PCB波峰焊问题指南
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什么是波峰焊？
波峰焊是印刷电路板或 PCB 批量制造过程中使用的一种焊接工艺。波峰焊工艺允许制造商快速可靠地焊接大型印刷电路板。该过程的名称来自每块电路板通过的焊料波。使用波峰焊而不是单个焊点可以产生机械和电气可靠的焊点。
波峰焊工艺对传统的PCB组装通孔方法和较新的表面贴装方法都有效。
那么波峰焊机里有什么，这个过程是如何工作的呢？
在其核心，标准波峰焊机从一个组件开始：一个加热的焊料罐，它保持在正在进行的特定焊接过程所需的温度。在槽内，技术人员设置波峰焊，然后将每块 PCB 穿过槽，因此波峰焊的顶部恰好与 PCB 的底部接触。
在设计将要进行波峰焊的印刷电路板时，设计人员需要注意两个主要问题。
- 焊盘间距： 如果需要焊接的焊盘靠得太近，液态焊料会在它们之间流动。结果不仅是两个连接的焊盘短路，而且可能是整个 PCB 短路。
- 阻焊： 在印刷电路板上涂一层阻焊层不再像过去那样成为问题，因为阻焊层在蓝图中是标准做法。尽管如此，仔细检查阻焊层或阻焊层是 PCB 蓝图的一部分始终是一件好事，有助于防止不幸的事故发生。
一旦检查了要焊接的电路板的焊盘间距和一层阻焊剂，就可以使用助焊剂了。助焊剂有助于确保需要焊接的电路板区域清洁且无氧化。根据具体情况，有两种不同的助焊剂应用方式。
- 助焊剂喷雾，可以以细雾的形式使用，然后喷射压缩空气以去除多余的部分。
- 泡沫助焊剂，从常规助焊剂罐中涂敷到电路板上。一个带有小孔的塑料圆柱体浸没在助焊剂罐中。一旦圆柱体完全浸入水中，就可以在其顶部安装一个金属烟囱。然后可以强制空气通过气缸，使泡沫通过烟囱上升。然后可以在 PCB 底部涂上这种泡沫助焊剂。
一旦你用助焊剂处理了电路板的底部，就该预热电路板了。由于焊料作为波峰焊过程的一部分应用的方式，已经波峰焊的印刷电路板会承受大量的热量——远远超过手动焊接的温度。如果不进行预热，电路板最终会出现各种不同类型的焊接缺陷——所有这些都是由于热冲击造成的。
为了最大限度地减少热冲击的机会，需要波峰焊的电路板必须缓慢加热到所需的温度。
波峰焊板不预热会出现哪些缺陷？
波峰焊缺陷和补救措施
仅仅因为波峰焊过程中涉及到机器并不意味着它比手工焊接每个接头更不容易出错。无论您使用的是焊锡槽还是手烙铁，您都需要像对待精确科学一样对待焊接，仔细控制焊接的位置和内容。
否则，您将遇到以下几种焊接缺陷中的任何一种：
- 孔填充不足
孔填充不足是印刷电路板上出现的问题，该印刷电路板上带有用于将元件安装到板上的预钻孔。从本质上讲，当为组件钻出的孔中填充的焊料量不足时，就会发生孔填充不足，这意味着一旦冷却，焊料就不会粘在电路板上。填孔不足有几个原因：
- 助焊剂使用不正确，没有穿透电路板，这意味着焊料没有激活，无法正确粘合组件。
- 电路板顶部的温度不足以使焊料熔化，因此它可以通过孔上升。
- 焊锡波中的电路板不够。如果没有足够的电路板与波接触，则将太少的焊料向上推入通孔。
解决这些问题的最佳方法是进行另一系列的焊前检查。检查您使用的助焊剂类型，并确保有足够的量来覆盖整个 PCB。这一步也有助于解决第二个问题：预热不足。
由于焊料会流热，如果 PCB 的通孔温度不正确，焊料也不会流动。虽然“合适”的温度取决于贵公司的运营标准，但一般的经验法则是在 300 到 340 华氏度之间，或大约 150 到 170 摄氏度。
整个组件需要在之前达到这个温度 板与波浪接触。如果您不确定您的通孔是否达到了正确的温度，请查看波峰焊工艺的概况——它应该与您电路板的回流工艺完全相似或非常相似。
当您对波峰焊工艺进行概要分析时，您还可以检查您的电路板高度——即任何时候有多少电路板暴露在波峰中。尝试让至少一半的板厚在任何时候都在焊料波中运行，这将允许波的静水压力将焊料向上推入通孔。
- 提升的组件
抬起的组件，也称为墓碑，是在焊接过程中从板上抬起的组件。造成墓碑的常见原因有以下几种：
- 引线长度不正确，这会导致元件在进入焊槽时从板上抬起。
- 尝试在柔性 PCB 上执行波峰焊，这会弯曲，而其余组件保持平坦，导致它们从板上抬起。
- 使用对焊料类型和温度有不同要求的组件。
要修复不正确的引线长度，请查看您使用的引线。如果您的引线太长，撞击焊料槽会将它们推出通孔。要解决此问题，您可以增加波中浸泡时间，这应该会减少对引线的热需求并让它们稳定下来。
要纠正 PCB 的弯曲或其他与弯曲相关的问题，请仔细检查您使用的 PCB 类型及其热容差。板弯曲在大型连接器和大型 IC 封装或插座上很常见。从一开始就弯曲的 PCB（例如塑料）不应进行波峰焊，因为波峰焊会导致塑料弯曲并将组件从电路板上提起。
最后，一旦您检查了电路板的热容差，请检查所有组件的热容差。具有不同温度要求或引线可焊性温度的组件在接触波时也会升高，因为一些组件会焊接下来，而过多的热量会将其他组件推开。确保您使用的所有组件都具有相同的要求，这应该有助于防止此类问题。
- 焊锡过多
过多的焊料是您的电路板在通过波峰焊槽时焊料堆积的结果。虽然这最终仍然会在电路板和相关组件之间建立电气连接，但对于您或其他正在查看电路板的人来说，很难准确地判断焊料内部发生了什么。
连接上的焊料过多可能有多种原因：
- 相同类型的组件面对不同的方向
- 在设计过程中使用不正确的引线长度
- 传送带运行过快
第一个原因是一个足够简单的修复。确保一种类型的所有组件（例如，所有电池）在进入波槽时朝向相同的方向。因此，如果一个组件在进入时朝向“远离”水箱，则该类型的所有其他组件也应朝向该方向。
修复由设计过程中不正确的引线长度引起的引线突起也有助于防止焊料过多。如果引线太长，焊料会聚集在它上面并变得过多。要解决此问题，请确定不会超出焊盘表面太远的引线长度。例如，NASA 使用 2.29 毫米的引线长度——刚好足以粘过焊盘进行焊接。
如果您的组件都面向相同的方向并且您的焊料长度精确，您可能需要放慢传送带的速度。当传送带通过焊槽时，传送带可能会导致电路板组件上的焊料一波又一波地倾倒。解决此问题的最简单方法是与您的项目经理讨论可接受的传送带速度。
- 焊球
当少量焊料重新附着在 PCB 上时（特别是在引线附近），可能会发生焊球，因为它通过波峰焊工艺。造成焊球的常见原因包括：
- 槽内焊锡温度过高。
- 焊料在与电路板分离时落回波中，这可能导致多余的焊料溅回电路板上。
- 加热助焊剂释放的气体会导致液态焊料喷回到电路板上。
解决一般焊球问题的最佳方法是 PCB 本身的设计。当需要挑选您在 PCB 设计中使用的阻焊层时，首先要尝试找到最不可能让焊料粘附在其上的阻焊层。通过为您的设计选择最佳阻焊层，您可以帮助您的电路板设计更加稳健。
由加热助焊剂产生的气体引起的焊球通常源于波峰焊槽周围空气中的过度回流，或环境中存在的氮含量下降。检查有多少空气流入焊料槽，以及焊料槽环境中存在的氮气量。密切注意这两种情况将有助于缓解由加热助焊剂反弹引起的焊球问题。
焊料可能会回落到波中的原因有几个：助焊剂中是否仍有挥发性物质，焊波的高度等。找出问题根源的最佳方法是运行焊波波浪顶部的白卡，但没有任何电路板处理。用几块测试板进行相同的测试，并比较结果。
- 焊接标志
焊锡旗是从引线末端伸出的小焊锡突起。尽管它们仍然允许您与板上的其他组件形成正确的电气连接，但它们表明助焊剂应用不当以及焊料如何从板上排出的问题。
焊锡标志的常见原因包括：
- 焊料从波峰焊机中缓慢排出，在引线上留下过多的焊料，在排出时会“标记”到一侧。
- 看起来像晶须的焊锡痕迹——通常是由于助焊剂使用不当造成的。
- 焊锡引线存放不当，这会导致焊锡不易附着氧化。
排液缓慢通常是由于焊波与电路板的分离控制不佳造成的。在大多数情况下，这是因为焊接波的回流设置不正确——确保您的回流设置为“lambda”式波。如果您的焊锡波回流设置正确，当它与波分离时，焊料将以与电路板相同的速度和相同的方向流动。如果需要，您可以稍微快一点地运行它。但是，缓慢运行或根本不运行会增加焊锡旗/尖峰。
氧化可能是由于不当切割或存储引线造成的。如果您的潜在客户不是内部切割的，请咨询您的供应商，了解他们是如何切割潜在客户的。裸露的末端会导致您的引线氧化，特别是如果它们存放很长时间。如果您的商店在内部切割潜在客户，您可以更好地控制它们的切割和存储方式，以及它们在存储中的保留时间。所有这三个因素都会使引线容易氧化，从而在通过波峰时更难被焊料润湿。
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