TS 33R
适用于
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波峰焊是电子制造业中用于将电子元件连接到PCB板上的一种批量焊接工艺。该工艺通常用于通孔元件，但也可用于焊接一些SMD（表面贴装器件）元件，这些元件在通过波峰焊工艺之前用SMT（表面贴装技术）粘合剂粘在PCB的底面。波峰焊工艺包括三个主要步骤：助焊、预热和焊接。一条传送带将印刷电路板运送到机器中。印刷电路板可以安装在一个框架中，以避免为每块不同的印刷电路板调整传送带的宽度。 助焊通常是通过喷雾式助焊剂完成的，但也可以使用泡沫助焊剂和喷射助焊剂。液体助焊剂从PCB的底部涂在表面和槽孔中。助焊剂的目的是使PCB和元件的可焊表面脱氧，使液体焊接合金与这些表面形成金属间连接，从而形成焊点。 预热有三个主要功能。助焊剂的溶剂需要被蒸发掉，因为它一旦被使用就失去了作用，而且当它在液体状态下接触焊锡波时，会导致焊接缺陷，如刷牙和焊球。一般来说，水基助焊剂比醇基助焊剂需要更多的预热来蒸发。预热的第二个功能是限制PCB与焊波的液体焊料接触时的热冲击。这对某些SMD元件和PCB材料来说可能很重要。预热的第三个功能是促进焊料的通孔润湿。由于PCB板和液态焊料之间存在温差，液态焊料在进入通孔时将被冷却。热量大的电路板和元件会从液态焊料中吸走大量的热量，以至于它在到达顶部之前就被冷却到凝固点而冻结。这是使用锡（银）铜合金时的一个典型问题。良好的预热可以限制PCB板和液态焊料之间的温差，从而减少液态焊料在上通孔时的冷却时间。这使得液态焊料有更好的机会到达通孔的顶部。 在第三步中，PCB板被传递到一个焊料波上。充满焊接合金的焊槽被加热到焊接温度。这个焊接温度取决于所用的焊接合金。液态合金通过通道被泵送到波峰成形器中。有几种类型的波峰成形器。一个传统的设置是一个芯片波和一个层状主波相结合。芯片波沿PCB移动的方向喷射焊料，并允许焊接SMD元件的背面，这些元件本身的主体在层状波中被屏蔽了波的接触。层状主波流向前方，但可调节的背板的位置是这样的，板子会把波推向后方。这将避免PCB被拖入焊接的反应产物中。一种越来越受欢迎的前波是Wörthmann-波，它将芯片波和主波的功能结合在一个波中。这种波浪对正确的设置和桥接更加敏感。由于无铅焊接合金需要较高的工作温度，并且倾向于相当强烈的氧化，很多波峰焊工艺都是在氮气环境中完成的。一个新的市场趋势和被一些人认为是焊接的未来是使用低熔点合金，如LMPA-Q。LMPA-Q需要较低的温度并减少氧化。它也有一些与成本有关的好处，如减少电力消耗，减少载体的磨损和不需要氮气。它还能减少对电子元件和PCB材料的热影响。
关键优势
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绝对无卤素的焊接化学制品不包含任何有意添加的卤素或卤化物。IPC的分类允许最低的 "L0 "级别的卤素含量不超过500ppm。这一等级的焊剂、焊膏和焊丝通常被称为 "无卤素"。绝对无卤素的焊接化学制品更进一步，不包含这种 "允许 "水平的卤素。特别是结合无铅焊接合金和敏感的电子应用，这些低水平的卤素已被报告导致可靠性问题，如过高的泄漏电流。 卤素是周期表中的元素，如Cl、Br、F和I，它们具有喜欢反应的物理特性。从焊接化学的角度来看，这是非常有趣的，因为它的目的是清除被焊接表面的氧化物。事实上，卤素能很好地完成这项工作，即使是难以清洁的表面，如黄铜、锌、镍......或严重氧化的表面或退化的I-Sn和OSP（有机表面保护），也能在卤素助焊剂的帮助下进行焊接。卤素在可焊性方面提供了一个很大的工艺窗口。但问题是，卤素助焊剂的残留物和反应产物对电子电路来说是有问题的。它们通常具有高吸湿性和高水溶性，增加了电迁移和高泄漏电流的风险。这意味着电子电路发生故障的风险很大。具体到无铅焊接合金，有更多的报告指出，即使是最小的卤素含量也会对敏感的电子应用造成问题。敏感的电子应用通常是高电阻电路、测量电路、高频电路、传感器......这就是为什么在电子制造业的焊接化学中趋向于远离卤素。一般来说，当元件和PCB（印刷电路板）的焊接表面的可焊性正常时，就不需要这些卤素了。巧妙设计的绝对无卤素的焊接产品将提供足够大的工艺窗口来清洁表面并获得良好的焊接效果，这与高可靠性的残留物相结合。
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RoHS是危险物质限制的缩写。它是一项欧洲指令：第2002/95/EC号指令。它限制在欧盟境内的电气和电子设备中使用一些被认为是高度关注物质（SHVC）的物质。 这些物质的清单可以在下面找到： 请注意，这些信息可能会有变化。请随时查看欧盟网站，了解最新信息： https://ec.europa.eu/environment/topics/waste-and-recycling/rohs-directive_nl https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32011L0065 1.镉和镉化合物 2.铅和铅化合物 3.汞和汞化合物(Hg) 4.六价铬化合物(Cr) 5.多氯联苯(PCB) 6.多氯萘(PCN) 7.氯化石蜡（CP） 8.其他氯化有机化合物 9.多溴联苯(PBB) 10.多溴二苯醚(PBDE) 11.其他溴化有机化合物 12.有机锡化合物（三丁基锡化合物、三苯基锡化合物） 13.石棉 14.偶氮化合物 15.甲醛 16.聚氯乙烯（PVC）和PVC混合物 17.十溴二苯酯（从2008年7月1日起）。 18.全氟辛烷磺酸：欧盟指令76/769/EEC（不允许质量浓度等于或高于0.0005%）。 19.邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP） 20.邻苯二甲酸丁苄酯（BBP） 21.邻苯二甲酸二丁酯（DBP） 22.邻苯二甲酸二异丁酯（Disobutyl phthalate 23.溴化二苯酯(Deca) (用于电气和电子设备) 欧盟以外的其他国家已经出台了自己的RoHS立法，在很大程度上与欧洲RoHS非常相似。
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焊锡球是波峰焊、选择性焊或回流焊后留在PCB（印刷电路板）焊接掩模上的焊接合金小球。它们是不可取的，但经常存在。它们通常是由更多的参数引起的。在波峰焊中，最大的参数是阻焊剂。阻焊层 "产生 "焊锡球的趋势取决于其表面结构，这是阻焊层本身的属性。此外，在PCB（印刷电路板）制造中，需要尊重正确的焊接掩模固化参数。固化不良可能会导致更多的焊球。第二个参数是助焊剂。一些助焊剂比其他助焊剂更容易产生焊球。一般来说，高固体含量的助焊剂和 "RO "分类的助焊剂产生的焊球较少。水基助焊剂一般比醇基助焊剂产生更多的焊球，但也有一些特殊版本的水基助焊剂比醇基助焊剂产生的焊球更少，如PacIFic 2009MLF和PacIF 2009MLF-E。在这个过程中，重要的是要有正确的助焊剂应用设置和正确的预热设置相结合，以尽量减少焊球。太多的助焊剂，或被推入载体和PCB之间的助焊剂，在预热时很难干透，在波浪接触时可能产生焊球。在这个问题上，太低的预热设置也会有问题，当然是水基焊剂。热空气对流预热可以帮助挥发助焊剂的溶剂。另一个参数是焊料波。湍流波会产生更多的焊锡球。湍流可能是由波峰器本身的类型（如芯片波或Wörthmann波）或波峰器的不良设置或渣滓污染引起的。PCB板和载体的物理结构也会产生额外的湍流。在焊接面有很多元件的PCB板和有小而深的口袋的载体会产生额外的湍流。在选择性焊接中，焊料掩膜也是焊球的主要参数，不同助焊剂之间的差异与波峰焊相似。在这个过程中，迷你波本身就是湍流，经常被用来焊接连接器，他们会产生额外的湍流。这导致了这样一个事实，即在一般情况下，选择性焊接过程对焊球比波峰焊接更加敏感。在回流焊中，焊锡球的主要原因是焊膏印刷过程。如果焊膏最终出现在可湿润的焊盘之外，这可能会导致回流焊后出现焊球。造成这种情况的原因可能有很多：钢网下面的PCB（印刷电路板）的水平定位不正确，PCB和钢网的垂直排列不正确（不平行）。PCB对钢网的压力不够高，刮刀压力太高，印刷速度太低，没有减少钢网的孔径，PCB有偏差，生产中的温度太高（>30°C），由于钢网清洗的间隔时间太长而积累的残留物，印刷后的焊膏坍塌，氧化的焊膏，...。有些焊膏在可湿润垫之外时，会比其他焊膏更容易产生焊球。另一个产生焊球的原因可能是取放装置。当放置元件的垂直力过高时，这可能导致锡膏被压扁，并最终出现在可润湿垫之外。不幸的是，并不是所有的拾放机都能在这个问题上轻松调整。焊接曲线也可能导致焊球的产生。众所周知，100-150°C之间的浸泡区会导致一些焊膏坍塌，并最终出现在焊盘外面。然而，这可能因不同的焊膏而有很大不同。一般来说，气相炉对产生焊球也比较敏感，因为蒸汽上凝结的液体会导致焊膏坍塌。同样在这里，一种锡膏和另一种锡膏之间可能有相当大的差异。另一种焊球粘在芯片元件边上的现象被称为焊珠或芯片中部焊球。这主要是由过多的锡膏和与锡膏接触的元件引线的非湿润部分造成的。过多的焊膏会以焊球的形式粘在芯片元件的侧面。更薄的钢网、更高的钢网孔径缩小和特殊的钢网孔径设计被用来解决焊球的问题。
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松香也被称为科洛芬，是一种来自树木的天然产品。有许多种类的松香具有非常不同的特性，但一些一般的特性是适用的。 作为焊接化学的一部分，像焊剂、焊膏和焊丝一样，一般来说，松香在焊接过程中提供了一个大的工艺窗口。这意味着，在一般情况下，它能够比树脂等承受更长的时间和更高的温度。 液体助焊剂中的松香的一个优点是，一般来说，在波峰焊或选择性焊接后，它倾向于在焊接掩模上留下较少的焊球。此外，松香的残留物会对大气中的水分提供一定的保护。这可以提供一个额外的机会来通过气候可靠性测试。然而，这种保护能力会随着时间的推移而退化。 另一方面，液体焊剂中含有的松香也有一些缺点。它增加了堵塞波峰焊机和选择性焊接机的喷头或喷射喷嘴的风险。留在机器和载体上的残留物是很难清理掉的。残留在PCB板上的残渣会干扰电针测试（ICT，In Circuit Testing），并造成接触问题，导致误读/错误。在某些情况下，这可能导致生产流程受阻。当一些含有松香的助焊剂喷剂意外地落在诸如连接器、开关/继电器/接触器的触点上，或落在碳触点上，或落在PCB上的触点图案上，这也可能导致接触问题。一般来说，松香残留物与保形涂料的兼容性差。在热循环后，保形涂料会开始出现裂缝，大气中的湿气会渗入并凝结。 考虑到上述所有情况，权衡液体焊接助焊剂中松香的优点和缺点，目前有一种趋势是选择不含松香的液体助焊剂。'OR'分类的助焊剂不含松香。 由于松香在时间和温度上具有较宽的工艺窗口，所以经常被用于焊锡丝。 缺点是松香往往会随着温度的升高而变色，并留下视觉上的严重残留物。当焊锡丝被用于返修电子PCB板时，这种残留物对一些电子制造商来说是不可取的，因为他们不希望他们的客户看到PCB上有返修的痕迹。清洗这些松香残留物需要特殊的清洗剂，而且是一个耗时的过程。在这种情况下，制造商可以选择像IF14这样的RE分类焊锡丝。残留物很少，可以用干刷子刷掉。 松香也被用于焊膏中。除了在时间和温度上提供一个良好的工艺窗口外，它还能为网板上的焊膏提供良好的稳定性。这将有利于稳定的印刷过程，从而获得稳定的焊接结果和缺陷率。在回流焊中，松香的变色并不像焊锡丝那样突出，因为回流焊的温度比手工焊接的温度低。但松香残留物与保形涂料的相容性较差，在热循环后可能会出现保形涂料的裂缝或脱落的情况。尽管大多数制造商会将保形涂料涂抹在焊膏残留物上，但为了达到最佳效果，建议将焊膏残留物清理掉。鉴于科洛芬的上述优点，大多数焊膏都含有科洛芬。
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醇基焊剂是以酒精作为主要溶剂的液体焊剂。在电子制造业中使用的大多数液体助焊剂仍然是醇基的。主要原因是它们在历史上的使用和因此而获得的市场份额，以及与水基助焊剂相比，它们的工艺窗口一般较大。水基助焊剂与醇基助焊剂相比有许多优点，如消耗量低，无VOC（挥发性有机化合物）排放，无火灾危险，不需要特殊的运输和储存，生产区的气味较低......然而，许多电子制造商似乎更喜欢醇基助焊剂的较大工艺窗口，而不是水基助焊剂的优点。一般来说，醇基助焊剂对正确的喷雾助焊剂设置不太敏感，无法在表面和通孔中获得良好的助焊剂应用。此外，它们在预热时更容易挥发，在波浪接触时，剩余的溶剂滴产生焊球、焊料飞溅或桥接的风险更小。另一个使水基助焊剂的实施复杂化的参数是，在某些情况下，更换助焊剂可能是一个耗时而昂贵的过程。它通常涉及到同源测试和终端客户的批准。特别是对于EMS（电子制造服务=分包商），这可能是一个挑战。 一些国家已经实施立法，限制工厂烟囱的VOC排放，或对VOC排放征税。这似乎是改用水基助焊剂的一个额外激励因素。 最近的一个事态发展迫使许多制造商开始研究水基助焊剂。2020年初的COVID贫血症，突然增加了对醇基消毒剂的需求，以至于在某一时刻，市场上的醇类产品几乎不存在。幸运的是，生产酒精的行业能够及时提高产量，避免电子制造商在没有助焊剂的情况下操作他们的焊接机。