宽(设计一个窃锡焊盘) 。 b) 插装元件引脚应根据 PCB 的孔距及装配要求成型,如采用短插一次焊工艺,焊接面元件引 脚露出 PCB 表面 0.8~3mm,插装时要求元件体端正。 c)根据 PCB 尺寸、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度,PCB 底面温度在 90-130。 d) 锡波温度 250+/-5℃,焊接时间 3~5S。温度略低时,传送带速度应调慢些。 f) 更换助焊剂。

      原因: a) 元件焊端、引脚、印制板基板的焊盘氧化或污染,或 PCB 受潮。 b) Chip 元件端头金属电极附着力差或采用单层电极,在焊接温度下产生脱帽现象。 c) PCB 设计不合理,波峰焊时阴影效应造成漏焊。 d) PCB 翘曲,使 PCB 翘起位置与波峰焊接触不良。 e) 传送带两侧不平行(尤其使用 PCB 传输架时) ,使 PCB 与波峰接触不平行。

      f) 波峰不平滑,波峰两侧高度不平行,尤其电磁泵波峰焊机的锡波喷口,如果被氧化物堵塞 时,会使波峰出现锯齿形,容易造成漏焊、虚焊。 g) 助焊剂活性差,造成润湿不良。 h) PCB 预热温度过高,使助焊剂碳化,失去活性,造成润湿不良。 对策: a) 元器件先到先用,不要存在潮湿的环境中,不要超过规定的使用日期。对 PCB 进行清洗和去潮处理; b) 波峰焊应选择三层端头结构的表面贴装元器件,元件本体和焊端能经受两次以上的 260℃波峰焊的温度冲击。 c) SMD/SMC 采用波峰焊时元器件布局和排布方向应遵循较小元件在前和尽量避免互相遮挡原 则。另外,还可以适当加长元件搭接后剩余焊盘长度。 d) PCB 板翘曲度小于 0.8~1.0%。 e) 调整波峰焊机及传输带或 PCB 传输架的横向水平。 f) 清理波峰喷嘴。 g) 更换助焊剂。 h) 设置恰当的预热温度。

      原因:a) PCB 预热温度过低,使 PCB 与元器件温度偏低,焊接时元件与 PCB 吸热; b) 焊接温度过低或传送带速度过快,使熔融焊料的黏度过大; c) 波峰焊机的波峰高度太高或引脚过长, 使引脚底部不能与波峰接触。 因为电磁泵波峰焊机是空心波, 厚度为 4~5mm; d) 助焊剂活性差; e) 焊接元件引线直径与插装孔比例不正确,插装孔过大,大焊盘吸热量大。 对策: a) 根据 PCB、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度,预热温度在 90-130℃; b) 锡波温度为 250+/-5℃,焊接时间 3~5S。温度略低时,传送带速度应调慢一些。 c) 波峰高度一般控制在 PCB 厚度的 2/3 处。插装元件引脚成型要求引脚露出 PCB 焊接面 0.8~3mm d) 更换助焊剂; e) 插装孔的孔径比引线mm(细引线取下限,粗引线取上线) 。

      a) 板面脏污:主要由于助焊剂固体含量高、涂敷量过多、预热温度过高或过低,或由于传送 带爪太脏、焊料锅中氧化物及锡渣过多等原因造成的; b) PCB 变形:一般发生在大尺寸 PCB,由于大尺寸 PCB 重量大或由于元器件布置不均匀造成 重量不平衡。这需要 PCB 设计时尽量使元器件分布均匀,在大尺寸 PCB 中间设计工艺边。 c) 掉片(丢片) :贴片胶质量差,或贴片胶固化温度不正确,固化温度过高或过低都会降低粘 接强度,波峰焊接时经不起高温冲击和波峰剪切力的作用,使贴装元件掉在料锅中。 d) 看不到的缺陷:焊点晶粒大小、焊点内部应力、焊点内部裂纹、焊点发脆、焊点强度差等,需要 x 光、焊点疲劳试验检测。 这些缺陷主要与焊接材料、PCB 焊盘的附着力、元器件焊端或引脚的可焊性及温度曲线等因素有关。

      波峰焊原理及波峰焊结构: 波峰焊錫機主要是由運輸帶,助焊劑添加區,預熱區,錫爐組成。 運輸代主要用途是將電路底板送入波峰焊錫機,沿途經助焊劑添加區,預熱區,錫爐等。 助焊劑添加區主要是由紅外綫感應器及噴嘴組成。紅外綫感應器作用是感應有沒有電路底板進入 ,如果有感應器便會 量出電路底板的寬度。助焊劑的作用是在電路底板的焊接面上形成以保護膜。 預熱區提供足夠的溫度,以便形成良好的焊點。有紅外綫發熱可以使電路底板受熱均勻。 在双波峰系统中,波的湍流部分防止漏焊,它保证穿过电路板的焊料分布适当。焊料以较高速通过狭缝渗入,从而透 人窄小间隙。喷射方向与电路板进行方向相同。单就湍流波本身并不能适当焊接元件,它给焊点上留下不平整和过剩的焊料, 因此需要第二个波。 第二层流波或平滑波消除了由第一个湍流波产生的毛刺和焊桥。层流波实际上与传统的通孔插装组件使用的波一 样。因此,当传统组件在一台机器上焊接时,就可以把湍流波关掉,用层流波对传统组件进行焊接。

      现在市面上应用最普遍的双峰系统,其湍流波往复运动,焊料从喷嘴而不是从一个狭长的缝中喷射。运动着的喷嘴在 防止漏焊方面比狭缝更有效,因为它不仅产生湍流,而且具有清洗作用。

      圖 3-1 顯示了波峰焊的焊接技術,焊料池中熔化的焊料向上噴射形成一個凸出的波形。焊接過程中,先在一塊插有元 件的 PCB (PCBA)上涂敷焊劑、經過預熱後再通過由熔化了的焊料所形成的波峰,從而使 PCB 接觸波峰頂部將元件和 PCB 焊盤的連接處焊接起來。 根據機器所使用不同幾何形狀的波峰,波峰焊系統可以劃分成許多種。

      圖 3-3 所示的是其中一種波峰焊系統(雙波峰焊接系統),其中第一個波是一個湍流波,作用是防止虛焊。第二個波是一 個平滑波,作用是幫助消除毛刺及焊橋。湍流波既可以通過讓熔化的焊料經過一個振盪器來形成,亦可以通過向焊料池中注 入氮氣來形成。

      1.波峰高度 波峰高度是指波峰焊接中 pcb 吃錫高度。 其數值通常控制在 pcb 板厚度 1/2~2/3,過大會導致熔融焊料流 到 pcb 表面﹐形成“橋連” 2.傳送傾角 波峰焊機在安裝時除了使機器水平外﹐還應調節傳送裝置傾角﹐通過傾角調節﹐能調控 pcb 與波峰面 焊接時間﹐適當傾角﹐會有助于焊料液與 pcb 更快剝離﹐使的返回錫鍋內 3.熱風刀 所謂熱風刀﹐是 sma 剛離開焊接波峰后﹐在 sma 下方放置一個窄長帶開口“腔體”﹐窄長腔體能吹出熱 氣流﹐尤如刀狀﹐故稱“熱風刀” 4.焊料純度影響 波峰焊接過程中﹐焊料雜質主要是來源于 pcb 上焊盤銅浸析﹐過量銅會導致焊接漏洞增多 5.助焊劑 6.工藝參數協調 波峰焊機工藝參數帶速﹐預熱時間﹐焊接時間与傾角的間需互相協調﹐反復調整。

      随着电子业的高速发展, 制作电子的机械也同步进行改进, 而焊锡炉也随着生产制造效 益,品质的要求而不断改进更新,原同长脚作业的手浸焊,涌锡焊,此类焊接工艺多数用 在手工操作中,生产出的产品多数为比较低档的产品,其优点是可以生产超高元件脚的产 品,作业简单灵活几乎不需要设备投资,缺点是人工操作不可能每次操作一致,产量和质 量都达不到要求,随着科技的飞跃发展,出现了长脚作业的自动环型炉超高波峰焊接炉, 又由 AI 技术代替人工插件再由精细波峰炉焊接的短脚作业,也就是今天的电子生产技术。 在今天的电子业竟争激烈环境下,一个企业要生存,那么企业的龙头就是品质,如何做 好品质那就是物料成本和机械的使用率及保养,机械的保养可以延长使用寿命提高生产品 质和效率及使用率。 波峰炉如何保养:分四部份 1. 机械部分:如果机台运转时太长,未保养,点检就会出现螺丝松脱,齿轮牙轮密 和度不好,链条速度减慢,传动轴可能生锈导致轨道变形(如喇叭口,梯形等状) 就会导致掉板,卡板现象,出现炉后品质不良,轨道水平变形等状况。既影响了 机械的本身性能又浪费了生产时间。 2. 发热管部分: 如果使用时间过长未对发热管保养和更换, 会出现发热管发热温度 不均匀,发热管老化,断裂,SMT 回流焊炉就会影响贴片元件的熔锡焊接效果。 如出现冷焊,锡珠,短等不良,DIP 波峰焊就会影响助焊剂对 PCB’A 的作用(达 不到润焊效果)。 锡槽的焊锡熔化时间延长, 因温度不匀导致爆锡(因锡在熔化时 爆到链条,轴承上而卡死),温控表示不准确(可能会道致误判)等等。这样既对 品质没有保证又浪费了生产时间,更会增加机械成本,人工成本和物料成本。 3. 电气部分:如果机台连转时太长未保养,检修或未更换一些部件,就会产生电气 部件(如:交流接触器,继电器电流表,电压表等等),电线的绝缘电阻增大,使

      之导电性能不强,接触不良,在通电时会拉孤光,短路,此时电路中的电流就会 成倍增长,可能烧坏电气部件,仪表。不谨使机械设备电气严重受损,耽误生产 而且对的伤害后果难以预测。 4. 喷雾部份:如果长时间生产不对喷雾系统进行保养会导致光电感应失灵,PLC 程 序控制不准确, 与轨道马达喷雾马达同步的识码器识别资料不精确, 喷雾马达速 度减慢等故障。此故障会影响助焊剂喷雾不均匀(量不均匀,可能会提前或延后 喷雾),喷嘴堵塞,压力不够,流量减少,助焊剂水分增多等现象。不谨影响了 炉后的品质还增加了炉后检修人员。成本从何控制,机械的使用寿命如何延长, 使用率从何谈起,值得深思。