PCBA 组装工艺中波峰焊接的要点

波峰焊技术简介

DIP 插接和 SMD 贴片工艺中的特殊波峰焊是现代电子制造中 PCB 组装行业的重要工艺之一，虽然它已经受到 SMT 技术的影响，但仍有相当多的电子元器件不能完全被 SMT 封装技术所取代，如可靠性要求较高的插接连接器、一些大功率的电解电容等。因此，波峰焊也将在电子制造领域发挥重要作用。

波峰焊是电子工业中一种常见的自动焊接技术。它具有焊接质量可靠、外形美观、焊接一致性好、操作简便、节能省工等特点。

 

 

高质量控制的技术要求

波峰焊DIP 波峰焊概述

波峰焊是将熔化的液态焊料在泵的帮助下，在焊料槽的表面形成特定的焊波，并将装有元件的印刷电路板置于传输链上，通过特定的角度和一定的浸入深度实现焊点的焊接工艺。 

波峰焊用于在批量 PCBA 生产中制作组装印刷电路板。之所以称为波峰焊，是因为它采用了类似波峰焊的焊接方式。主要用于通孔元件和 SMD 元件焊接的 SMD 粘合剂（红胶）工艺，在后一种情况下，在通过熔融焊锡炉之前，通过 SMT 贴片机，将元件和粘合剂粘合在印刷电路板（PCB）表面。

波峰焊是使插件 PCBA 电路板的焊接面直接接触高温液态锡来达到焊接的目的，高温液态锡保持一个斜面，并通过特殊装置形成类似波峰的液态锡现象，故称为 "波峰焊"。

下面的示意图显示了熔融焊膏穿过电路板底面，使 PCB 焊盘和元件引脚完全焊接并牢固连接的过程。

 

控制要求

波峰焊的过程，主要可分为这几个阶段：安装夹具、涂助焊剂、预热（温度 90-100℃，长度 1-1.2m）、焊接和冷却。

1.安装固定装置：

波峰焊对 PCB 板的平整度要求很高，而汽车电气元件的 PCB 板厚度一般只有 1.6mm，因此对翘曲度的要求本身就很高。在波峰焊过程中，更应注意热变形程度的控制。安装在待焊 PCB 上的夹具可以限制基板的热变形程度，防止出现焊接现象，从而保证焊接效果的稳定性，这一点对于较薄的 PCB 尤为重要。如果在波峰焊过程中 PCB 上经常残留飞溅的锡渣，可以考虑在夹具上加装保护罩。同时，夹具是否定期清洗也需要注意。

2.涂层助焊剂： 

通量的功能如下：

清除待焊 PCBA 板表面可能存在的氧化物；

防止金属表面再次氧化；

降低液态焊料的表面张力，提高扩散能力。

现在一般采用喷涂系统进行助焊剂喷涂，过程中需要重点控制的是涂布量和均匀度，即要求涂布均匀，且助焊剂涂布量适中。助焊剂涂布量不足或不均匀，可能会导致焊盘活化不足，造成漏焊和焊接不良。

 

控制要点如下 

影响助焊剂涂层的一些重要监测参数包括气压、助焊剂比重（浓度）、传输速度等。这些参数必须在首次检查中反映出来。

 

为了保证助焊剂涂层的均匀性，可在印刷电路板的底面粘贴传真纸。通过将助焊剂喷涂痕迹的面积和密度与标准图纸进行比较，可以进行目测检查。使用这种方法，可以通过在喷涂前后称重并计算重量变化来量化喷涂量，从而作为判断依据的参考。

 

3.预热：

预热的功能主要包括

助焊剂缓慢蒸发

预热不足会导致助焊剂中的液态溶剂在达到波峰时剧烈蒸发，从而产生焊料飞溅和锡渣；预热过度会导致助焊剂的有效成分过早蒸发，失去润湿效果，从而在焊接过程中产生桥接或点焊。

降低焊接过程中产生的热应力

在预热不足的情况下，焊接过程中骤然升温造成的热应力可能会损坏某些元件。

如上所述，该工艺的关键控制点是预热温度和预热时间。

一般预热温度为 90~130℃，预热时间为 1~3min，预热过程控制良好，有利于防止焊接不良，减少焊接波峰对基板的热冲击，有效解决 PCB 焊接过程中的翘曲、分层和变形问题。

4.焊接：

焊接工艺：

(1) 入口区的 PCB 板在一定角度和深度开始与波峰接触。

(2)传热区位于进入区和分离区之间，电路板直接与锡膏接触。虽然与熔锡接触的部件可以瞬间达到焊膏的温度，但为了更好地进行焊接，需要更多的时间。

(2) 在逃逸区，多余的焊膏会被拉回焊膏通道。

在焊接过程中，影响焊接质量的因素有很多。需要注意的参数包括焊接温度、传输速度、轨道角度、波峰高度等。 

• 焊接温度当焊接温度过低时，焊料的膨胀率和润湿性会变差，使焊盘或元件引脚不能充分润湿，造成焊接不良等缺陷。焊接温度过高时，会加速焊盘、元件引脚的氧化，容易产生虚焊。
• 传送速度脱焊区的焊膏波浪应尽可能平滑，因此传送带速度不宜过高。

波峰焊正常参数：炉温 275℃，链速 1300 厘米/分钟，相对稳定的波峰焊炉温曲线（如下图所示）。

• 轨道角度PCB 与波峰之间的接触时间可通过调整轨道角度来控制，适当的倾斜度有助于加快液态焊料与 PCB 的分离。倾角过小时，容易出现桥接。倾角过大，虽然有利于消除焊桥，但焊膏太少，容易产生虚焊。轨道倾角应控制在 5° 至 7° 之间。
• 波峰高度波峰高度是指波峰焊中 PCB 的焊膏高度，通常控制在 PCB 板厚度的 1/2~2/3 范围内。波峰高度过高会导致熔融焊料流到 PCB 表面，形成 "锡点"。波峰的高度可能会因焊接工作时间的推移而发生变化，在焊接过程中应进行适当的修正。测量波峰高度的常用工具是深度计或高温玻璃。

焊接过程是一个热加工过程，一个好的焊接效果，需要考虑焊料配方、助焊剂、元件与 PCB 的匹配、设计和过程控制参数等。效果不好可能有多种原因。接下来，我们收集了一些实际常见的波峰焊不良情况，针对原因分析方法和改进建议。

 

桥接

焊桥是指相邻的焊盘不应通过焊膏连接在一起。这种连接必然会导致电气故障。

防止桥接应从源头--设计开始，因此 DFM 分析尤为重要。如果选用间距不小于 2mm 的 PTH 元件，则焊接引脚的穿透力不得超过 2mm，铜环间距不得小于 0.5mm，铜环之间应添加白色阻焊层。

如果元件间距太小，铜环之间的间距太小，建议将焊针剪切到 0.5 毫米，并在托盘的适当位置添加锡拖布（钛合金、镀镍马口铁），以降低桥接风险。

熔融焊膏温度低，熔融焊膏流动性差，会造成桥接；预热温度低，焊接温度不够，也会造成桥接。

链速应适当。链速过低可能会加速助焊剂的消耗，导致焊料润湿性降低，从而造成桥接。

更换活性更强的助焊剂将有助于减少桥接，因为活性助焊剂将提高润湿性。

 

冷接缝

冷焊点是由于热量不足等原因导致焊点出现润湿不良、发灰和起皱的现象。

此类缺陷通常是由于热量不足使得焊接时间过短，导致焊点发灰。适当增加焊接时间、调整预热温度和焊料熔化温度都有助于改善这种缺陷。如果焊点出现断裂和不平整，大部分原因是焊料即将冷却形成焊点时元件发生了振动。在这种情况下，要注意棘爪是否有异常振动。焊接表面的氧化或污染也会导致冷焊点（Cold Joints），这需要在来料储存和移动过程中严格控制保护。

 

此类缺陷通常是由于热量不足使得焊接时间过短，导致焊点发灰。适当增加焊接时间、调整预热温度和焊料熔化温度都有助于改善这种缺陷。如果焊点出现断裂和不平整，大部分原因是焊料即将冷却形成焊点时元件发生了振动。在这种情况下，要注意棘爪是否有异常振动。焊接表面的氧化或污染也会导致冷焊点（Cold Joints），这需要在来料储存和移动过程中严格控制保护。

 

助焊剂残留物

当助焊剂没有完全从焊料中去除时，就会产生助焊剂残留。助焊剂的腐蚀会影响焊点的可靠性。

可以通过减少助焊剂喷洒量或适当提高预热温度以及增加助焊剂消耗量来减少助焊剂残留。

助焊剂中松香树脂固体含量过多或质量不好，容易造成残留过多，要根据产品情况更换助焊剂。

延长焊接时间以增加助焊剂消耗量也可以减少助焊剂残留。

可以通过减少助焊剂喷洒量或适当提高预热温度以及增加助焊剂消耗量来减少助焊剂残留。

 

 

冰柱

拉点是一种不正常的锥形或钉状接点。拉点的主要原因是焊料冷却后没有收缩。在系统组装过程中，此类焊点可能过于靠近相邻板，从而违反最小电气间隙要求或造成短路。

Lcicle 与温度有很大的直接关系，预热温度低、焊料熔化温度低会使峰值后由于温度不足，焊膏熔化不能有效收缩。低熔化温度会增加熔融焊料的粘度，加剧冰点的形成。建议重新设置测量温度曲线。 

助焊剂与 Lcicle 也有很大关系。当助焊剂活性不足或浓度降低时，助焊剂就不能起到脱氧和降低表面张力的作用，使熔融焊料在离开锡炉时不能有效收缩。提高助焊剂的浓度、活性和喷涂量，增加助焊剂的喷涂压力，提高其穿透力，都有利于 Lcicle 的消除。当链条速度过快时，多余的焊料可能无法被拉回焊锡炉，造成 Lcicle。个别由于焊针长度造成的 Lcicle，应将焊针剪短。建议焊针的穿透力（L）不应大于 2mm。

 

剥离 QFP 的引脚

焊接不充分导致 QFP 引脚剥离焊接不充分导致焊点强度降低波峰焊时，回流焊接部分会再次熔化，焊接时基板的翘曲和组装时的压力会导致焊点剥离印刷适量的焊料（钢网厚度、开口面积）调整焊盘的设计面积（确保形成完整的焊点）

 

M是焊接

焊膏不能润湿焊针和焊盘，不能形成有效的焊点连接。

当焊针长度小于 PCB 板厚度时，最容易出现焊接不良和漏焊。因此，要做好 DFM，应选择焊针能穿透焊接表面至少 (L) 0.5mm 的元件。当通孔元件的底面与 PCB 表面之间没有间隙时，助焊剂在高温下蒸发的气体就没有逸出的通道，就会滞留在孔内，阻碍焊料润湿孔壁。因此，选择元件必须选择有间隙的元件。焊针和通孔的氧化和污染会降低其可焊性，最终导致漏焊。因此，保护进料是确保焊接质量的重要措施。波峰托盘的遮光效应也会导致漏焊。在这种情况下，减薄托盘、增大托盘开口（焊盘与托盘外壁之间的空间不应小于 2.5 毫米）以及使用更薄的钛合金材料都可以改善漏焊现象。

 

焊膏未完全填满 PTH 元件

通孔内锡膏填充不足是指通孔内锡膏填充高度不符合 IPC 要求（PCB 厚度为 50% 或 75%），或不符合客户要求，从而影响焊接可靠性。

如果缺陷总是出现在同一元件上，原因可能是托盘设计产生了阴影效应（夹具外壁与焊接表面之间的空间太小），从而减少了熔融焊膏与待焊表面之间的接触面积。此时的改进措施是部分减薄托盘（合成石材料，厚度至少为 0.5 毫米）或使用更薄的钛合金（厚度至少为 0.2 毫米）。 

焊接表面的氧化和污染也会导致焊膏不足，无法进行焊接。此时，应在元件引脚或孔壁表面进行元素分析，找出污染物和污染源。当然，选择活性更强的助焊剂会改善问题。 

孔径大小不匹配，通孔与大型接地铜箔之间的连接也会导致填充不足，尤其是对于大型电解电容器。这种情况需要提前通过 DFM 设计加以改进。

温度也是一个因素。当预热不足时，助焊剂活性会降低；焊接温度不足会导致填充不足，这就需要提高温度并重新设定焊接温度曲线。

 

多余焊料

过量焊料的特点是焊料会完全包裹焊针，润湿角大于 90 度。

如果多余的焊料是整批的，首先要检查的是温度因素。预热温度过低会使多余焊料的粘度过高。建议重新优化焊接温度曲线。

锡炉中铜含量过高还会使锡炉中的锡熔液粘度增大，造成焊料过剩。建议定期检查熔融锡膏中的铜含量，确保铜含量在可控范围内。

如果设备参数正常，则应考虑 PCB 的可焊性。由于焊盘和焊孔的过度氧化和污染，可焊性非常差，导致多余的焊料无法完全润湿焊接面，只能形成包裹。在这种情况下，建议分析 PCB 的可焊性。如有必要，可增加 SEM 和 EDX 测试，以督促电路板制造商改进制造工艺，提高 PCB 板的质量和运输保护性能。

助焊剂活性降低也可能导致这种缺陷，因为活性低的助焊剂无法再发挥其功能。建议此时更换助焊剂。

 

印刷电路板质量对波峰焊的影响

1. 元件孔中有绿色阻焊层，导致孔中焊料镀层不良。需要插入 PTH 元件时，孔内不允许有环形阻焊层，因此 PCB 元件孔内的绿色阻焊层不应超过孔壁的 10%，有绿色阻焊层的孔数不应超过 5%。
2. 镀铜不足会导致孔内镀锡不良。
3. 铜、锡、金等厚度不足。一般来说，孔壁厚度应大于 18μm。
4. 孔壁过于粗糙，导致镀锡效果不佳或孔内焊接效果不佳。如果孔壁粗糙度过大，部分区域会影响镀锡效果。
5. 孔内潮湿，导致焊接不良。PCB 封装未烘干或烘干后未冷却，以及拆封后放置时间过长等，都会导致孔内潮湿，从而导致焊接不良或产生气泡。
6. 焊盘尺寸太小，导致焊接不良。孔焊盘的断开或间隙可能导致焊接不良。一般来说，焊盘的尺寸应大于 4mil。
7. 孔内脏污，导致焊接不良。PCB 清洁不充分，如金板未剔除，导致孔和焊盘上残留杂质和污垢，影响焊接。
8. 由于孔径太小，零件无法插入孔中，导致焊接失败。
9. 由于定位孔偏移，零件无法插入孔中，导致焊接失败。

 

通过波峰焊焊接 SMD 粘合剂的故障分析

在生产 PCB 的组装过程中，很多电子厂都会使用 SMD 胶（红胶）工艺来制作 SMT 组装工艺。在此过程中会遇到各种元器件脱落的问题，尤其是 SMD 粘合剂工艺中的波峰焊（特别是二极管）经常会遇到脱落问题。

详细解答在 SMD 粘合剂波峰焊过程中零件脱落的原因和解决方案。内容如下：

1. 如果元件与印刷电路板的阻焊层一起脱落，我们就会判断是印刷电路板的问题（阻焊层的附着力不够）。
2. 检查 PCB 上元件脱落处是否有划痕。元件脱落处的划痕也会导致阻焊层的附着力不足，从而在 PCB 通过回流焊工艺后产生元件掉落。 
3. 检查 PCB，看元件是否经常掉落。如果固定掉落几个元件，则必须考虑 SMD 胶模板的孔是否被堵塞，以及 SMD 胶的用量是否太少。
4. 如果元件脱落，而 SMD 粘合剂仍粘在上面。我们可以判断元器件或印刷电路板的进料存在问题（如印刷电路板的表面处理问题或元器件氧化）。

 

高质量波峰焊的技术要求

电子产品的精细化发展导致 PCBA 组装越来越复杂，PCB 板上各种元件封装之间的差异很大，元件之间的组装间隙越来越小，这些都促使选择性波峰焊的广泛应用。 

选择性波峰焊可以完成某些结构复杂的 PCBA 波峰焊，例如 

越来越多的 PTH 元件采用小间距，如 0.5 毫米或更小的间距。 

PTH 元件的焊盘离 SMD 元件太近，无法满足波峰焊夹具的传统设计要求。 

双面插件元件，插件元件的高度无法满足传统波峰焊的要求。

DIP 选择性波峰焊

 

DIP 选择性波峰焊

 与传统的波峰焊工艺相比，选择性波峰焊工艺由于采用单点喷涂松香的方式，减少了助焊剂的消耗，降低了焊料飞溅，降低了加工成本。

选择性波峰焊与传统波峰焊最明显的区别是，在传统波峰焊中，印刷电路板的下部完全浸没在液态焊料中，而在选择性波峰焊中，只有一定区域与焊膏接触。在焊接过程中，焊料的位置是固定的，机械手驱动印刷电路板向各个方向移动。焊接前还必须涂上助焊剂。

与波峰焊相比，助焊剂只涂抹在待焊电路板的底面，而不是整个电路板，选择性波峰焊是通过涂抹助焊剂，然后预热电路板/激活助焊剂，再使用焊接喷嘴进行焊接。传统的人工烙铁焊接需要对电路板的每个点进行点对点焊接，因此焊接操作人员较多。

选择波峰焊是一种生产线式的工业批量生产模式。不同尺寸的焊嘴可用于批量焊接。通常，焊接效率可比手工焊接提高数十倍（取决于具体电路板的设计）。