SMT波峰焊接技术，暨波峰焊接工艺和设备介绍（三）

60年代由于军事部门需要轻、薄、短、小、高可靠、高质量的军用设备，于是SMT技术应运而生，之后便由军事需求演变到航空、航天、卫星、通信、家电等产品中。由于SMT的出现，使得PCB的安装结构由原来的纯空孔安装方式(THT)迅速迈向表面安装方式(SMT)和混合安装方式(MMT)，因而安装结构形式也愈来愈多样化和复杂化，，尤其是MMT比单一的THT和SMT都要复杂，它跨越了波峰焊接和回流焊接两种工艺范畴，因此，在今后一个相当长的时间内，都将是电子产品生产中的一个工艺难点。

一.SMT安装结构给波峰焊接技术带来的新问题

1.1SMT波峰焊接工艺的特殊性问题

目前，由于SMC/SMD尚无法完全取代传统的THC/THD元器件，因此，在THC/THD与SMC/SMD组合安装的情况下，波峰焊接设备中的钎料波峰发生器在技术上必需进行更新设计，方可适合于SMT波峰焊接之需要。

SMT波峰焊接工艺既有与传统的THT波峰焊接工艺共性的一面，也有其特殊性之处，对元器件来说，最大的不同在于SMT波峰焊接属于一种投入式焊接，而THT为非投入方式，这种浸入式波峰焊接工艺带来了下述新问题：

(1)由于存在气泡遮蔽效应及阴影效应，易造成局部跳焊；

(2)从90年代以来，SMC/SMD外形尺寸愈来愈小，组装、排列密度愈来愈高，元器件间的距离愈来愈小(往往只有0.3mm)，极易产生桥桥；

(3)由于钎料回流不好，易产生拉尖；

(4)对元器件热冲击大；

(5)钎料中溶入杂物的机会多，钎料易受污染。

1.2气泡遮蔽效应

由于SMT贴装在PCB板面上后，在PCB表面上形成了大量的微缝，这些都是积存和藏匿空气、潮气、、助焊剂的地方。当进行波峰焊接过程中，这些藏匿在微缝中的空气受热膨胀逃逸出来，再加上潮气和助焊剂受热时挥发出来的蒸汽，以及SMC/SMD粘胶剂热分解所产生的气体等综合因素，从而在波峰钎料中形成大量的气泡。由于SMT所用的PCB板孔眼很少，因此这些气泡被压在PCB板下表面无逃逸通道，而在PCB板下表面上游荡，当被吸附在钎料后，阻挡了波峰钎料对接合部基体金属的润湿而造成虚焊。如图2-1所示。

1.3阻影效应

阻影效应的形成主要由下述两个原因造成：

[1]SMC/SMD背流阻影

由于贴装在PCB板面上的SMC/SMD安装设计不当，造成在波峰焊接时SMC/SMD的一部分连接点，落入了由SMC/SMD本身沿背流方向所形成的阻影区内，使得钎料无法漫流到此区域内而产生跳焊，如图2-2的(B)区域。

[2]高度所形成的阴影

在安装设计时，由于对SMC/SMT尺寸大小悬殊的各元器之间布置不当，形成了尺寸大、个儿高的SMC/SMD，对尺寸小、个儿矮的SMC/SMD挡流所形成的阻影区，如图2-3的(B)区，而使位于阻影区内的短小SMC/SMD发生大量刮焊现象。

二.SMC/SMD的焊料特性和安装设计中应注意的事项

2.1SMC/SMD的焊料特性

了解和合理地利用SMC/SMD所固有的焊料特性，是确保SMT波峰焊接成功率的重要一环，对各类SMC/SMD的焊接特性可查阅有关的产品技术手册，例如：

(1)碳膜或金属膜电阻类：所用材料耐热性好，在端子引出线(Fe)上进行电镀焊料合金处理，不会产生焊料熔触现象，能很好地适应于各种焊接方式(波峰焊和回流焊)；

(2)陶介电容器类：由于陶瓷在急热，急冷和局部加热时容易破损，所以在焊接时注意一定要先预热，焊后要缓缓冷却，焊接温度为240~250℃，时间3~4秒；而采用回流焊接时，必须要在130~150℃的温度下进行预备加热，时间为1~3分钟。

(3)薄膜电容器类：标准的波峰焊接条件为

预热温度：max150℃、时间：＜3分钟

焊接温度：max250℃、时间：＜5秒钟；

焊后要保持2分钟的缓慢冷却时间。

(4)半导体管类：标准的波峰焊接条件为

预热温度：130～150℃、时间：1～3分钟

焊接温度：240～250℃、时间：3～10秒钟；

焊后要保持2分钟的缓慢冷却时间。

(5)SOP-IC类：标准的波峰焊接条件为

预热温度：＜150℃、时间：1~3分钟

焊接温度：＜260℃、时间：3~4秒钟；

三.SMT波峰焊接工艺要素的调整

3.1助焊剂的涂覆

SMT波峰焊接中，由于在已安装了SMC/SMD的PCB底板表面上呈凹凸不平，这给助焊剂的均匀涂覆增加了困难。就目前普遍推广应用的喷雾涂覆工艺而言，在倾斜夹送情况下，若喷雾头喷雾角度选择不当时，将存在着明显的阻影效应而使位于阻影区内的焊点漏涂。因此，始终保持喷雾头的喷雾方向与PCB板面相垂直，是克服喷雾阻影效应的有效手段。

由于PCB板面上存在着大量的窄缝和深层毛细管现象，这给波峰现象后彻底清除助焊剂和残留物增加困难。

3.2预热温度

SMT波峰焊接中预热温度的选择，不仅要考虑助焊剂所需求的活性温度，而且还要考虑SMC/SMD本身所要求的预热温度。提前进行充分的预热，波峰焊接时SMC/SMD就不会出现瞬间剧烈的热冲动，而且当使用较高的预热温度时，波峰焊接的温度就可以降低些，这对减少热损坏现象也是有利的。

3.3钎料、钎接温度和时间

3.3.1钎料

由于SMT为浸入式波峰焊接，焊料槽中的焊料工作时受污染的机会比THT波峰焊接时要大得多，因，要特别注意监视焊料槽中焊料的杂质含量。

3.3.2焊接温度和时间

SMT波峰焊接时所采用的最高温度和焊接时间(取决于夹送速度)的选择原则是：除了要对焊缝提供热量外，还必须提供热量去加热元器件，使其达到焊接速度，当使用较高的预热温度时，则焊料槽的温度可以适当降低些，而焊接时间可酌情延长些。例如在250℃时，单波峰的最长浸渍时间或双波峰中总的浸渍时间之和约为5秒，但在230℃时，则最长时间则可延长至7.5秒。

3.3.3PCB夹送角度

夹送角度的合理选择是减少拉尖、桥连和获得良好轮廓敷形的一个重要方面。在THT波峰焊接中，较佳的角度大约是60～70。而SMT波峰焊接面一般均不如THT的波峰焊接面平整，这是导致拉尖、桥连、漏焊的一个潜在因素。因此，SMT波峰焊接中夹送角度选择宜稍大些。

3.3.4夹送速度

夹送速度的选择，必须使第二波峰(层流波)有足够的浸渍时间，以使较大的元器件能够吸收到足够的热含量，以达到预期效果。

3.3.5浸入速度

SMT波峰焊接中，PCB浸入波峰焊料的深度，扰流波与层流波是有差异的，第一波(扰流层)PCB板浸入波峰焊料的深度要比较深，以获得较大的压力，克服阻影效应，而通过喷口的时间要短，这样有利于剩余的助焊剂有足够的剂量供作第二波峰(层流波)作用。

3.3.6冷却

在SMT波峰焊接中，焊接后采用2分钟以上的缓慢冷却，这对减少因温度剧变所形成的应力，避免元器件损坏(特别是对以陶瓷作基体或衬底的元器件的断裂现象)是有重要意义的。