1.1 夹送速度

  图 1-7 PCB通过焊料波峰示意图

  焊接时间往往可以用夹送速度反映出来，被焊表面浸入和退出熔化焊料波峰的速度，对润湿质量，焊料层的均匀性和厚度影响很大。每一对基体金属和助焊剂都有自己特有的理想浸入速度，该速度是助焊剂活性和基体金属传热能力的函数。对于导热性较好的材料来说，在采用活性松香助焊剂时可采用较高的浸入速度，而沉积于工作表面钎料的均匀性和厚度，在很大程度上取决于工件从熔化焊料波峰中退出时的速度及退出速度的均匀性，标准做法是取退出速度相等。在退出过程中，振动将使钎料表面产生波纹状，抖动将使焊点表面呈粗糙状。

  剖析PCB板在焊料波峰中的波峰焊接过程可以划分为三个作用区(以下简称波区)如图1-7所示：

  (1) 图中A点是进入波峰的点，因PCB与焊料运动方向相反，所以该点的速度差最大。因此，在该点处湍流的冲洗作用最大，这有利于从基体金属表面除掉预热后的助焊剂－锈膜残渣混合物，以使融熔焊料与基体金属直接接触。当达到润湿温度时，立即产生润湿现象。

  (2) 图中的A-B段是热交换区，印制板通过钎料波区时在波峰中的时间必须足够长，以使在润湿温度下的表面能量能够把溶化的钎料吸附到印制板的表面上，从而形成填充良好的焊缝，另外在接合界面上形成所需要的合金层也需要时间。

  (3) 图中B点是从焊料波峰中退出的点，在该点上，以润湿形式表现出来的表面能量，将使焊料保留在焊缝中，而重力(焊料的质量)将势必把焊料向下拉，这些作用力之间的平衡点必须选择在位于焊料波峰速度零点附近脱离。

  PCB在焊料波峰中的浸渍宽度取决于焊料波峰的阔度，当焊料槽中焊料的温度控制在250℃时。

  井上喜久雄还给出了波峰阔度，夹送速度和浸渍时间(印制板浸入焊料波峰的时间)的关系曲线，如图1-8所示。

  设备系统应确保夹送速度能在0.5～2.0m/min范围内无级变速，而波峰焊接中最适宜夹送速度的确定，要根据具体的生产效率、PCB基板的元器件的热容量、浸渍时间及预热温度等综合因素，通过工艺试验确定，根据大量工业运行中的数据统计，应用中为获得较好的波峰焊接效果，通常一个焊点在波峰钎料中浸渍的时间应控制在2～4秒之间(我国电子行业标准SJ/t10534-94规定为3～4秒)。超过4秒时桥连和热冲击变大，易过热而损害元器件和PCB基板。低于2秒则因热量不足，将导致焊接性能变劣并成为虚焊、拉尖、桥连等焊接缺陷的原因。因此，图1-8中2秒线和4秒线之间所夹的区间，才是夹送速度适当的选用范围。例如：针对某机型钎料波峰的热交换区的宽度为50mm，浸渍时间若3秒，则可求得夹送速度应为1m/min，浸渍时间若取2秒，则夹送速度将提高到1.5m/min。

  工业应用中夹送速度通常要由生产效率来确定。例如：根据日产量需要，确定了夹送速度为1.5m/min，为确保良好的焊接效果取浸渍时间为3秒。因此，波峰焊接设备中钎料波峰必须能提供阔度为75mm的热交换区才行。

  不同的波峰焊机能提供的热交换区的宽度也是不同的，要获得所用机型的交换区长度的具体尺寸，通常采用带刻度的石英玻璃平板，模拟PCB夹送时浸入波峰的深度(通常称压锡深度)在波峰上实际测得。

  日本深山先生针对传送速度及焊料槽温度与焊接缺陷的关系的试验分析情况，汇总示于表1-4中。

  1.2. 夹送倾角

  从图1-7的分析中可知，当夹送倾角较大，PCB板对焊料波峰的进入点(A)向前下方移，PCB板在焊料流体的高速点开始受力并与波峰钎料接触，由于速度差的增大。在切入点的湍流和擦洗作用更加明显。这对进一步减少钎料薄层的大小、拉尖和桥连等均大有好处。Clogdef .Coombs指出焊料的靡擦特性约为30，因此把夹送装置倾斜40～90，有助于焊料更快地剥离使之返回波峰，目前公认的比较佳的倾角范围为60～80。

  1.3 波峰高度

  波峰焊接中，波峰高度的选择对波峰焊接效果也有一定的影响，波峰偏高时，表明泵内液态焊料的流速增大，雷诺数增大将使液态流体流速可能进湍流(紊流)状态，导致波峰不易稳定，钎料氧化明显加剧，基至溢流到PCB的上表面(元器件面)造成被焊件损坏，从焊点的润湿理论来分析，过高的波峰还可能会掩盖一些局部润湿不良所形成的焊接缺陷。我们知道良好的润湿和焊缝的填充性，取决于焊料的表面能和焊缝的毛细吸附现象来完成接合部的冶金过程，无论是金属化的穿孔焊盘或者是表面贴装的焊缝均必须是这样的。波峰过高时，焊料波峰中液压过高。润湿过程外力作用过大，干扰了正常的冶金过程。例如。当接合部存在着某些润湿不良现象时，此时焊缝的填充可能纯粹是靠外部压力将焊料压入的，这种焊缝从表面上看虽然也被焊料填充覆盖了，然而接合部可能未发生冶金过程，仅仅是一种机械粘附而已，这是一种典型的虚焊现象。

  波峰偏低时，泵内液态焊料液体流速低并为层液态，因而波峰跳动小、平稳，但对PCB板的压力也小了，上于焊缝的填充。

  日本井上 喜久雄针对FSO-300波峰焊接机给出了波峰高度、波峰焊料流速以及波峰焊料压力之间的函数关系，如图1-9所示。例如，当波峰高度为4.78mmHg，焊料流速为266mm/sec，而当波峰高度为8mm时，喷流压力下降为3.4mmHg，焊料流速为190mm/sec。

  一般波峰焊接机波峰高度可在0～10mm之间调节，最适宜焊接的波峰高度范围为6～8mm，我国电子行业标准SJ/T 10534-94规定“最佳波峰高度宜控制在7～8mm”。

  1.4. 压波深度

  压波深度通常也称为压锡深度，它是指PCB板经过波峰时浸入波峰的深度，如图1-10所示，浸入深度过大不仅波峰钎料易溢到PCB的上表面造成事故，而且还易产生桥连现象。浸入深度太浅，易发生局部漏焊现象，在工业应用中，PCB经过波峰时压波深度通常取PCB板厚的1/2～3/4之间。

  2.0 波峰焊焊料的污染及其控制

  2.1.污染的来源

  波峰焊接所使用的焊料规定要使用锡铅共晶合金(Sn63/Pb37)。焊料槽中的杂质主要是从浸入焊料槽中的被焊零部件引线及PCB焊盘上溶入的，在印制板波峰焊接中，这意味着只有有限的几种元素(铜、银和金)能够溶于钎料槽的焊料中。

  2.2. 污染的危害

  金属杂质对波峰焊接效果影响极大，杂质超标时对焊点性能的主要影响如下：

  铜：铜与锡可生成Cu3Sn、Cu6Sn5两种金属间化合物，使液态焊料呈砂性且流动性变差，焊点变黑。

  银：银与锡可生成AgSn、Ag3Sn两种金属间化合物，使焊料呈砂性被焊表面且出现疙瘩，焊点失去自然光泽，并出现白色颗粒状物。

  金：金与铅可生成Au2Pb、AuPb2金属间化合物，而与锡生成Au6Sn、AuSn、Au6Sn3和AuSn4等金属间化合物。很快使浮点变脆，并形成暗色的颗粒状轮廓线。

  金和铜起复合作用会很快破坏整个焊料槽中的焊料性能。

  对软焊料合金有害的污染物还有、铝、镁、锡和锌等，特别是锌，它是一种最有害的污染物，即使含量少到0.005％也会引起砂砾状、缺少附着力，甚至使焊点完全破坏，导致整槽钎料的报废。

  我国电子行业标准SL/T10534-94规定波峰焊焊料槽中焊料杂质金属的最高容限如表1-5所示。

  2.3 防污染的对策

  (1) 焊料槽中的焊料合金纯度对焊点质量和一致性影响极大。因此，为了获得好的质量和经济性，第一次向钎料槽中加注钎料时应选用纯度最高的钎料。美国工业部门根据多年的生产经验和工业生产中遇到的特殊问题，针对波峰焊接焊料的污染水平规定了一个粗略的指导原则，如表1-6所示：

  (1) 尽可能缩短焊接时间或降低焊接温度；

  (2) 遮蔽不要求焊接的金属表面(如使用阻焊膜)；

  (3) 用高纯度的焊料补充焊料槽中焊料的耗费；

   （4）禁用焊料的边角余数和滴落焊料(Drip Pings)重新加入焊料槽内(因从工件上滴落下的焊料中金属杂质含量高)；

  (5) 若已证明焊料污染是产生质量问题的主要原因时，必须整槽钎料完全更新，在更新过程中应用软毛刷槽清除粘于焊料槽壁上的任何非金属浮渣和原有的焊料，且不得用硬金属丝制成的刷子，以避免新的污染；

  (6) 铜锡化合物凝固温度比软焊料的熔点约高5℃～10℃，可把温度降到铜锡合金凝固点，再用特制的工具把铜锡结晶生成物舀出加以清除，此法虽不能把全部的杂质铜除掉，但作为一种权宜之计也是可以利用的。银也可采用上述清除杂质铜的方法将它清除掉。