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PCBA波峰焊(wave soldering)技术介绍

发布时间 :2016-06-02 14:23 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳恒运娱乐捷PCBA部
电子业早期在SMT(Surface Mount Technology,表面黏着技术)还没发达之前,所有的PCBA组装电路板几乎都要经过这种波峰焊接的制程(wave soldering)以达到电子零件焊接于电路板的目的。之所以称之为「波峰焊接」是因为它焊接时需要使用一整桶的锡炉,锡炉内会加热到足以融化锡条的温度并形成熔融的锡液,这些锡液有时候通常看起来就像湖水一般,有时候又可以在上面制造波浪,而电路板就像艄舢舨一样从其湖水或波浪的表面滑行而过,让锡液沾附在电子零件与电路板之间,冷却后焊锡就会将电子零件焊接于电路板上。
随着工业技艺的日新月异,大部分电子零件也都越做越小了,并且可以符合SMT回流焊接的要求(如小尺寸零件以及耐回流高温),所以现今大部分的电路板都已经舍弃了这种传统的波峰焊制程,既使有些无法缩小尺寸的零件,但只要其材料耐温可以达到SMT回流焊的要求,也可以采用paste-in-hole 制程使用回流焊炉来达成焊接的目的。话虽如此,但还是有少数的电子零件依然达不到SMT制程的需求,所以在某些情况下还是得使用这这种需耗费大量焊锡的制程。
PCBA波峰焊接流程
现在就大概来讲解一下波峰焊(wave soldering)的制程,波峰焊的制程基本分成四大部份:
第一部份为助焊剂添加区((Flux Zone)
使用助焊剂的目的是为了为了提升零件焊接的品质,因为电路板、电子零件,甚至锡液都有机会因储存及使用环境而受到一些污染,以致造成氧化影响焊接品质,而助焊剂的主要功能就在去除金属表面的氧化物及脏东西,而且在高温作业时更可以在金属的表面形成薄膜以隔绝空气,让焊锡不易氧化。可是使用波峰焊接制程一定得使用熔融的锡液来当作焊接的媒介,既然是锡液,那么温度一定得高于焊锡的熔点温度才行,以目前的SAC305无铅焊锡的温度大约在217C,一般的助焊剂是无法长期留存在这样的温度之下,所以如果想添加助焊剂就必须要在电路板经过锡液以前先涂抹。
一般涂抹助焊剂的方式有两种,一种使用发泡助焊剂,当电路板经过助焊剂区时就会沾附在电路板上,这个方式的缺点是助焊剂往往无法均匀的涂布到电路板上,造成没有助焊剂的部位焊接不良;第二种方法使用喷涂的方式,喷嘴设置在链条的下方,当电路板经过时由下往上喷涂,这种方式有个缺点,就是助焊剂会穿过电路板的缝隙,差的可能会直接污染电路板正面的零件,甚至渗透到部份零件的内侧,形成日后品质不稳的不定时炸弹,要不就是会残留在波峰焊机器的顶部,如果没有定时清理,当助焊剂累积到一定重量后就会滴落,一大坨直接污染到电路板的正面。
回流焊制程的锡膏内也掺杂有助焊剂喔!只是一般我们不易察觉而已。
 
第二部份为预热区(Pre-Heating Zone)
就如同SMT制程一般,波峰焊制程也需要预热电路板,这是为了降低电路板变形,避免有些零件内部潮湿,加热太快容易造成爆米花等缺失。
就如果煮白蛋一样,如果先把水加热到沸腾后,直接把生鸡蛋放进去煮,鸡蛋一定会破掉,而且挤出蛋白。想要煮出一颗完美的水煮蛋,就要把鸡蛋先丢要冷水中,然后一起煮沸。
 
第三部份为焊接区(Soldering Zone)
这里会有一大桶加热熔融的锡槽,所以才会被称为「锡炉」,它真的就是把一大堆的锡条丢到槽子内然后加热融化成为锡液,所以这个制程需要耗费相当多的锡材。既然是液态的锡,所以就可以依照液体的特性制作出各种锡面来符合焊锡的需要。
一般来说锡炉内的锡槽会再被分成两槽,第一槽称为扰流波,第二槽称为平流波,这两个锡槽各有不同的功用,在大部分的情况下只会开启平流波:
扰流波(Chip Wave) 
利用马达翻搅锡液,形成类似喷泉的效果,其主要用途在焊接SMD的零件,因为SMD零件一般密密麻麻分布在电路板的各个区域,而且还有大有小,有高有低,因为电路板的行动类似舢舨滑行,是想舢舨底下如果有个大物件,滑行时大物件的后面就会形成所谓的「阴影效应」,锡液也是如此,如果没有翻腾锡液就无法让其接触到这些阴影下面的零件或焊点,就会造成空焊的问题。可是就因为锡液永远在翻滚,所以其焊接的效果有时候不够均匀,有时候还会出现焊接架桥的情形,所以在扰流波的后面一般都还会在加开平流波。
平流波 
就有点类似静止的水面,它可以有效的消除前面「扰流波」所产生的一些毛刺及焊接架桥短路的问题。另外平流波对于传统通孔元件(长脚伸出电路板)的焊接效果也非常好,如果波峰焊接时仅有通孔元件,就可以把扰流波关掉,用平流波就可以完成焊接。
 
第四部份为冷却区(Colling Zone)
此区域一般使用冷却风扇在锡炉的出口处,负责将刚刚经过高温锡液的电路板冷却,因为后面紧接着要做一些焊接整理及修复的动作。一般过锡炉的电路板不会使用快速冷却设备,可能是因为大部分是传统的通孔元件或是较大的SMD零件吧!
 
有些波峰炉的后面还会都加一个清洗的制程,因为还是有些电路板会走清洗制程。


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