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                                        電子廠最全面DIP波峰焊工藝流程及波峰焊接的缺陷不良原因分析 !

                                        2020-10-23 21:23:00
                                        青島smt貼片加工,pcba代加工
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                                        摘要:電子廠DIP波峰焊錫機(波峰焊)主要用于傳統THT通孔插裝印制電路板電裝焊接工藝,以及表面組裝與通孔插裝元器件的混裝工藝,波峰焊其高溫液態錫保持一個斜面,并由特殊裝置使液態錫形成一道道類似波浪的現象,所以叫“波峰焊”; 適用于波峰焊工藝的表面組裝元器件有矩形和圓柱形片式元件、SOT以及較小的SOP等器件。

                                        電子廠DIP波峰焊錫機(波峰焊)主要用于傳統THT通孔插裝印制電路板電裝焊接工藝,以及表面組裝與通孔插裝元器件的混裝工藝,波峰焊其高溫液態錫保持一個斜面,并由特殊裝置使液態錫形成一道道類似波浪的現象,所以叫“波峰焊”; 適用于波峰焊工藝的表面組裝元器件有矩形和圓柱形片式元件、SOT以及較小的SOP等器件。


                                        DIP波峰焊錫機工作原理 :


                                        電子廠用于DIP及SMT紅膠工藝的波峰焊錫機一般都是雙波峰或電磁泵波峰焊機。

                                        下面以雙波峰焊機的工藝流程為例,來說明波峰焊的工作原理 :


                                        DIP插件波峰焊錫機整機工作原理流程圖

                                        DIP插件波峰焊錫機焊接工藝流程圖

                                        電子廠DIP插件焊接發展及優點 :


                                        隨著電子產品的大批量生產,手工采用烙鐵工具逐點焊接PCB板上引腳焊點的方法,再也不能適應市場要求、生產效率與產品質量。于是就逐步發明了半自動/全自動群焊(Mass Soldering)設備與全自動焊接機。全自動焊接機最早出現在日本,作為黑白/彩色電視機的主要生產設備。八十年代起引進國內,先后有浸焊機、單波峰焊機等。八十年代中期起貼插混裝的SMT技術迅速發展,又出現了雙波峰焊錫機。


                                        波峰焊是指將熔化的軟釬焊料(鉛錫合金),經電動泵或電磁泵噴流成設計要求的焊料波峰,亦可通過向焊料池注入氮氣來形成,使預先裝有元器件的印制板通過焊料波峰,實現元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機械與電氣連接的軟釬焊。根據機器所使用不同幾何形狀的波峰,波峰焊系統可分許多種。

                                        與手工焊接技術相比,全自動流動焊接技術明顯的擁有以下優點:節省電能,節省人力,提高效率,降低成本,提高了外觀質量與可靠性,克服人為影響因素,可以完成手工無法完成的工作。


                                        常用DIP波峰焊流程:將元件插入相應的元件孔中 →預涂助焊劑 → 預熱 → 過波峰焊錫爐 → 冷卻 → 切除多余插件腳 → AOI檢測 。


                                        當完成膠(或印刷)、貼裝、膠固化、插裝通孔元器件的PCB線路板從波峰焊機的入口端隨傳送帶向前運行,通過焊劑發泡(或噴霧)槽時,印制板下表面的焊盤、所有元器件端頭和引腳表面被均勻地涂覆上一層薄薄的焊劑。 

                                        助焊劑的作用原理 :


                                        熔融的焊料之所以能承擔焊接作用,是由于金屬原子距離接近后產生相互擴散、溶解、浸潤等作用的結果。此時,阻礙原子之間相互作用的是金屬表面存在的氧化膜和污染物,也是妨礙浸潤的最有害物質。


                                        為此,一方面要采取措施防止在金屬表面產生氧化物,另一方面必須采取去除污染的各種措施和處理方法。但是由于在PCBA生產的各種前端過程乃至于元器件生產的過程中,完全避免這些氧化和污染是很困難的。因此,必須在焊接操作之前采取某些方法把氧化膜和污染清除掉。采用熔劑去除氧化膜具備不損傷母材、效率高等特點,因此能被廣泛的用于PCBA的制程中。


                                        隨著波峰焊噴助焊劑工序完成, PCB板經波峰鈦爪傳送進入預熱區,焊劑中的溶劑被揮發掉,焊劑中松香和活性劑開始分解和活性化,印制板焊盤、元器件端頭和引腳表面的氧化膜以及其它污染物被清除;同時,印制板和元器件得到充分預熱。


                                        PCB線路印制板繼續向前運行,印制板的底面首先通過第一個熔融的焊料波。第一個焊料波是亂波(振動波或紊流波),將焊料打到印制板的底面所有的焊盤、元器件焊端和引腳上;熔融的焊料在經過焊劑凈化的金屬表面上進行浸潤和擴散。之后,印制板的底面通過第二個熔融的焊料波,第二個焊料波是平滑波,平滑波將引腳及焊端之間的連橋分開,并去除拉尖(冰柱)等焊接缺陷。


                                        波峰焊隨著人們對環境保護意識的增強有了新的焊接工藝。以前的是采用錫鉛合金,但是鉛是重金屬對人體有很大的傷害。于是現在有了無鉛工藝的產生。它采用了*錫銀銅合金*和特殊的助焊劑且焊接接溫度的要求更高更高的預熱溫度還要說一點在PCB板過焊接區后要設立一個冷卻區工作站。


                                        傳統的錫鉛焊料在電子裝聯中已經應用了近一個世紀。共晶焊料的導電性、穩定性、抗蝕性、抗拉和抗疲勞、機械強度、工藝性都是非常優秀的,而且資源豐富,價格便宜。是一種極為理想的電子焊接材料。但由于鉛污染人類的生活環境。據統計,某些地區地下水的含鉛量已超標30倍,由于Pb是一種有毒的金屬,對人體有害,并且對自然環境有很大的破壞性,所以引進了無鉛焊絲。


                                        無鉛焊接的特點和對策 :

                                        (1) 無鉛焊接的主要特點:

                                        (A) 高溫、熔點比傳統有鉛共晶焊料高34℃左右。

                                        (B) 表面張力大、潤濕性差。

                                        (C) 工藝窗口小,質量控制難度大。

                                        (2) 無鉛焊點的特點:

                                        (A) 浸潤性差,擴展性差。

                                        (B) 無鉛焊點外觀粗糙。傳統的檢驗標準與AOI需要升級。

                                        (C) 無鉛焊點中氣孔較多,尤其有鉛焊端與無鉛焊料混用時,焊端(球)上的有鉛焊料先熔,覆蓋焊盤,助焊劑排不出去,造成氣孔。但氣孔不影響機械強度。

                                        (D) 缺陷多-由于浸潤性差,使自定位效應減弱。

                                        無鉛焊點外觀粗糙、氣孔多、潤濕角大、沒有半月形,由于無鉛焊點外觀與有鉛焊點有較明顯的不同,如果有原來有鉛的檢驗標準衡量,甚至可以認為是不合格的,隨著無鉛技術的深入和發展,由于助焊劑的改進以及工藝的進步,無鉛焊點的粗糙外觀已經有了一些改觀。

                                        波峰焊在使用過程中的常見參數主要有以下幾個:


                                        1.預熱:

                                        A.“預熱溫度“一般設定在90-110度,這里所講溫度是指預熱后PCB板焊接面的實際受熱溫度,而不是表顯溫度;如果預熱溫度達不到要求,則易出現焊后殘留多、易產生錫珠、拉錫尖等現象;

                                        SMA類型               元器件                      預熱溫度

                                        單面板組件        通孔器件與混裝            90~100

                                        雙面板組件            通孔器件                 100~110

                                        雙面板組件            混裝                         100~110

                                        多層板                   通孔器件                   115~125

                                        多層板                    混裝                        115~125


                                        B、影響預熱溫度的有以下幾個因素,即:PCB板的厚度、走板速度、預熱區長度等;


                                        B1.PCB的厚度,關系到PCB受熱時吸熱及熱傳導的這樣一系列的問題,如果PCB較薄時,則容易受熱并使PCB“零件面較快升溫,如果有不耐熱沖擊的部件,則應適當調低預熱溫度;如果PCB較厚,焊接面吸熱后,并不會迅速傳導給零件面,此類板能經過較高預熱溫度;


                                        B2.走板速度:一般情況下,建議把走板速度定在1.1-1.2/分鐘這樣一個速度,但這不是絕對值;如果要改變走板速度,通常都應以改變預熱溫度作配合;比如:要將走板速度加快,那么為了保證PCB焊接面的預熱溫度能夠達到預定值,就應當把預熱溫度適當提高;


                                        B3.預熱區長度:預熱區的長度影響預熱溫度,在調試不同的波峰焊機時,應考慮到這一點對預熱的影響;預熱區較長時,溫度可調的較接近想要得到的板面實際溫度;如果預熱區較短,則應相應的提高其預定溫度。


                                        2、錫爐溫度:

                                        以使用63/37的錫條為例,一般來講此時的錫液溫度應調在245255度為合適,盡量不要在超過260度,因為新的錫液在260度以上的溫度時將會加快其氧化物的產生量.


                                        雙波峰焊理論溫度曲線


                                        3、鏈條(或稱輸送帶)的傾角:


                                        A、這一傾角指的是鏈條(或PCB板面)與錫液平面的角度; 
                                        B、當PCB板走過錫液平面時,應保證PCB零件面與錫液平面只有一個切點;而不能有一個較大的接觸面;
                                        C、當沒有傾角或傾角過小時,易造成焊點拉尖、沾錫太多、連焊多等現象的出現;當傾角過大時,很明顯易造成焊點的吃錫不良甚至不能上錫等現象。


                                        4、風刀:

                                        在波峰爐使用中,風刀的主要作用是吹去PCB板面多余的助焊劑,并使助焊劑在PCB零件面均勻涂布;一般情況下,風刀的傾角應在100左右;如果風刀角度調整的不合理,會造成PCB表面焊劑過多,或涂布不均勻,不但在過預熱區時易滴在發熱管上,影響發熱管的壽命,而且會影響焊完后PCB表面光潔度,甚至可能會造成部分元件的上錫不良等狀況的出現。
                                        注:
                                          風刀角度可請設備供應商在調試機器進行定位,在使用過程中的維修、保養時不要隨意改動。

                                        DIP波峰焊的生產管理指導說明書 :


                                        ①預熱溫度:峰值溫度 100~130℃(焊接面焊盤上的溫度)

                                        ②錫槽溫度:250~260℃

                                        ③搬送鏈速:0.8~1.4m/分(根據基板種類,有所不同)

                                        ④焊接時間:1次:2~3秒 2次:2~3秒 合計4~6秒(最大10sec)

                                        ⑤焊錫浸漬狀態:錫槽高度、根據噴流高度進行調整

                                        ⑥錫槽內焊錫成份管理(成份分析)

                                        ?分析頻率:1~3次/半年(導入初期:1~4次/月)

                                        ?成分管理:銅濃度 0.5~1.0% 鉛濃度 0.1%以下


                                        波峰焊接的缺陷不良原因分析

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