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波峰焊改無鉛的解決方案

2018-4-17 15:07:50 次瀏覽

波峰焊機(jī)在結(jié)構(gòu)上和性能上的改進(jìn)
解決方案 :
  • 預(yù)熱及加熱溫度提高 
  • 錫爐噴口結(jié)構(gòu)改進(jìn) 
  • 提高溫度控制精度

波峰焊機(jī)進(jìn)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(jī)的無鉛化改造相對就比較復(fù)雜一些。以下重點(diǎn)敘述波峰焊機(jī)的無鉛化改造要求。波峰焊機(jī)的無鉛化要求與傳統(tǒng)的波峰焊機(jī)相比,無鉛波峰焊機(jī)在結(jié)構(gòu)上和性能上有下列不同的改進(jìn):

一、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(jī)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(shí)測元器件焊點(diǎn)溫度230 ℃以上)。為此波峰焊機(jī)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;

二、錫爐噴口結(jié)構(gòu)改進(jìn)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60 mm左右,使兩波之間的焊錫相距30 mm左右。焊接時兩波峰之間的溫度跌落(下降)最大不超過50 ℃。

三、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(hù)。
3)增加抗腐蝕性措施無鉛焊料在高溫下,錫對鐵有較強(qiáng)的溶解性,傳統(tǒng)的波峰焊機(jī)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(jī)的這些部位應(yīng)當(dāng)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(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(jìn)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(jìn)伺服電機(jī)驅(qū)動,微機(jī)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。

五、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(shí)測元器件焊點(diǎn)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(jī)的溫度的控制精度提高到±2 ℃,傳統(tǒng)波峰焊機(jī)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(jī)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 ℃。

六、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(diǎn)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(diǎn)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(jī)的出口處加裝冷卻裝置。一般采用自然風(fēng)強(qiáng)制冷卻,冷卻速率在6~8 ℃/秒或8~12 ℃/秒,根據(jù)具體情況確定。

七、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(shí)際溫度必須達(dá)到230 ℃以上,才能實(shí)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(diǎn)的溫度也能達(dá)到230 ℃,所以,無鉛波峰焊機(jī)的預(yù)熱區(qū)要比普通波峰焊機(jī)長得多。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(diǎn):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)。

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