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波峰焊改無(wú)鉛的解決方案

2018/4/17 15:07:50 次瀏覽

波峰焊機在結構上和性能上的改進(jìn)
解決方案 :
  • 預熱及加熱溫度提高 
  • 錫爐噴口結構改進(jìn) 
  • 提高溫度控制精度

波峰焊機進(jìn)行無(wú)鉛化改造。只需加長(cháng)預熱溫區的長(cháng)度、提高加熱控制精度,波峰焊機的無(wú)鉛化改造相對就比較復雜一些。以下重點(diǎn)敘述波峰焊機的無(wú)鉛化改造要求。波峰焊機的無(wú)鉛化要求與傳統的波峰焊機相比,無(wú)鉛波峰焊機在結構上和性能上有下列不同的改進(jìn):

一、預熱及加熱溫度提高,溫控精度高由于無(wú)鉛焊料熔融溫度比有鉛焊料高30℃以上,要求波峰焊機的預熱溫度和錫爐溫度升高。預熱時(shí)間一般1-3分鐘,PCB傳送速度1.2米/分,預熱區長(cháng)度大于1.2米以上,一般分為兩段預熱。元器件預熱在130~150 ℃(焊接面),保溫區150~170 ℃(10 ~30秒),焊接區焊接溫度250±2 ℃(實(shí)測元器件焊點(diǎn)溫度230 ℃以上)。為此波峰焊機的預熱區通常采用熱板式或高溫燒結陶瓷管或遠紅外發(fā)熱管加熱方式,預熱區的溫度控制采用PID方式+模擬量調壓調相方式;

二、錫爐噴口結構改進(jìn)要求焊接時(shí)焊料浸潤時(shí)間不小于4秒。采用雙波峰焊接,第一波峰為通常的絮流波,第二波峰為層流寬平波。采用加寬波峰口,減小波峰口間距的設計方案。兩波峰口之間距離60 mm左右,使兩波之間的焊錫相距30 mm左右。焊接時(shí)兩波峰之間的溫度跌落(下降)最大不超過(guò)50 ℃。

三、焊錫防氧化與錫渣分流無(wú)鉛焊料的高含錫量使焊料更容易氧化,控制焊錫氧化成為無(wú)鉛焊接時(shí)的重要問(wèn)題。采取的主要措施如下:

1)采用新型噴口結構和錫渣分離設計,盡量減少錫渣中的含錫量
2)氧化渣自動(dòng)聚積的流向設計,波峰上無(wú)飄浮的氧化錫渣,無(wú)須淘渣,減少維護。
3)增加抗腐蝕性措施無(wú)鉛焊料在高溫下,錫對鐵有較強的溶解性,傳統的波峰焊機的不銹鋼焊料槽及錫汞和噴口會(huì )逐漸腐蝕,特別是葉片、噴口等更容易損壞。如果無(wú)鉛焊料中含有鋅(zn),則更易使其氧化。因此無(wú)鉛焊接的波峰焊機的這些部位應當采用鈦合金制造,才可避免腐蝕損壞。

四、助焊劑和助焊劑噴涂系統無(wú)鉛焊接時(shí),最好采用專(zhuān)為無(wú)鉛焊接研制的免清洗助焊劑,該助焊劑固體含量低、不含鹵素、揮發(fā)完全,也不含任何樹(shù)脂、松香和其他合成物質(zhì),焊后無(wú)殘留物。晶英公司生產(chǎn)的免清洗助焊劑IF2005C,專(zhuān)為無(wú)鉛焊接研制,對于大部分難以焊接的表面有極好的焊接性能,焊后無(wú)殘留物。在HAL、OSP、鎳金、及化學(xué)鍍錫表面,焊接可靠性極高。助焊劑最好使用助焊劑噴涂系統,采用噴霧法進(jìn)行焊劑的噴涂。助焊劑噴涂系統具有一個(gè)密閉式的增壓恒壓罐,內裝助焊劑。噴嘴采用步進(jìn)伺服電機驅動(dòng),微機控制。是一個(gè)噴涂速度、噴涂寬度和噴涂量可調的自動(dòng)跟蹤系統。助焊劑回收采用上下抽風(fēng)、兩級不銹鋼絲網(wǎng)過(guò)濾,上部過(guò)濾傾斜,利用流體特性最大極度地過(guò)濾收回多余的助焊劑。該系統適合各種無(wú)VOC環(huán)保助焊劑的噴涂。

五、溫度控制精度提高原來(lái)使用有鉛焊料時(shí),熔融溫度為183 ℃,達到焊接溫度250℃(實(shí)測元器件焊點(diǎn)溫度210 ℃左右),工藝窗口寬度為67 ℃。無(wú)鉛焊接時(shí)無(wú)鉛焊料的熔融溫度提高到210 ℃以上。由于元器件耐熱性的限制,焊接溫度仍舊為250 ℃,使其焊接區的工藝窗口變仄。這就要求波峰焊機的溫度的控制精度提高到±2 ℃,傳統波峰焊機采用溫度表方式控溫,原理為通斷模式(ON-OFF)溫度精度低。新的無(wú)鉛波峰焊接機有的廠(chǎng)家采用PID+模擬量調壓控制方法,可減少溫度沖擊,達到較高的溫控精度。焊料槽的溫控精度最低應達到±5 ℃。

六、控制冷卻速率推廣過(guò)渡階段,無(wú)鉛焊料勢必與某些元器件及印制板上的有鉛涂層共同存在。由于無(wú)鉛焊料液相顯和固相線(xiàn)溫差較大,其冷卻速率與印制板的冷卻速率不同,導熱系數大的插裝元件引線(xiàn)和銅焊區附近先凝固,焊料產(chǎn)生熱收縮,而使最后凝固的低熔點(diǎn)焊料在靠近焊盤(pán)一側發(fā)生剝離,出現無(wú)鉛焊料的焊點(diǎn)與印制板焊盤(pán)相剝離現象。若采用含Bi的無(wú)鉛焊料這種現象可能更為突出。為避免這一現象,波峰焊機的出口處加裝冷卻裝置。一般采用自然風(fēng)強制冷卻,冷卻速率在6~8 ℃/秒或8~12 ℃/秒,根據具體情況確定。

七、波峰焊接溫度曲線(xiàn)優(yōu)化對于有鉛波峰焊來(lái)說(shuō),63/37焊料熔化溫度為183 ℃,焊接峰值溫度為250 ℃,其工藝窗口為67 ℃。對于無(wú)鉛波峰焊來(lái)說(shuō),Sn95.5/Ag4.0/CuO.5無(wú)鉛焊料熔化溫度為215~220 ℃,焊接峰值溫度為250 ℃,其工藝窗口為30 ℃。而要達到焊料的良好濕潤性,元器件端頭及印制板焊盤(pán)處的實(shí)際溫度必須達到230 ℃以上,才能實(shí)現有效地焊接,這樣其有效的工藝窗口僅為20 ℃。小型元器件經(jīng)過(guò)預熱區、再經(jīng)過(guò)焊接區峰值溫度,很容易就可達到230 ℃。但大型元器件的溫度這時(shí)遠遠未達到,這就需要延長(cháng)預熱時(shí)間,以便降低元器件之間的溫度差,使大型元器件經(jīng)過(guò)焊接區峰值溫度時(shí),其焊點(diǎn)的溫度也能達到230 ℃,所以,無(wú)鉛波峰焊機的預熱區要比普通波峰焊機長(cháng)得多。除了需要有足夠的預熱時(shí)間和預熱溫度、保證足夠的焊接時(shí)間外,焊接時(shí)波峰的峰值溫度與預熱溫度之差小于150 ℃(T3-T1<150 ℃)。

特別要注意以下溫度點(diǎn):從預熱段到焊接前的溫度跌落(下降)最大小于5 ℃(dtl<5 ℃)。兩波峰焊接之間的溫度跌落最大小于50 ℃(dtl<50 ℃,高可靠產(chǎn)品dt2<30 ℃)。兩波峰焊接時(shí)間之和一般為4秒,不得小于3秒(t2+t3>3-5秒)。