波峰焊改無鉛完全解決方案

斯邁克電子設(shè)備有限公司是一家集設(shè)計、生產(chǎn)、銷售錫渣還原機（SRS）、波峰焊（W/S）、回流焊（Reflow）、波峰焊無鉛改造、SMT周邊系列產(chǎn)品的專業(yè)制造商。公司具有多年的電子設(shè)備制造經(jīng)驗，擁有各類生產(chǎn)加工設(shè)備，具有很強的自主研發(fā)能力和生產(chǎn)加工能力，是中國國內(nèi)少數(shù)能夠提供頂級焊錫設(shè)備的廠家之一。
為了提高設(shè)備質(zhì)量和技術(shù)含量，公司于2005年開始與歐美合作，吸收歐美技術(shù)，使設(shè)備已逐漸走上世界水準(zhǔn)。目前已得到諸多世界級著名企業(yè)的認(rèn)可，并成為他們的長期合作伙伴。
波峰焊機進行無鉛化改造。只需加長預(yù)熱溫區(qū)的長度、提高加熱控制精度,波峰焊機的無鉛化改造相對就比較復(fù)雜一些。以下重點敘述波峰焊機的無鉛化改造要求。波峰焊機的無鉛化要求與傳統(tǒng)的波峰焊機相比，無鉛波峰焊機在結(jié)構(gòu)上和性能上有下列不同的改進：
1、預(yù)熱及加熱溫度提高，溫控精度高由于無鉛焊料熔融溫度比有鉛焊料高30℃以上，要求波峰焊機的預(yù)熱溫度和錫爐溫度升高。預(yù)熱時間一般1-3分鐘，PCB傳送速度1．2米/分，預(yù)熱區(qū)長度大于1．2米以上，一般分為兩段預(yù)熱。元器件預(yù)熱在130-150℃(焊接面)，保溫區(qū)150-170℃(10-30秒)，焊接區(qū)焊接溫度250±2℃(實測元器件焊點溫度230℃以上)。為此波峰焊機的預(yù)熱區(qū)通常采用熱板式或高溫?zé)Y(jié)陶瓷管或遠(yuǎn)紅外發(fā)熱管加熱方式，預(yù)熱區(qū)的溫度控制采用PID方式+模擬量調(diào)壓調(diào)相方式；
2、錫爐噴口結(jié)構(gòu)改進要求焊接時焊料浸潤時間不小于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(shè)計方案。兩波峰口之間距離60mm左右，使兩波之間的焊錫相距30mm左右。焊接時兩波峰之間的溫度跌落(下降)最大不超過50℃。3、焊錫防氧化與錫渣分流無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鉛焊接時的重要問題。采取的主要措施如下：1)采用新型噴口結(jié)構(gòu)和錫渣分離設(shè)計，盡量減少錫渣中的含錫量， 2)氧化渣自動聚積的流向設(shè)計，波峰上無飄浮的氧化錫渣，無須淘渣，減少維護。
3、增加抗腐蝕性措施無鉛焊料在高溫下，錫對鐵有較強的溶解性，傳統(tǒng)的波峰焊機的不銹鋼焊料槽及錫汞和噴口會逐漸腐蝕，特別是葉片、噴口等更容易損壞。如果無鉛焊料中含有鋅(zn)，則更易使其氧化。因此無鉛焊接的波峰焊機的這些部位應(yīng)當(dāng)采用鈦合金制造，才可避免腐蝕損壞。
4、助焊劑和助焊劑噴涂系統(tǒng)無鉛焊接時，最好采用專為無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，也不含任何樹脂、松香和其他合成物質(zhì)，焊后無殘留物。晶英公司生產(chǎn)的免清洗助焊劑IF2005C，專為無鉛焊接研制，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(tǒng)，采用噴霧法進行焊劑的噴涂。助焊劑噴涂系統(tǒng)具有一個密閉式的增壓恒壓罐，內(nèi)裝助焊劑。噴嘴采用步進伺服電機驅(qū)動，微機控制。是一個噴涂速度、噴涂寬度和噴涂量可調(diào)的自動跟蹤系統(tǒng)。助焊劑回收采用上下抽風(fēng)、兩級不銹鋼絲網(wǎng)過濾，上部過濾傾斜，利用流體特性最大極度地過濾收回多余的助焊劑。該系統(tǒng)適合各種無VOC環(huán)保助焊劑的噴涂。
5、溫度控制精度提高原來使用有鉛焊料時，熔融溫度為183℃，達(dá)到焊接溫度250℃(實測元器件焊點溫度210℃左右)，工藝窗口寬度為67℃。無鉛焊接時無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(qū)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(tǒng)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。新的無鉛波峰焊接機有的廠家采用PID+模擬量調(diào)壓控制方法，可減少溫度沖擊，達(dá)到較高的溫控精度。焊料槽的溫控精度最低應(yīng)達(dá)到±5℃。
6、控制冷卻速率推廣過渡階段，無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。由于無鉛焊料液相顯和固相線溫差較大，其冷卻速率與印制板的冷卻速率不同，導(dǎo)熱系數(shù)大的插裝元件引線和銅焊區(qū)附近先凝固，焊料產(chǎn)生熱收縮，而使最后凝固的低熔點焊料在靠近焊盤一側(cè)發(fā)生剝離，出現(xiàn)無鉛焊料的焊點與印制板焊盤相剝離現(xiàn)象。若采用含Bi的無鉛焊料這種現(xiàn)象可能更為突出。為避免這一現(xiàn)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(jù)具體情況確定。
7、波峰焊接溫度曲線優(yōu)化對于有鉛波峰焊來說，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℃。對于無鉛波峰焊來說，Sn95．5/Ag4．0/CuO．5無鉛焊料熔化溫度為215-220℃，焊接峰值溫度為250℃，其工藝窗口為30℃。而要達(dá)到焊料的良好濕潤性，元器件端頭及印制板焊盤處的實際溫度必須達(dá)到230℃以上，才能實現(xiàn)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)過預(yù)熱區(qū)、再經(jīng)過焊接區(qū)峰值溫度，很容易就可達(dá)到230℃。但大型元器件的溫度這時遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到，這就需要延長預(yù)熱時間，以便降低元器件之間的溫度差，使大型元器件經(jīng)過焊接區(qū)峰值溫度時，其焊點的溫度也能達(dá)到230℃，所以，無鉛波峰焊機的預(yù)熱區(qū)要比普通波峰焊機長得多。圖1是無鉛焊接的波峰焊接溫度曲線，除了需要有足夠的預(yù)熱時間和預(yù)熱溫度、保證足夠的焊接時間外，焊接時波峰的峰值溫度與預(yù)熱溫度之差小于150℃(T3-T1<150℃)。
特別要注意以下溫度點：從預(yù)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℃)。兩波峰焊接時間之和一般為4秒，不得小于3秒(t2+t3＞3-5秒)。