提高含有通孔引腳器件、表面黏著器件(SMD)及通孔引腳器件和SMD組合的電路板波峰焊性能的技術(shù)，包括具有革新性的焊波流體動(dòng)力學(xué)，以及熱風(fēng)刀去橋接(debridging)系統(tǒng)。     
    典型的波峰焊系統(tǒng)通常包括助焊劑施加臺(tái)(波峰式、泡沫式或噴霧式)、使用壓板(platen)或強(qiáng)制對(duì)流的預(yù)熱部份、焊膏槽(帶λ波、曲線波或雙波)以及去橋接熱風(fēng)刀。根據(jù)系統(tǒng)的不同，實(shí)際的情況會(huì)有所差別，但一般都包括助焊劑密度監(jiān)控、指形傳送器、用于指形傳送器的指形方案、指形清潔器、預(yù)熱部件和焊膏槽。     
    預(yù)熱部件   
    印制電路板在遇到焊波之前，要藉由預(yù)熱來升高裝配溫度(表1)。無論是壓板還是強(qiáng)制對(duì)流預(yù)熱方式，都有幾個(gè)重要功能。預(yù)熱有助于達(dá)到并保持助焊劑活化溫度，以便去除銹蝕，并在焊接中使焊點(diǎn)濕潤。預(yù)熱還可干燥用于稀釋助焊劑的試劑和溶劑，如果不進(jìn)行干燥，就可能在焊接過程中產(chǎn)生氣泡。它還可干燥電路板所吸收的水分和電鍍液，否則就會(huì)因?yàn)楹父嗟姆序v而發(fā)生濺射，使焊膏中進(jìn)入蒸氣，形成空心焊點(diǎn)和氣孔。溫度的逐漸上升有助于減小器件和整個(gè)設(shè)備受到的熱沖擊。遇到焊波時(shí)，受控的預(yù)熱可*大限度地減小電路板在遇到焊波時(shí)的變形。    

表1：預(yù)熱參數(shù)(從預(yù)熱器出來的PWA頂端溫度)   
    *后，傳送器的速度可以得到提高，因?yàn)榻逵蓪?duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，可以縮短將器件引腳和焊盤加熱至濕潤溫度所需的時(shí)間。從理論上講，將器件預(yù)熱到濕潤溫度可極大地提高焊接速度，但實(shí)際情況并非如此，因?yàn)樵谝苿?dòng)的表面施加熔化的焊膏時(shí)，會(huì)受到機(jī)械方面的限制并產(chǎn)生液壓效應(yīng)。     
    對(duì)多層電路板而言，建議的預(yù)烘干溫度是105℃，持續(xù)2至4小時(shí)。需要注意的是，烘干時(shí)，不要將電路板迭放在一起。如果迭放在一起，內(nèi)層的電路板就會(huì)被隔熱，達(dá)不到預(yù)烘干的效果。建議將電路板放在一個(gè)對(duì)流爐里，每塊電路板之間*少相距3mm。     
    只有當(dāng)電路板上出現(xiàn)氣泡時(shí)才進(jìn)行預(yù)烘干。過度預(yù)烘干會(huì)產(chǎn)生較厚的表面氧化層，從而使?jié)駶檿r(shí)間較長(zhǎng)，甚至不能潤濕。參考制造商提供的零配件數(shù)據(jù)，有助于確定具體電路器件的預(yù)熱要求，從而得到*好的焊接效果。     
    焊波類型和焊膏流特性   
    對(duì)包含標(biāo)準(zhǔn)通孔引腳器件的電路來說，λ波效果很好。   
    印制電路組件(PWA)進(jìn)入λ波后，焊膏流向與PWA移動(dòng)方向相反，從而在器件引腳周圍形成渦流。渦流可以洗掉氧化物和助焊劑殘余物。去除了殘余物，焊點(diǎn)達(dá)到濕潤溫度后就能潤濕。     
    在λ波出口處，焊膏流向與電路板移動(dòng)方向一致。如果PWA以退波(receding wave)速度退出焊波，焊膏就能適當(dāng)?shù)氐玫絼冸x(peel   back)。   
    焊接SMD所用的芯片波(chip   wave)是窄帶高能量波，可在SMD引腳和焊盤周圍的焊膏中環(huán)繞。這種渦流能確保焊膏滲透到器件的所有引腳和焊盤中，即使是密集數(shù)組的SMD。該波也能去除電路板上的部份氧化物和助焊劑殘余物。電路板藉由芯片波之后，再藉由λ波即可完成焊接過程。     
    組件的放置   
    電路板上組件的合理取向可大大減少焊接缺陷，如橋接和焊痕(shadow)。一般地，軸向引腳組件按任意方向放置都不會(huì)引起焊接缺陷。對(duì)于板上黏著的SIPS、DIPS、四方封裝、直插式連接器(in-line   connector)以及所有類型的密集數(shù)組SMD，如果組件放置不當(dāng)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的焊接缺陷(見“組件布局建議”)。   
    黏著熱風(fēng)刀   
    對(duì)于高密度電路、小體積器件、或以高速度焊接器件時(shí)，都可使用去橋接熱風(fēng)刀，作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)更新設(shè)備。位于焊槽出口處的熱風(fēng)刀有幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。在PWA退出焊波、焊點(diǎn)仍處于熔融狀態(tài)的情況下使用熱風(fēng)刀。簡(jiǎn)言之，噴向PWA底部的熱氣流，可消除焊點(diǎn)的黏連、使焊點(diǎn)成型、填充通孔中的氣泡、去除焊點(diǎn)的橋接、除去多余的焊膏、暴露濕潤問題、并修復(fù)開裂的焊點(diǎn)。     
    去除高密度電路和小體積器件焊點(diǎn)的橋接，可以減少返修量，提高生產(chǎn)率。在裝有去橋接熱風(fēng)刀的大型生產(chǎn)環(huán)境系統(tǒng)中，焊接缺陷率可低至2PPM到20PPM。   
    檢驗(yàn)也同樣非常重要。肉眼檢驗(yàn)合格的焊接，其通孔中可能存在氣泡，這樣電路板在使用中受到應(yīng)力時(shí)就會(huì)出現(xiàn)故障。熱風(fēng)刀利用直接噴射到焊點(diǎn)上的熱氣流壓力檢驗(yàn)每一個(gè)焊點(diǎn)，檢驗(yàn)速度達(dá)到每秒100個(gè)焊點(diǎn)或更高。     
    以1,000ergs/cm▲2▲的速度(吹掉多余焊膏大約所需的力)噴射的熱空氣不會(huì)對(duì)良好的焊接造成影響，卻可以暴露可能隱藏氣泡的**焊接。
  
 熱風(fēng)刀使已敷上焊膏的通孔焊點(diǎn)發(fā)生回填(refilling)，這種通孔焊點(diǎn)處容易引起漏氣(outgassing)問題。熱風(fēng)刀使空穴暴露出來，仍處于熔融狀態(tài)的焊膏藉由毛細(xì)作用(wicking)進(jìn)入孔中，就發(fā)生了回填。焊點(diǎn)發(fā)生回填后，就好象一個(gè)未焊的焊盤位于器件引腳周圍。藉由進(jìn)一步的檢驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，焊膏已經(jīng)一定程度地進(jìn)入通孔中。根據(jù)所采用的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如果引腳和通孔濕潤良好，則認(rèn)為焊點(diǎn)合格。   
  
    熱風(fēng)刀的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在焊接SMD時(shí)非常明顯。玻璃/環(huán)氧樹脂基底、組件引腳、焊盤及焊膏的膨脹系數(shù)各不相同。如果引腳和焊盤上的焊膏過多，就會(huì)使焊點(diǎn)凹面產(chǎn)生過大的應(yīng)力，使焊接過早出現(xiàn)問題。熱風(fēng)刀能使焊點(diǎn)定型、去除多余的焊膏并使焊點(diǎn)延展性更好，有助于消除熱應(yīng)力疲勞和機(jī)械應(yīng)力疲勞。     
    熱風(fēng)刀動(dòng)力學(xué)   
    熱風(fēng)刀向組件底部噴出一條窄窄的熱氣流(0.46mm)。根據(jù)電路板上器件密度、類型和取向的不同，熱風(fēng)刀溫度通常在260℃至274℃，壓力在4psi至20psi。     
    為提高制程效率，可對(duì)幾個(gè)熱風(fēng)刀參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)：   
    與電路板底部的沖擊角(與水平方向成40°至90°)和距離(盡可能靠近)；   
    若發(fā)現(xiàn)焊膏從電路板上部濺出，則熱風(fēng)刀上的氣壓應(yīng)以1psi的增量減小，直到實(shí)現(xiàn)去橋接而又不會(huì)過吹；   
    對(duì)所有類型的電路組件，在5psi至10psi的氣壓和426℃的溫度下，都會(huì)有較好的結(jié)果。

高性能熱風(fēng)刀初始設(shè)置參數(shù)   
    焊接制程參數(shù)各種焊接參數(shù)以不同的方式影響波峰焊過程。為建立有效的焊接制程監(jiān)控程序，需了解各參數(shù)的作用。   預(yù)熱預(yù)熱不足將妨礙熱風(fēng)刀的有效工作，而且會(huì)使PWA在預(yù)熱和焊波之間的溫度變化率(ΔT)過高。   
    熱風(fēng)刀高度一般，熱風(fēng)刀離PWA底部越近，效果越好。因?yàn)檫@樣熱空氣只需較小的壓力就可向焊點(diǎn)進(jìn)行有力的噴射，而且離開熱風(fēng)刀出口后溫度下降較少。   
    熱風(fēng)刀壓力熱風(fēng)刀壓力決定了焊接處所受的應(yīng)力大小。如果壓力不足，就不能充分檢驗(yàn)焊接的質(zhì)量；而壓力過大，則會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)凹面上產(chǎn)生應(yīng)力線。在極端情況下，通孔中的焊膏會(huì)被吹落。     
    焊波高度如果焊波高度不足，尤其是焊接SMD時(shí)芯片波高度不足，會(huì)使焊接不充分或焊膏不能充分應(yīng)用。還會(huì)發(fā)生通孔中焊膏不足的情況。   
    傳送器速度傳送器速度會(huì)影響焊接制程中幾乎所有其它參數(shù)。藉由預(yù)熱器的時(shí)間決定了PWA吸收熱量的多少。速度越慢吸收熱量越多，越快則越少。藉由焊接波的時(shí)間影響焊膏滲透通孔的程度。另外，焊波是熱風(fēng)刀的二級(jí)預(yù)熱器。傳送器速度決定了熱空氣沖擊時(shí)間的長(zhǎng)短。速度較慢則熱風(fēng)刀工作時(shí)間較長(zhǎng)，一些情況下可以減小壓力。     
    檢驗(yàn)在完成熱風(fēng)刀焊接后的檢驗(yàn)中，可以發(fā)現(xiàn)，針孔、氣孔以及焊接變形都大大減少，這是因?yàn)闊犸L(fēng)刀即使在漏氣時(shí)也會(huì)使焊點(diǎn)凹面重新成型。漏氣的焊接焊點(diǎn)凹面很小，有時(shí)焊點(diǎn)會(huì)凹進(jìn)通孔中。若潤濕良好,而且超過75%的通孔中都充滿了焊膏，則認(rèn)為焊接合格。由于熱風(fēng)刀能夠去除多余的焊膏，因此產(chǎn)生的焊點(diǎn)更小、更具延展性，這有利于消除使用過程中的機(jī)械疲勞。     
    經(jīng)熱風(fēng)刀處理后的焊點(diǎn)不再象未經(jīng)處理時(shí)那樣具有表面光澤。仔細(xì)檢驗(yàn)會(huì)發(fā)現(xiàn)焊接表面具有鱗狀的紋理。這是焊接表面藉由熱風(fēng)刀處理后的共同特征。這種紋理結(jié)構(gòu)比未經(jīng)熱風(fēng)刀處理的表面更好、更堅(jiān)固。     
    容易污損的“沒有焊膏”的焊接處要對(duì)引腳和焊盤去濕。這可減少無焊膏焊接(焊膏側(cè))、引腳彎曲、引腳突出及組件遺漏或翹曲(組件側(cè))等缺陷的發(fā)生。   
    由此可見，*終結(jié)果是減少了焊接后的檢驗(yàn)工作，PWA的處理過程也縮短了，同時(shí)提高了焊接成品率。   
    Sidebar組件布局建議下面是對(duì)電路板布局的一些建議，有助于減少焊接缺陷：   
    長(zhǎng)方形電路板的較長(zhǎng)邊應(yīng)與傳送器的導(dǎo)軌平行。若難于做到，則在焊波中使用一個(gè)電路板支架，或在電路板上采用一個(gè)跨度超過7英寸的加勁桿。   
    使用熱質(zhì)量相同的組件可以提供更均勻的加熱。若難于做到，則需要增加頂端的預(yù)熱并降低傳送器速度。   
    對(duì)電路板進(jìn)行布局時(shí)，應(yīng)使帶直插式引腳的組件與傳送器傳送方向一致。   
    盡可能使密集的電路線與傳送器傳輸方向一致。   
    自動(dòng)插入設(shè)備的引腳不要過多。   
    在符合經(jīng)濟(jì)性的前提下，盡量使四方封裝器件遠(yuǎn)離SMD器件。