無鉛焊接是為了適應(yīng)環(huán)保要求,現(xiàn)時所采用的錫鉛合金含有37%鉛,而鉛對環(huán)境有很大的污染,幫歐美日本等發(fā)達國家為保護環(huán)境,制定了相關(guān)法律,將于2004年年間逐步禁止含鉛電子產(chǎn)品的制造與銷售,取而代之的是無鉛焊料,幫無鉛焊接工藝已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢,代表示來電子行業(yè)的方向。
現(xiàn)時較為廣大廠家使用及認可的是錫銀銅三元合金,其熔點在217℃左右,頂峰溫度在240~250℃之間(視不同廠家錫膏不同成分有區(qū)別)無鉛焊料較之于有鉛焊料,缺點是熔點高、流動性差。
較高的熔點急劇地縮小了工藝窗口。熔點最低的鉛錫焊料的熔點為183℃,其完全液化溫度為205℃至215℃,而印刷電路板(PCB)的極限溫度為240℃至250℃。真正現(xiàn)存的工藝作量為25℃至45℃??墒?,最常用的無鉛焊料的熔點為216℃至220℃,其完全液化溫為225℃至235℃。由于PCB的極限溫度為240℃至250℃,工藝余量就縮小至5℃到25℃。如此狹窄的工藝余量要求回流焊爐子既具有很高的重復(fù)精度,以及內(nèi)有非常嚴密的電路板表面溫差△T。例如,如果工藝余量是10℃,并且PCB表面的溫差△T也是10℃,工藝操作的誤差邊界就為零。
除了較高的熔化溫度之外,大多數(shù)無鉛焊膏因其流動性差故需要一段較傳統(tǒng)焊膏的20秒至40秒更長的液化時間,通常為40秒至60秒。這導(dǎo)致了無鉛回流焊溫曲線與曲型鉛錫焊膏溫度曲線的差異。
最新的爐型將針對無鉛焊料的特性進行設(shè)計,包括改進爐體的加溫性能,使其擁有較快的加熱速度及較高的加熱極限,加強爐體均勻性及穩(wěn)定性,提高其加熱重復(fù)精度,及PCB受熱均性,在各獨立溫區(qū)尺寸減少的同時增加了回流焊溫區(qū)的數(shù)目,使其工藝控制調(diào)節(jié)的靈活性上升以滿中不同錫膏曲線急劇縮小的工藝窗口,助焊劑分離及回收裝置等加回流焊工藝技術(shù)適應(yīng)了IS14000環(huán)境保證體系對環(huán)境保護的要求,減少爐體廢棄物排放的同時并在大批量生產(chǎn)的情況下延長維護周期。
一、錫條在使用過程中,錫渣過多,如何處理?
1、對于波峰焊中所說的錫渣過多,首先要分清楚錫渣是否正常,一般情況下黑色粉末狀的錫渣是正常的,而豆腐狀的錫渣卻不正常。針對不正常的豆腐狀錫渣的產(chǎn)生原因有如下幾點:
①、主要原因是波峰爐設(shè)備的問題:目前市場上部分波峰爐的設(shè)計都不夠理想,波峰太高,峰臺過寬、雙波峰爐靠得太近以及選用旋轉(zhuǎn)泵而造成得。波峰太高,焊料從峰頂?shù)粝聛淼臅r候,溫度降低偏差比較大,焊料混合著空氣沖進錫爐中造成氧化和半溶解現(xiàn)象,導(dǎo)致錫渣的產(chǎn)生。旋轉(zhuǎn)泵沒有做好預(yù)防措施,不斷的把錫渣壓到爐中,回圈的連鎖反應(yīng)加激錫渣產(chǎn)生。
②、波峰焊的溫度一般都控制得比較低,一般為280℃±5℃(針對無鉛SN-CU0.7的錫條來說),而這個溫度是焊料過程之中所要求的最基本要達到的溫度,溫度偏低錫不能達到一個很好的溶解,間接造成錫渣過多。
③、人為的關(guān)系,在適當(dāng)?shù)臅r候加錫條也是很關(guān)鍵的,加錫條的最適當(dāng)時候是始終保持錫面和峰頂?shù)木嚯x要最短。
④、有沒有經(jīng)常清理錫渣,使峰頂?shù)粝聛淼暮稿a能盡快進入爐中,而不是留在錫渣上面,受熱不均勻,也會造成錫渣過多。
⑤、平時的清爐也是很關(guān)鍵,長時間沒有清爐,爐中的雜質(zhì)含量偏高,也是造成錫渣過多的原因之一。
※為解決波峰焊錫渣過多,含銅量超標(biāo)的原因,請定期清爐,大約每半年或一年換一次新錫較適宜。(換錫:即把波峰焊里的錫全部清出來,清洗干凈錫爐的每個部件,再裝上每個部件,加新的錫條即可)!
二、錫條在使用過程之中,錫面出現(xiàn)毛狀的錫渣造成線路板短路,如何解決?
1、錫面出現(xiàn)毛狀錫渣的情況是由于含銅量偏高,錫爐溫度不夠,銅的元素結(jié)晶出來,浮在錫面而表現(xiàn)出來的一種現(xiàn)象,只要把它撈干凈,溫度提高一些就可以解決。一般這種現(xiàn)象也被一些客戶利用來作為排除雜質(zhì)銅的一種方法。一般爐中含銅量過高的時候,會使整爐錫的熔點上升。
三、錫條在錫爐中通解后有氣泡產(chǎn)生,如何解決?
1、加錫條時不要弄濕錫條,這種情況氣泡產(chǎn)生的機會最大。
四、新爐的使用、加錫
方法1:將錫條豎放,嗎盡量放整齊,緊挨著熱管,錫條與發(fā)熱管接觸面積越大越好。
方法2、用手浸爐先將錫條熔化,再將熔化的錫慢慢加入波峰爐,加入波峰焊的錫液量至少為波峰爐的1/3,然后再配合方法1將波峰爐加滿。
五、波峰調(diào)校:水平標(biāo)準,波峰的高度與速度盡量調(diào)至最低,以接觸到PCB板的界限。
六、溫度調(diào)校:波峰焊的溫度一般控制在280度左右(無鉛錫條SN-CU0.7)。
七、清錫灰、清爐
1、發(fā)現(xiàn)爐面出現(xiàn)錫灰時一般直接用漏勺將其撈出即可
2、清爐:一般分大清、小清
大清:(即換錫)即把波峰焊里的錫全部清出來,清洗干凈錫爐的每個部件,再裝上每個部件,加新的錫條。
小清:將波峰爐內(nèi)的波峰部位全部拆開,將裹面的殘留錫清理干凈。
一、對于波峰焊中所說的錫渣過多,首先要分清楚錫渣是否正常,一般情況下黑色粉末狀的錫渣是正常的,而豆腐狀的錫渣卻不正常。針對不正常的豆腐狀錫渣的產(chǎn)生原因有如下幾點:
1、主要原因是波峰爐設(shè)備的問題:目前市場上部分波峰爐的設(shè)計都不夠理想,波峰太高,峰臺過寬、雙波峰爐靠得太近以及選用旋轉(zhuǎn)泵而造成得。波峰太高,焊料從峰頂?shù)粝聛淼臅r候,溫度降低偏差比較大,焊料混合著空氣沖進錫爐中造成氧化和半溶解現(xiàn)象,導(dǎo)致錫渣的產(chǎn)生。旋轉(zhuǎn)泵沒有做好預(yù)防措施,不斷的把錫渣壓到爐中,回圈的連鎖反應(yīng)加激錫渣產(chǎn)生。
2、波峰焊的溫度一般都控制得比較低,一般為280℃±5℃(針對無鉛SN-CU0.7的錫條來說),而這個溫度是焊料過程之中所要求的最基本要達到的溫度,溫度偏低錫不能達到一個很好的溶解,間接造成錫渣過多。
3、人為的關(guān)系,在適當(dāng)?shù)臅r候加錫條也是很關(guān)鍵的,加錫條的最適當(dāng)時候是始終保持錫面和峰頂?shù)木嚯x要最短。
4、有沒有經(jīng)常清理錫渣,使峰頂?shù)粝聛淼暮稿a能盡快進入爐中,而不是留在錫渣上面,受熱不均勻,也會造成錫渣過多。
5、平時的清爐也是很關(guān)鍵,長時間沒有清爐,爐中的雜質(zhì)含量偏高,也是造成錫渣過多的原因之一。
※為解決波峰焊錫渣過多,含銅量超標(biāo)的原因,請定期清爐,大約每半年或一年換一次新錫較適宜。(換錫:即把波峰焊里的錫全部清出來,清洗干凈錫爐的每個部件,再裝上每個部件,加新的錫條即可)!
二、錫條在使用過程之中,錫面出現(xiàn)毛狀的錫渣造成線路板短路,如何解決?
錫面出現(xiàn)毛狀錫渣的情況是由于含銅量偏高,錫爐溫度不夠,銅的元素結(jié)晶出來,浮在錫面而表現(xiàn)出來的一種現(xiàn)象,只要把它撈干凈,溫度提高一些就可以解決。一般這種現(xiàn)象也被一些客戶利用來作為排除雜質(zhì)銅的一種方法。一般爐中含銅量過高的時候,會使整爐錫的熔點上升。
三、錫條在錫爐中通解后有氣泡產(chǎn)生,如何解決?
加錫條時不要弄濕錫條,這種情況氣泡產(chǎn)生的機會最大。
四、新爐的使用、加錫
方法1:將錫條豎放,嗎盡量放整齊,緊挨著熱管,錫條與發(fā)熱管接觸面積越大越好。
方法2、用手浸爐先將錫條熔化,再將熔化的錫慢慢加入波峰爐,加入波峰焊的錫液量至少為波峰爐的1/3,然后再配合方法1將波峰爐加滿。
五、波峰調(diào)校:水平標(biāo)準,波峰的高度與速度盡量調(diào)至最低,以接觸到PCB板的界限。
六、溫度調(diào)校:波峰焊的溫度一般控制在280度左右(無鉛錫條SN-CU0.7)。
七、清錫灰、清爐
1、發(fā)現(xiàn)爐面出現(xiàn)錫灰時一般直接用漏勺將其撈出即可
2、清爐:一般分大清、小清
大清:(即換錫)即把波峰焊里的錫全部清出來,清洗干凈錫爐的每個部件,再裝上每個部件,加新的錫條。
小清:將波峰爐內(nèi)的波峰部位全部拆開,將裹面的殘留錫清理干凈。
保溫段是指溫度從120℃-150℃升至焊膏熔點的區(qū)域。其主要目的是使SMA內(nèi)各元件的溫度趨于穩(wěn)定,盡量減少溫差。應(yīng)注意的是SMA上所有元件在這一段結(jié)束時應(yīng)具有相同的溫度,否則進入到回流段將會因為各部分溫度不均產(chǎn)生各種不良焊接現(xiàn)象。
在這個區(qū)域里給予足夠的時間使較大元件的溫度趕上較小元件,并保證焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)。到保溫段結(jié)束,焊盤、焊料球及元件引腳上的氧化物被除去,整個電路板的溫度達到平衡
波峰焊設(shè)備發(fā)明至今已有50多年的歷史了,在通孔元器件電路板的制造中具有生產(chǎn)效率高和產(chǎn)量大等優(yōu)點,因此曾經(jīng)是電子產(chǎn)品自動化大批量生產(chǎn)中最主要的焊接設(shè)備。但是,在其應(yīng)用中也存在有一定的局限性:
1、焊接參數(shù)不同。
同一塊線路板上的不同焊點因其特性不同(如熱容量、引腳間距、透錫要求等),其所需的焊接參數(shù)可能大相徑庭。但是,波峰焊的特點是使整塊線路板上的所有焊點在同一設(shè)定參數(shù)下完成焊接,因而不同焊點間需要彼此“將就”,這使得波峰焊較難完全滿足高品質(zhì)線路板的焊接要求;
2、在實際應(yīng)用中比較容易出現(xiàn)問題。
*熱沖擊過大時容易造成整塊線路板變形,從而使線路板頂部的元器件焊點開路
*雙面混裝電路板上焊好的表貼器件可能出現(xiàn)二次熔化
*焊好的熱敏器件(電容,LED等)容易因溫度過高而損壞
*為防止上述情況的發(fā)生而使用的工裝夾具容易形成焊接陰影進而造成冷焊
3、運行成本較高。
在波峰焊的實際應(yīng)用中,助焊劑的全板噴涂和錫渣的產(chǎn)生都帶來了較高的運行成本;尤其是無鉛焊接時,因為無鉛焊料的價格是有鉛焊料的3倍以上,錫渣產(chǎn)生所帶來的運行成本增加是很驚人的。此外,無鉛焊料不斷熔解焊盤上的銅,時間一長便會使錫缸中的焊料成分發(fā)生變化,這需要定期添加純錫和昂貴的銀來加以解決;
4、維護與保養(yǎng)麻煩。
生產(chǎn)中殘余的助焊劑會留在波峰焊的傳送系統(tǒng)中,而且產(chǎn)生的錫渣需要定期清除,這些都給使用者帶來較為繁復(fù)的設(shè)備維護與保養(yǎng)工作;
5、線路板設(shè)計不良給生產(chǎn)帶來一定的困難。
有些線路板在焊接時,由于設(shè)計者沒有考慮到生產(chǎn)實際情況,無論我們設(shè)定什么樣的波峰焊參數(shù)和采用各種夾具,焊接效果總是難以讓人完全滿意(例如,某些關(guān)鍵部位總是存在透錫不良或橋連等缺陷)。波峰焊后不得不進行補焊,從而降低了產(chǎn)品的長期可靠性。
一種波峰焊/回流焊專用PLC實時多任務(wù)控制方法,其特征在于:其將控制任務(wù)劃分為溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù)、通訊任務(wù)和邏輯控制任務(wù)三部分,其中,溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù)處理的是采集波峰焊/匯流焊工藝的現(xiàn)場溫度,并將采集到的現(xiàn)場溫度與溫度設(shè)定值進行聯(lián)合計算,然后將計算結(jié)果輸出至相應(yīng)的輸出端口;通信任務(wù)處理的是和外部設(shè)備的通訊請求;邏輯控制任務(wù)處理的是波峰焊/回流焊工藝所需的處理程序,其控制方法包括有如下步驟:
1、系統(tǒng)初始化;
2、創(chuàng)建邏輯控制任務(wù),并將其壓入就緒任務(wù)隊列;
3、檢測系統(tǒng)的采樣定時器,如采樣定時器的時間大于或等于所預(yù)設(shè)的采樣時 間,則創(chuàng)建溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù)并將其壓入就緒任務(wù)隊列,然后執(zhí)行步驟(4),如采樣定時器的時間小于所預(yù)設(shè)的采樣時間,則直接執(zhí)行步驟(4);
4、檢查就緒任務(wù)隊列中是否有溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù),如有溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù),則繼續(xù)步驟(5),如沒有溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù),則繼續(xù)步驟(6);
5、執(zhí)行該溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù),如在分配的系統(tǒng)時間片內(nèi)完成溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù),則復(fù)位系統(tǒng)的采樣定時器后返回步驟(3),如在分配的系統(tǒng)時間片內(nèi)未完成溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù),則掛起該溫度曲線調(diào)節(jié)算法任務(wù)后返回步驟(3);
6、檢查就緒任務(wù)隊列中是否有通訊任務(wù),通訊任務(wù)由外部設(shè)備發(fā)起的通訊請求而創(chuàng)建,通訊任務(wù)一旦創(chuàng)建,就會壓入就緒任務(wù)隊列,如有通訊任務(wù),則繼續(xù)步驟(7),如沒有通訊任務(wù),則執(zhí)行步驟(8);
7、執(zhí)行該通訊任務(wù),如在分配的系統(tǒng)時間片內(nèi)完成通訊任務(wù),則直接返回步驟(3),如在分配的系統(tǒng)時間片內(nèi)未完成通訊任務(wù),則掛起該通訊任務(wù)后返回步驟(3);
8、執(zhí)行邏輯控制任務(wù),如在分配的系統(tǒng)時間片內(nèi)完成邏輯控制任務(wù),則返回執(zhí)行步驟(2),如在分配的系統(tǒng)時間片內(nèi)未完成邏輯控制任務(wù),則掛起該邏輯控制任務(wù)后返回執(zhí)行步驟(3)。