专家指南：排查PCB波峰焊问题

跳转至： 什么是波峰焊？ | 波峰焊缺陷与对策

什么是波峰焊？

波峰焊是印刷电路板(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。该工艺因每块板经过的一波焊锡而得名。使用焊锡波而非单个焊点产生机械和电气可靠的焊点。

波峰焊工艺对传统通孔PCB组装方法和较新的表面贴装方法均有效。

那么波峰焊机里有什么，流程如何工作？

核心上，标准波峰焊机从一个组件开始：一个维持在特定焊接工艺所需温度的加热焊锡槽。槽内，技术人员建立一波焊锡，然后将每块PCB通过槽，使焊锡波顶部刚好接触PCB底部。

设计师在设计将要波峰焊的印刷电路板时需要注意两个主要问题。

• 焊盘间距： 如果需要焊接的焊盘太近，液态焊锡可在它们之间流动。不仅两个连接焊盘短路，甚至整个PCB短路是结果。

• 阻焊层： 印刷电路板上有阻焊层不像过去那样是大问题，因为阻焊层是蓝图标准做法。仍然，复查阻焊层或阻焊层是否为PCB蓝图一部分总是好事，有助于防止不幸事故。

一旦待焊板检查完焊盘间距和阻焊层，该涂覆助焊剂了。助焊剂帮助确保板上需焊接区域清洁无氧化。涂覆助焊剂有两种不同方式，取决于情况。

• 喷雾助焊剂，可作为细雾喷涂，随后用压缩空气喷射去除多余部分。
• 泡沫助焊剂，从常规助焊剂槽涂覆到板上。一个带微孔塑料圆筒浸入助焊剂槽。圆筒充分浸没后，金属烟囱可装在其顶部。空气随后强制通过圆筒使泡沫从烟囱升起。PCB底部可涂覆此泡沫助焊剂。

处理完板底面助焊剂后，该预热板了。由于波峰焊工艺中焊锡施加方式，波峰焊印刷电路板承受巨大热量——远多于手工焊接。无预热，电路板可能因热冲击出现各种焊接缺陷。

为最大程度减少热冲击机会，需波峰焊的板必须缓慢加热至所需温度。

如果未预热，波峰焊板可能发生哪些缺陷？

波峰焊缺陷与对策

波峰焊工艺涉及机械并不意味着它比手工焊接每个接头更不易出错。无论您用焊锡槽还是手工烙铁，都需像对待精密科学一样对待焊接，仔细控制焊接位置和内容。

否则，您将得到下列几种焊接缺陷：

1. 孔填充不足

孔填充不足是预钻元件安装孔的印刷电路板上发生的问题。本质上，孔填充不足发生在为元件钻的孔中焊锡填充量不足，意味着焊锡冷却后不会粘在电路板上。孔填充不足有几个原因：

• 助焊剂涂覆不正确且未穿透板，意味着焊锡未激活，无法正确结合元件。

• 板顶面温度不够高，无法使焊锡熔化以便上升通过孔。

• 板在焊锡波中浸入不够。如果板与波接触不足，太少焊锡被推入通孔。

修复这些问题的最佳方法是进行另一系列预焊检查。检查您使用的助焊剂类型，并确保有足够体积覆盖整个PCB。此步骤也将有助于第二个问题：预热不足。

由于焊锡流向热，如果您PCB通孔不在正确温度，焊锡流动不畅。虽然“正确”温度取决于您公司运营标准，但经验法则在300至340华氏度之间，约150至170摄氏度。

整个组件需在板接触波前达到此温度。如果您不确定通孔是否达到正确温度，拍个波峰焊工艺温度曲线——它应与您板的回流工艺完全相似或非常相似。

拍波峰焊工艺温度曲线时，您也可检查板高度——即任一时刻有多少板暴露于波中。尝试让至少一半板厚在焊锡波中运行，这将允许波的静水压力将焊锡推入通孔。

2. 元件翘起

元件翘起，也称碑立，是焊接过程中从板上升起的元件。碑立有几个常见原因，包括：

• 引脚长度不正确，进入焊锡浴时导致元件从板翘起。
• 尝试对柔性PCB进行波峰焊，板弯曲而其余元件保持平坦，导致它们翘离板。
• 使用对焊锡类型和温度有不同要求的元件。

修正不正确引脚长度，看看您用什么引脚。如果引脚太长，撞击焊锡浴可将它们推出通孔。修正此点，可增加波内浸没时间，这应减轻引脚热需求并让它们稳定下来。

纠正PCB弯曲或其他柔性相关问题，复查您用什么类型PCB及其热公差。大连接器和大IC封装或插座常见板弯曲。从一开始就弯曲的PCB（如塑料）不应波峰焊，因为焊锡波可导致塑料弯曲并将元件从板翘起。

最后，检查完板热公差后，检查所有元件热公差。具有不同温度要求或引脚可焊性温度的元件也可在接触波时翘起，因为一些元件焊下，而过量热推开其他元件。确保您使用的所有元件有相同要求，应有助于防止那些问题。

3. 过量焊锡

过量焊锡是板通过波峰焊槽时焊锡堆积的结果。虽然这仍最终在板和相关元件间建立电气连接，但对您或其他查看板的人很难确切知道焊锡内部发生什么。

您连接上可能有太多焊锡的几个原因：

• 同类型元件朝不同方向
• 设计过程中引脚长度不正确
• 传送带运行太快

第一个原因修复简单。确保单一类型所有元件——如所有电池——进入波槽时朝同一方向。所以，如果一个元件进入时面“朝外”，该类型所有其他元件也应朝那方向。

修正引脚突出——由设计过程中不正确引脚长度引起——也可帮助预防过量焊锡。如果引脚太长，焊锡可堆积在其上变得过量。解决此，决定不延伸太远超出焊盘表面的引脚长度。例如，NASA用2.29mm引脚长度——仅足够伸出焊盘以便焊接。

如果您元件都朝同向且焊锡长度精确，可能需要降低传送带速度。传送带太快可能导致元件通过焊锡槽时波峰接连倾倒在板元件上。此问题最简单修复是与项目经理讨论可接受传送带速度。

4. 焊锡球

焊锡球可在波峰焊过程中小块焊锡重新附着到PCB上——特别是靠近引脚处——时发生。常见焊锡球原因包括：

• 槽中焊锡温度太高。
• 焊锡脱离板时落回波中，导致过量焊锡溅回板上。
• 加热助焊剂释放气体导致液态焊锡吐回板上。

修复一般焊锡球问题最佳方法在PCB设计本身。当挑选PCB设计用阻焊层时，尝试找最小几率允许焊锡附着的那种。选择最佳阻焊层可帮助使板设计更稳健。

由加热助焊剂气体引起的焊锡球通常源于波峰焊槽周围空气过量回流或环境中氮下降。检查多少空气流入焊锡槽，以及焊锡槽环境中氮含量。密切关注两者将有助于缓解加热助焊剂反弹引起的焊锡球问题。

焊锡落回波中有几个原因：助焊剂中是否仍有挥发性材料、焊锡波多高等。获取问题根源最佳方法是用白卡覆盖波顶运行焊锡波，但无板处理。用几块测试板通过波运行相同测试，对比结果。

5. 焊锡尖

焊锡尖是从引脚末端戳出的小焊锡突起。虽然它们仍允许您与板上其他元件形成正确电气连接，但它们指示助焊剂涂覆不当和焊锡从板排出问题。

焊锡尖常见原因包括：

• 波峰焊机焊锡从波慢排出，在引脚留下过量焊锡，排出时向一侧“尖”出。

• 像须状焊锡轨迹——通常是助焊剂涂覆不当结果。

• 焊锡引脚不当存储，导致氧化您的焊锡无法轻易润湿。

慢排出通常由焊锡波与板分离间控制不良引起。大多数情况下，因焊锡波回流未正确设置——确保您设为“λ”型波。如果您焊锡波回流设置正确，焊锡将以相同速度和方向随板分离时流动。如需要，可稍微跑快。然而，跑慢或完全不跑将增加焊锡尖/刺。

氧化可因不当切割或存储引脚导致。如果引脚非内部切割，检查供应商如何切割引脚。裸露切割端可导致引脚氧化，特别是长期存储时。如果您车间内部切割引脚，您对切割和存储方式及存储时长有更多控制。所有三因素使引脚暴露于氧化，使其焊锡波时更难润湿焊锡。

需要PCB设计帮助？信赖Millennium Circuits Limited

如果您寻找下个PCB项目设计帮助，无需再找，Millennium Circuits Limited是您最佳选择。发送您PCB文件，我们将进行完整可制造性设计检查，查找制造过程中可能出现的缺陷或问题。我们PCB文件检查服务优势包括：

• 易读报告显示制造前缺陷和错误。
• 确保您有构建板所需数据和必要文件。
• 帮助避免下单后延误。
• 含PCB价格报价的报告。

如果您准备提交文件检查，只需填写我们PCB文件检查表。不确定下一步做什么？随时联系我们：支持团队乐意讨论您可能有的任何问题。