焊接知识培训教材Word格式.doc

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态液固混合状态

200BD

183.3共结晶点

150

E

100

0

19.725303540455055606365707580859095%

（锡铅合金比例）

上图说明:

锡铅合金在183.3℃时处于固体与液体的混合阶段,即半熔融状而在37/63时则可液体或固体直接变为固体或液体,而不经过半熔融状态。

故：

我们在183.3℃的温度上结合焊接时间,热吸收等因素;

增加55℃-80℃来完成焊接.而采用63/37或60/40焊锡有以下三点原因：

①因其不经过半熔融状态而迅速固化或液化;

因此可最快速度完成焊锡工作。

②能在较低温度时开始焊接作用，是锡炉合金中焊接性能最佳之一种。

③熔液之潜透力强，可扎根般地渗透金属表面之极细微间隙。

二、认识助焊剂.

助焊剂是所有锡焊作业中不可缺少的辅助性材料,其作用有:

①清除焊接金属表面氧化膜。

②在焊接物表面形成一层液态的保护膜;

隔绝高温时四周的空气，防止金属表面的再氧化。

③降低焊锡表面张力，增加其扩散能力。

④焊接瞬间可以让熔融状焊锡取代，顺利完成焊接

其分类:

1、松香型2、免洗型3、水溶性4、环保型

而免洗型又分为免洗透明型，低活性和高活性

三、锡炉的基本知识

焊锡完成的基本条件是：

锡铅合金;

焊接材料（基板与零件脚）;

温度;

辅助材料是助焊剂。

锡炉正是根据以上几个条件采用机械方式制作出来的。

A、锡炉的基本结构

1、完成助焊剂喷涂到PCB上的助焊剂槽及喷嘴。

焊接技术要求：

助焊剂必须均匀地涂覆在PCB焊接面上;

故助焊剂必须形成又细又密的泡沫物与PCB接触，则发泡管及喷射嘴不得有堵塞现象，气压足够，为达到良好的效果，其助焊剂必须比重适宜，固体含量低（3%左右），且无水份否则将影响焊接。

2、预热板

作用：

使沾了助焊剂的线路板快速加热使水份蒸发并减少线路板上锡时的温差，同时可避免零件因热量提升过快而损坏，防止线路板突然受热而变形，其次是使松香能发挥最佳的助焊效果。

焊接技术要求：

助焊剂必须烤干而又不失效且PCB干燥，其焊锡面温度在焊接前达到80-120℃;

为焊接作准备.为保证预热效果，预热板必须表面光洁以保持其热传导性保证预热效果。

3、锡槽

锡槽是完成焊接最关键的组成部分，他通过蜗轮转动在密室内形成一股强力的动力将锡喷上锡槽并形成波峰状。

前部波峰瀑布状的锡波通过快速移动刷掉因“遮蔽效应”而滞留在PCB焊锡面的助焊剂，让锡能够可靠完全的润湿PCB焊点，其仰冲的最佳角度为5度,以便让后部的平稳锡波进一步修整已被润湿但形状不规整的焊点，使之完美。

焊接技术要求：

1、焊接时锡波平稳，基板无颤动。

2、焊接时间：

245℃时其焊接时间在3-5S最佳

3、锡波无杂质,无氧化物、基板表面有助焊剂在上锡前包覆焊锡面

防止氧化。

4、焊接材料无水份受热蒸发且已达到一定的预热温度。

锡槽结构图

这就要求：

锡槽保持清洁,定时将氧化物等杂质清走，保持锡槽周围及输送带爪的清洁，锡槽定期放锡重新整理保持锡波平稳，马达定期加润滑油，锡槽的高度合适不让锡泵超负荷运行且尽量缩小旋转速度减小锡波荡漾并保护发热管。

输送带爪清洁避免将杂质及其它物质带入锡槽污染锡的质量。

4、输送带

输送带是完成焊接过程的机械化装置，它让焊接过程机械

化、标准化.减少人为因素造成的焊接不良。

其焊锡的技术

要求:

运行平稳无颤动，输送带爪无变形清洁。

链条必须定期

加润滑油以保证输送带运行平稳.而清洗槽是清洁输送带的自

动化装置，它可以预防爪子将杂质及其他物质带入锡槽所以必须

保证其运行正常。

PCBA过波峰状态图

锡炉的基本操作知识

1、焊锡及锡渣问题

通常，组件没有均匀的受热质量,要保证所有的焊点达到足够的温度，以便形成合格的焊点是必要的。

重要的问题是要提供足够的热量，提高所有引线和焊盘的温度，从而确保焊料的流动性，湿润焊点的两面。

焊料的温度较低就会降低对元件和基板的热冲击，有助于减少浮渣的形成，在较低的强度下，进行焊剂涂覆操作和焊剂化合物的共同作用下，可使波峰出口具有足够的焊剂，这样就可减少毛刺和焊球的产生。

焊锡槽中的焊料成份与时间有密切关系，即随着时间而变化，这样就导致了浮渣的形成。

这就是要从焊接的组件上①去除残余物和②其它金属杂质的原因及③在焊接工艺中锡损耗的原因。

以上这些因素可降低焊料的流动性。

在采购中，要规定的金属微量浮渣和焊料的锡含量的最高极限，在各个标准中，（如象IPC/J-STD-006都有明确的规定）。

在焊接过程中，对焊料纯度的要求在ANSI/J-STD-001B标准中也有规定。

除了对浮渣的限制外，对63％锡；

37％铅合金中规定锡含量最低不得低于61.5％。

波峰焊接组件上的金和铜浓度聚集比过去更快。

这种聚集，加上明显的锡损耗，可使焊料丧失流动性，减少张力并增强聚结力；

从而产生焊接问题。

外表粗糙、呈颗粒状的焊点常常是由于焊料中的浮渣所致。

由于焊锡槽中集聚的浮渣或组件自身固有的残余物暗淡、粗糙的粒状焊点也可能是锡含量低的征兆，不是局部的特种焊点，故此属锡槽产生氧化锡导致锡损耗的结果。

这种外观也可能是在凝固过程中，由于振动或冲击所造成的（后面将讲到的冰柱的问题）。

焊点的外观就能直接体现出工艺问题或材料问题。

为保持焊料“满槽”状态和按照工艺控制方案对检查焊锡槽分析是很重要的。

由于焊锡槽中有浮渣而“倒掉”焊锡槽中的所有焊锡，通常来说是不必要的，由于在常规的应用中要求往锡槽中添加焊料，使锡槽中的焊料始终是满的。

在损耗锡的情况下，添加纯锡有助于保持所需的浓度。

为了监控锡槽中的化合物，应进行常规分析。

如果添加了锡，就应采样分析，以确保焊料成份比例正确。

浮渣过多是一个令人棘手的问题。

毫无疑问，焊锡槽中始终有浮渣存在，在大气中进行焊接时尤其是这样。

使用“高波峰”这对焊接高密度组件很有帮助，但暴露于大气的焊料表面太大，而使焊料氧化，所以会产生更多的浮渣。

焊锡槽中焊料表面有了浮渣层的覆盖，氧化速度就放慢了。

故在焊接过程中，使用锡槽中波峰的湍流和流动会产生更多的浮渣。

推荐使用的常规方法是将浮渣撇去，要是经常进行撇削的话，就会产生更多的浮渣，而且耗用的焊料更多。

浮渣还可能夹杂于波峰中，导致波峰的不稳定或湍流，因此要求对焊锡槽中的液体成份给予更多的维护。

2波峰的相关操作

在波峰焊接工艺中，波峰是核心。

可将预热的、涂有助焊剂、无污物的PCBA通过输送带送到波峰处，接触具有一定温度的焊料，而后加热，这样助焊剂就会产生化学反应，焊锡合金通过波峰动力完成润湿形成互连，这是最关键的一步。

目前，常用的对称波峰被称为主波峰，设定预热温度，助焊剂型号，喷量，泵速度、波峰高度、浸润深度、传送角度及传送速度等，为达到良好的焊接特性提供全方位的条件。

应该对数据进行适当的调整，在离开波峰的后面（出口端）就应使焊锡运行降速，并慢慢地停止运行。

PCB随着波峰运行最终要将焊料推至出口。

在最挂的情况下，焊锡的表面张力和最佳化的板的波峰运行，在组件和出口端的波峰之间可实现零相对运动。

这一脱壳区域就实现了去除板上多余的焊锡。

故应提供充分合理的倾角，以致不产生桥接、毛刺、拉丝和焊球等缺陷。

有时，波峰出口需具有热风流，以确保排除可能形成的桥接（短路）。

在PCB板的底部装上表面贴装元件后，有时会在形成的“苛刻的波峰”区域内形成气泡，或在PCBA贴片元件焊点处形成阴影部分，故在进行波峰整平之前，应使用湍流高波峰。

湍流高波峰的高竖直速度有助于保证焊料与引线或焊盘的接触。

在整平的二次波峰后面的振动部分也可用来消除气泡和“阴影”，保证焊锡实现满意的接触组件焊点。

焊接工作站基本上应做到：

合理的助焊剂及喷量，合理的预热（PCBA保持80-120℃），高纯度焊锡（按标准63/37）、波峰温度（230～250℃）、接触波峰的总时间（3～5秒钟）、印制板浸入波峰中的深度（50～80％），平稳的传送轨道和在波峰与轨道零相对运动状态下焊点焊锡含量（克服锡薄的缺陷）等。

3波峰焊接后的冷却

通常在波峰焊机的尾部增设冷却工作站。

为的是保障铜锡金属间化合物形成焊点的可靠性；

另一个原因是加速组件的冷却，在焊料没有完全固化时，避免板子移位。

快速冷却组件，以限制敏感元件长期暴露于高温下损伤性能。

然而，应考虑到急剧性冷却系统对元件和焊点的热冲击的危害性。

4结论

总之，要获得最佳的焊接质量，满足用户的需求，必须控制焊接前、焊接中的每一工艺步骤，因为波峰焊接的整个组装工艺的每一步骤都互相关联、互相作用，任一步有问题都会影内到整体的可靠性和质量。

焊接操作也是如此，所以应严格控制所有的参数、时间/温度、焊锡量、助焊剂成分及传送速度等等。

对焊接中产生的缺陷，应及早查明起因，进行分析，采取相应的措施，将影响质量的各种缺陷消灭在萌芽状态之中。

这样，才能保证生产出的产品都符合技术规范。

四、焊点品质的讨论

前面在焊锡原理中已经谈到锡必须与基板形成

共结晶焊点，让锡成为基层的一部分，故要求：

1、在PCB焊接面上出现的焊点应为实心平顶的锥体；

横切

面之两外圆应呈现新月型之均匀弧状。

通孔中之填锡应将零件均匀完整的包裹住。

2、焊点底部面积应与板子上的焊盘一致；

3、焊点之锡柱爬升高度大约为零件脚在电路板面突出的3/4，其最大高度不可超过圆形焊盘直径之一半或80%（否则容易造成短路）；

4、锡量之多寡应以填满焊盘边缘及零件脚为宜，而焊接接触角度应趋近于零，接触角度越小越好，表示有良好之沾锡性；

5、锡面应呈现光泽性，表面应平滑、均匀，

6、对贯穿孔的PCB而言，焊锡应自焊锡面爬进孔中升至零件面。

（一般要求超过PCB厚度的50%以上）

满足以上6个条件的焊点即被称为合格焊点，由此延伸出品质标准。

五、不良焊接发生原因及处理对策：

需要补焊的不良焊点是一个复杂的主题。

首先须判断是『设计不良』、『焊接性问题』、『焊锡材料无效』或是『处理过程及设备的问题』。

此外，很多被认为不良的焊点，事实上是没有问题的，不过太多广被认同的检验标准，错误的强调焊点的美观而忽略了它的功能。

针对一些问题我们做如下讨论：

问题解决概论当问题发生时，首先必须检查的是制造过程的[基本条件],我们将它归类为以下三大因素:

1.材料问题：

这些包括焊锡的化学材料如助焊剂、油、锡、清洁材料，还有PCB的包覆材料,如防氧化树脂、暂时或永久性的防焊油墨及印刷油墨等

2.焊锡性的不良：

这涉及所有的焊锡表面，像零件（包括表面贴著的零件/SMT零件）、PCB及电镀贯穿孔,都必须被列入考虑。

3.生产设备的偏差：

包括机器设备和维修的偏差以及外来的因素、温度、输送带的速度和角度，还有浸泡的深度等等，是和机器有直接关系的变数。

除此之外，通风、气压之降低和电压的变化等等之外来因素也都心须被列入分析的范围之内。

每个问题皆有它不同之处，不能一概而论。

以下是一系列标准的检查步骤，可以有帮忙您找出问题的来源。

步骤一：

焊锡流程中，变数最小的应属于机器设备，因此第一个检查它们，为了达到检查的正确性，可用独立的电子仪器辅助，比如用温度计检测各项温度、用电表精确的校正机器参数，从实际作业及记录中，找出最适宜的操作条件。

注意：

在任何情况下，尽量不要想调整机器设备来克服一些短暂的焊锡问题，这样的调整可能会导致更大的问题发生！

步骤二：

接下来检查所有的焊锡材料。

助焊剂的比重、透明度、颜色、离子含量等及锡铅合金的纯度，这是一项持续的工业，定期检查加上不定期抽检，都有助于其品质的确保。

步骤三：

PCB及零件的焊锡性不良，是造成焊锡问题最大的因素。

研究PCB之焊锡问题,必须先把其他可能发生的变固定或隔离，然后逐一的探讨。

例如当零件脚发生焊锡不良时,可以先锁定其他变数，只针对这些焊锡不良的零件脚彻底[比较]与[分析],这种方式的追踪，问题的来源很快就会明朗。

步骤四：

检查贯穿孔（PTH）的品质，冲孔、钻孔等缺点，可以用放大之设备看出贯穿孔表面是否平整、干净或是有其他杂质、断裂或电镀的厚度标不标准。

追查焊锡问题的过程中，原理和观念正确外，步骤是非常重要的，如何以比较及分析的步骤是非常重要的，如何以比较及分析的步骤有效的找出问题所在，是电子工程人员最大的课题。

A）润焊不良（Non-wetting）

现象：

锡未全面而且不均匀包覆在被焊物表面让焊接物表面金属裸露。

判断润焊不良错觉：

锡已经把被焊物焊接在基板上面实际上锡只有部份或没有与基材金属有“结晶”过程。

产生原因：

A、基板被外界污染（表面有氧化物或其他影响焊接的物值）

B、锡铅合金被污染（锡槽内的锡必须半年更换一次）

C、助焊剂未起到作用（或失效）

解决方法：

A、检查助焊剂或更换助焊剂

B、采用活性较强助焊剂增强清洁能力

C、多次浸锡作业

B）润焊不良（Dewetting）

焊锡性的良否,取决于被焊物是否能得到良好的润焊,所以焊点的品质也就决定于[润焊]的好坏。

基本上，焊锡能润焊铜垫或其他金属，而这些金属的表面不能被氧化物所覆盖或沾到其他杂质（如灰尘、有机化合物等）,[润焊]不好都是被焊物表面不干净所造成。

润焊不良（non-wetting）和润焊不均匀（dewetting）,两者之间因为发生时的过程不同,所以必须分别讨论。

[润焊不良]的情况是当焊锡时,锡无法全面的包覆被焊物表面,而让焊接物表面的金属裸露,这情形特别容易在裸铜板发生。

（图2-1）,图中红色图形的裸铜布满整个焊锡面,其图形的外图主要是锡的内聚力所形成。

图2-2

图2-1

换个观点看来,[润焊不均匀]是焊锡时锡有全面的覆盖整个焊锡面,即有达到[润焊]的程度（图2-2）,此时被焊金属于锡铅合金有"

金属共熔反应"

发生,但是当焊接表面冷却的过程中,润焊性开始减而锡的内聚性开始增加,原本平整的锡面,因为二者张力不能平衡，所以会有一部份的液态锡被拉开,而以上反角度（dihedralangle）固化成球状或珠状。

此时焊锡面只有小量的锡铅合金真正的与被焊物表面达成金属于金属较厚的结合，至于那些较

薄的锡面，肉眼看来是包覆整个裸铜面，但是在高能量的显微镜底下，还是常会发现肉眼看不到的润焊不良（non-wetting）现象。

润焊不良（non-wetting）在焊锡作业中是不能被接受的,它们严重的减低了焊点的[耐久性]和[延展性]，同时也降低了焊点的[导电性]及[导热性]。

到目前为止，还没有数理上的程序可以精确的计算出润焊不良可被接受的范围,所以此缺点一旦发生,必定不能被接受.从另一个角度来看,[润焊不良]大都是助焊剂在焊接前没有彻底的做好清除焊接面氧化膜的步骤,还有焊接时间的长短温度的高低也会促使润焊不良的发生。

润焊不良之原因：

在本节中所提的缺点都是以下一种或多种情况造成：

1.外界的污染

*PCB和零件都有可能被污染，污染物包含油、漆、蜡、脂等，这些污染物统称为杂质（dirt）,可以焊接面使用适当的清洁方式清除。

*传统溶剂清洗（vapordegreasers）已成功的被广泛使用，但必须选择不伤害PCB材质的电子极溶剂，避免有害物质的残留。

*可用水性清洗机清洗，但要确定这些杂质是否溶液于水。

*有些外界污染是源于PCB表面的防焊油墨，例如不良的纲板印刷程序、油墨烘干过程时油墨溢出， 

烘干后的防焊油墨很难去除，当它沾到焊接面时，只能以磨擦或工具去除,这种机械力的去除法， 

普遍被使用，但也较容易埋藏一些极小的粒子于PCB表面。

以下将作进一步的说明。

2.埋藏的粒子（EmbeddedParficles）

外来物质埋藏于焊接物表面也会影响润焊性。

在软质的金属表面，使用磨石或研磨机，很容易将硬物嵌入金属表面，这些非金属物质，显然不能于锡铅合金焊接，也无法以助焊剂去除。

某些合成材料做刷子，也会造成类似问题。

*这种情况最好的处理方法是用化学药品进行整面的蚀刻（etching）,去除非金属的杂质。

这些蚀刻药剂都是很强的化学物质，必须妥善管制，最好能询问PCB供应厂详细的使用技术。

3.矽利康油（SiliconeOil）

矽利康油虽然如上述第一点所提到,是一种外界的污染,但因为它独特的性质,所以在此另外讨论。

矽合成物由于附著力强，被用来当作润滑剂或粘著剂。

一旦被矽合成物污染，即使薄薄的一层,没没有任何溶剂可以有效有清除，因此矽的合成物被认为是焊锡润焊的"

毒药"

。

*造成矽污染的原因很多，包装塑胶袋由于使用矽来作为生产脱模剂，而被认为是一大污染。

近来 

有很多的安全塑胶包装已经改善此一问题，但还是要注意选择。

*另一类源则是过锡前所涂的散热剂。

厂内矽合成物的使用，虽然远离焊锡流程，但由于人员手接触的"

传染"

，很快会布满焊锡流程，所以要特别注意。

*目前为止还没有清除矽油的办法，唯一的办法就是尽量保持干净和严

格的控制。

4.严重氧化膜（HeavyTarnishLayer）

PCB焊锡面的氧化膜不能被助焊剂彻底清除，也是造成润焊不良的来源之一。

金属表面只要接触空气，氧化膜就会形成，但是适当且合理的氧化膜可以轻易的被助焊剂清除，但因为PCB储存不当或制造流程不良，烘干（burnin）的过程不当，都会造成相当严重的氧化，让助焊剂也莫可奈何。

以下列举一些简单的解决方法供参考：

*通常活性较强的助焊剂可以有较强的清洁能力，可以帮忙去除严重的氧化膜，但活性强的助焊剂只能针对某些特殊的状况使用，并不能适合全部的PCB，使用这类“超规格”的助焊剂焊接后，更要注意其残留物对于PCB品质的影响，必须有严格的品保及追踪，以确保产品寿命。

*PCB可用较强的助焊剂先进行喷锡或滚锡（pretin）的作业，然后再以水或溶剂清洗，即先藉由强活性助焊剂去除严重氧化膜后，再以锡包覆，防止氧化。

*可用化学溶剂进行蚀刻，即用强酸类的溶液，适当稀释后擦拭氧化线路，适当清洗马上插件过锡。

使用这类溶液于PCB更严重的氧化，过锡后的PCB也要列表追踪。

*助焊剂本身污染，活性不够或操作方式不对，也不能有效的去除氧化膜，所以也要列入评估。

*过锡时间不够或预热温度不够，会使助焊剂不够时间清除氧化膜，若能延长过锡时间及加强预热效果，绝对有助于氧化膜的去除。

5.锡铅合金（Solderalloy）

*检查锡炉内的锡铅合金成分（见图2-3）。

*建立标准的焊锡流程及作业指导，让作业人员有依规可循，降低人为疏忽的变数。

成分

由于焊条中含有不纯物质而影响之事宜如下：

锑

增加少量，其张力增大，焊条变硬又脆，而熔点会升高。

铜

含有0.02%以上时会变硬又脆，含量愈多熔点会升高。

铋

高纯度焊条含有0.001%,含有量增加其熔点会下降。

锌

含有锌最有害处，含有0.001%,光泽性会消失，流动性变坏。

铁

含有铁时，焊条之光泽性变坏，接着力会降低。

铝

与锌一样有害，尤其是流动性更坏。

C）润焊不均匀

润焊不均匀和润焊不良（non-wetting）很类似，都是焊锡品质讨论时，不能被接受的缺点。

这种情况是当焊锡原本已经润焊焊接物表面，但经过一段时间以后，部份的锡因不能附着而以液态状况堆积（图3-1）,此时锡的内聚力会把这些堆积的液态锡形成"

小滴"

状，使锡面不再平整。

在润焊的过程中有些金属共熔焊不照成润均匀的原因很多，主要是焊接表面受污染（氧化），使焊锡不能全面的附着来进行均匀的（Intermetallic）. 

PCB润焊不均匀,除了裸铜板焊锡面污染外,主要来自镀锡加工，问题不是在PCB镀锡后的镀锡层表面,而是在裸铜板与镀锡之界面。

这种情况可参阅（图3-2），其问题同样发生在镀锡板，因为焊锡过程中，锡的内聚力负责把锡平整的拉回，若是焊接面受污染而造成不能均匀润焊时,此时焊接面的表面张力也会不均匀，部分锡的[流动力]会大于锡的[内聚力]而使锡脱落，造成不均匀的表面。

当润焊不均匀时，重新焊锡并无帮助，因为大部分的污染面已被锡埋住，助焊剂不能作[清洁]（pre-cleaning）的工作,所以无法达到润焊的功能。

以下的建议可以帮忙解决。

把焊锡从焊接面剥离（StripOff）,在重新焊接前更要清洁表面的氧化膜。

*用化学溶剂剥离时，不可伤害到裸铜板或PCB的其他材质才可。

*也可用高温气刀熔锡（即PCB浸在熔融锡拿出后以强力气刀把气吹平），再用活性强的助焊剂来进行焊接。

*当此问题发生在零件脚时，多次浸锡或过锡则可改善。

D）锡 

球（SolderBall）

锡球和焊锡短路（solderwebbing）形成的地点不同,锡球大多数发生在PCB的零件面（componentside）（图4-1）,而焊锡微短路则发生在焊锡面（solderside）,因为锡本身内聚力之因素，使这些锡颗粒之外观呈现球状。

它们通常随着助焊剂固化的过程附著在PCB表面，有时也会埋藏在