波峰焊的新时代
摘 要：波峰焊接最早用于电子产品通孔器件焊装自动化，如今SMD器件的出现，特别无铅焊接的要求给波峰焊添加了新活力。文章介绍面临这新情况，波峰焊设备的新发展。
关键词： 波峰焊，无铅焊接
1. 引 言
在印制板组装过程，波峰焊接是最早用于电子产品通孔器件实现焊装自动化，随着各种新型SMD器件的出现,波峰焊工艺将继续成为SMT生产线的关键工艺之一。
如今无铅焊料所需的系统技术仍然未得到完全解决。有关这类焊接产品的技术规范与标准尚未建立。虽然无铅焊料的成本超过传统铅锡焊料，但是电路组装工厂必须在产品的生产过程中使用无铅焊料。现已有多种途径在最大程度上来降低制造成本。
2． 由无铅焊料引起…
下面讲述与焊接工艺有关4个问题可能是降低无铅焊料制造成本的最重要因素。
A． 焊料的回收。通过使用焊料回收系统获得加工成本最大的节约。焊锡槽内（与激波泵的结构设计有关）的焊料在整个熔融期间,将有75%之多被氧化成为锡渣，锡渣的主要成份是纯锡。
过去，人们把残渣或锡渣认为是第二重要的。焊料供应商承诺回收锡渣提取焊料又重新卖给工厂。现在，电子组装厂可以自行处理锡渣，这样减少焊料消耗获得经济效益。节省每一元钱支出的方法是不容轻视的。
B． 无铅焊接工艺控制。使用高价焊料，人们自然期望缺陷会更少。印制板焊接过程中主要有桥接，冰焊及焊缝上部缺锡等缺陷,许多焊接缺陷都是由于在予热阶段印制板温度不够操成的。在无铅焊料工艺中，印制板发生过热是很少见的。在实际应用上，使用无铅焊料必须予热更加充分，这是因为无铅焊料需要较高的温度，有些无铅焊料的熔点接近700F°。
C． 予热的类型。波峰焊设备制造厂商采用多种加热方法；石英灯，红外（IR），Calrod发热元件均工作在高温（1330F°-2000F°），在印制板进入波峰区前，PCB顶面最佳温度达到190F-240F°（图 1）。显然高温度梯度Δt得到的是热量不合理使用。而且由于印制板没有很好地吸收由这些热源提供的更多热量，使用这些高温热源试图达到波峰焊接所需相对低的温度，就将会增加焊剂燃烧的可能性。
图 1 管状与石英灯予热器在向所有方向发散热量，仅低于50%的热量吸收率。
对比之下，使用一种低功率密度的带状黑体加热器是最有效的加热方法。这种红外加热器发送长红外波长，容易被印制板吸收。因此热源与印制板之间的温度梯度Δt要比管状与石英灯予热器小得多。
图2 带装状黑体加热器直接向印制板加热，热量吸收率高达85%。
D. 予加热器的设计。大多数波峰焊设备可提供各种予加热器配置。予热加热器的最佳设计方案是采用多种类型加热器的组合，加热系统包括底部带状黑体加热器与上部强制热风对流组合结构。
对印制板进行均匀渐进加热的另一个因素是予热器的结构设计。如果加热器的终端与焊波的始端存在间隙，就会产生冷谷。同样，印制板在传送带上传动时与热源之间的距离，也是对印制板加热升温起到很大作用。理想的方式是印制板在接近焊波时，印制板应该靠近热源。因为无铅焊料与印制板一起在较高温度进入焊波。设备能配置高效予热系统将极大地降低返修更换成本，达到符合质量要求的波峰焊接工艺。
3. 制造成本的降低
近几年来，不少制造厂已经看到一些变化，市场的竞争更为激烈，购商间的交易更为困难。许多厂商都意识到必须使得他们的生产要求多样化。其中一个理由是许多合同制造厂（CM）关闭或缩小规模，而依靠CM的OEM仍然需要有厂商制造自己的印制板，已将业务转到其他制造厂。这些厂必须在竞争市场中，制定新的工艺以较低的成本赢得合同，就需要多功能及在各种工艺条件下能高效运作，这也是最基本的。因此他们又重新注重波峰焊设备。
每个焊锡槽内有不同的合金。在今天的电子组装厂一条生产线专门适用加工规定的印制板。这种情况虽然有，但很少。现在大多数PCB组装厂正在改变，一个新趋势是在一个设备上配置多个不同的焊锡槽。
如果有些印制板焊接需要无铅焊料，而另一些产品不采用。最经济的办法是每种有独立的焊锡。这样就省去了因换装焊料所需要的待工时间，以及避免了槽内不同合金的相互污染。
除了经济上的利益外，有些厂商不采用无铅焊料的另一个原因是无铅焊料的湿润性比传统铅锡焊料差，焊点表面无光泽。若采用现有的质量标准，一些合格的产品可能成为不合格或返工增加工时成本。
可控工艺参数。组装厂使用不同的焊接工艺及焊料合金，波峰焊设备必须能调整方便，满足不同工艺参数设置的要求。予热器，焊料槽的温度及传送带的传动速度应容易调整。传送带传动速度直接影响印制板在予热区的时间与印制板在焊波中持续时间。传送带高度调节应适应印制板厚度及器件封装尺寸的变化。
波峰焊设备的其他变量参数包括传送带宽度，充氮流量控制，助焊剂涂布控制等应容易设置及监控。
每一个焊接工艺都各有一组优化的工艺参数设置。100种不同类型印制板波峰焊接可能需要有100种不同的工艺设置。这些工艺参数的设置与监控最好采用具有存贮工艺参数功能的计算机控制的波峰焊设备。一旦设备内部发生变化，监视器上就可观察到。也可采用打印输出记录工艺保存每批次加工信息。
4. 结 论
如上所述，波峰焊设备在电子组装行业远没有被淘汰,如今无铅焊料工艺继续发展,波峰焊设备应适用于这些新的工艺要求.大多数电子组装厂的制造成本正在下降,波峰焊仍然是当今电子焊装高效率,低成本的焊接设备。
l 美国某电子制造公司购置两台立式焊料回收系统，为两条无铅焊料生产线各安装一台。结果一台设备一周七天，每天节省＄1000。累计下来，不到一个月收回了设备的投资。大多数回收设备是加工传统焊料，一般在6-9个月可收回投资，但当使用较贵的无铅焊料，就可能在你所希望的时间内，很快收回投资。
l 某CM公司使用4种不同的焊料合金：高熔点焊料，无铅焊料（Sn96.5/Ag3.5）,传统焊料(Sn63/ Pb37)及公司专利焊料合金。为啥需要多种焊料，因为该公司加工的印制板组件除了无铅焊料及有铅焊料焊接外，还必须承受高温焊接工艺。因此，高温焊料有专用焊料槽存放及独立的传动，这样使得焊料槽的更换方便。结果是减少了因焊料合金的改变，需要更换焊料锅槽的待工时间，同时也逼免了焊料合金间的相互污染。
操作者准备更换焊料槽。不同焊料合金分别存放在各自的专用焊料槽内，使得焊料更换较为方便。