PCBA波峰焊(wave soldering)技術(shù)介紹

電子業(yè)早期在SMT（Surface Mount Technology，表面黏著技術(shù)）還沒發(fā)達(dá)之前，所有的PCBA組裝電路板幾乎都要經(jīng)過(guò)這種波峰焊接的制程(wave soldering)以達(dá)到電子零件焊接于電路板的目的。之所以稱之為「波峰焊接」是因?yàn)樗附訒r(shí)需要使用一整桶的錫爐，錫爐內(nèi)會(huì)加熱到足以融化錫條的溫度并形成熔融的錫液，這些錫液有時(shí)候通常看起來(lái)就像湖水一般，有時(shí)候又可以在上面制造波浪，而電路板就像艄舢舨一樣從其湖水或波浪的表面滑行而過(guò)，讓錫液沾附在電子零件與電路板之間，冷卻后焊錫就會(huì)將電子零件焊接于電路板上。
隨著工業(yè)技藝的日新月異，大部分電子零件也都越做越小了，并且可以符合SMT回流焊接的要求（如小尺寸零件以及耐回流高溫），所以現(xiàn)今大部分的電路板都已經(jīng)舍棄了這種傳統(tǒng)的波峰焊制程，既使有些無(wú)法縮小尺寸的零件，但只要其材料耐溫可以達(dá)到SMT回流焊的要求，也可以采用paste-in-hole 制程使用回流焊爐來(lái)達(dá)成焊接的目的。話雖如此，但還是有少數(shù)的電子零件依然達(dá)不到SMT制程的需求，所以在某些情況下還是得使用這這種需耗費(fèi)大量焊錫的制程。
PCBA波峰焊接流程
現(xiàn)在就大概來(lái)講解一下波峰焊(wave soldering)的制程，波峰焊的制程基本分成四大部份：
第一部份為助焊劑添加區(qū)((Flux Zone)
使用助焊劑的目的是為了為了提升零件焊接的品質(zhì)，因?yàn)殡娐钒?、電子零件，甚至錫液都有機(jī)會(huì)因儲(chǔ)存及使用環(huán)境而受到一些污染，以致造成氧化影響焊接品質(zhì)，而助焊劑的主要功能就在去除金屬表面的氧化物及臟東西，而且在高溫作業(yè)時(shí)更可以在金屬的表面形成薄膜以隔絕空氣，讓焊錫不易氧化?？墒鞘褂貌ǚ搴附又瞥桃欢ǖ檬褂萌廴诘腻a液來(lái)當(dāng)作焊接的媒介，既然是錫液，那么溫度一定得高于焊錫的熔點(diǎn)溫度才行，以目前的SAC305無(wú)鉛焊錫的溫度大約在217C，一般的助焊劑是無(wú)法長(zhǎng)期留存在這樣的溫度之下，所以如果想添加助焊劑就必須要在電路板經(jīng)過(guò)錫液以前先涂抹。
一般涂抹助焊劑的方式有兩種，一種使用發(fā)泡助焊劑，當(dāng)電路板經(jīng)過(guò)助焊劑區(qū)時(shí)就會(huì)沾附在電路板上，這個(gè)方式的缺點(diǎn)是助焊劑往往無(wú)法均勻的涂布到電路板上，造成沒有助焊劑的部位焊接不良；第二種方法使用噴涂的方式，噴嘴設(shè)置在鏈條的下方，當(dāng)電路板經(jīng)過(guò)時(shí)由下往上噴涂，這種方式有個(gè)缺點(diǎn)，就是助焊劑會(huì)穿過(guò)電路板的縫隙，差的可能會(huì)直接污染電路板正面的零件，甚至滲透到部份零件的內(nèi)側(cè)，形成日后品質(zhì)不穩(wěn)的不定時(shí)炸彈，要不就是會(huì)殘留在波峰焊機(jī)器的頂部，如果沒有定時(shí)清理，當(dāng)助焊劑累積到一定重量后就會(huì)滴落，一大坨直接污染到電路板的正面。
回流焊制程的錫膏內(nèi)也摻雜有助焊劑喔！只是一般我們不易察覺而已。
 
第二部份為預(yù)熱區(qū)(Pre-Heating Zone)
就如同SMT制程一般，波峰焊制程也需要預(yù)熱電路板，這是為了降低電路板變形，避免有些零件內(nèi)部潮濕，加熱太快容易造成爆米花等缺失。
就如果煮白蛋一樣，如果先把水加熱到沸騰后，直接把生雞蛋放進(jìn)去煮，雞蛋一定會(huì)破掉，而且擠出蛋白。想要煮出一顆完美的水煮蛋，就要把雞蛋先丟要冷水中，然后一起煮沸。
 
第三部份為焊接區(qū)(Soldering Zone)
這里會(huì)有一大桶加熱熔融的錫槽，所以才會(huì)被稱為「錫爐」，它真的就是把一大堆的錫條丟到槽子內(nèi)然后加熱融化成為錫液，所以這個(gè)制程需要耗費(fèi)相當(dāng)多的錫材。既然是液態(tài)的錫，所以就可以依照液體的特性制作出各種錫面來(lái)符合焊錫的需要。
一般來(lái)說(shuō)錫爐內(nèi)的錫槽會(huì)再被分成兩槽，第一槽稱為擾流波，第二槽稱為平流波，這兩個(gè)錫槽各有不同的功用，在大部分的情況下只會(huì)開啟平流波：
擾流波(Chip Wave)
利用馬達(dá)翻攪錫液，形成類似噴泉的效果，其主要用途在焊接SMD的零件，因?yàn)镾MD零件一般密密麻麻分布在電路板的各個(gè)區(qū)域，而且還有大有小，有高有低，因?yàn)殡娐钒宓男袆?dòng)類似舢舨滑行，是想舢舨底下如果有個(gè)大物件，滑行時(shí)大物件的后面就會(huì)形成所謂的「陰影效應(yīng)」，錫液也是如此，如果沒有翻騰錫液就無(wú)法讓其接觸到這些陰影下面的零件或焊點(diǎn)，就會(huì)造成空焊的問題?？墒蔷鸵?yàn)殄a液永遠(yuǎn)在翻滾，所以其焊接的效果有時(shí)候不夠均勻，有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)焊接架橋的情形，所以在擾流波的后面一般都還會(huì)在加開平流波。
平流波
就有點(diǎn)類似靜止的水面，它可以有效的消除前面「擾流波」所產(chǎn)生的一些毛刺及焊接架橋短路的問題。另外平流波對(duì)于傳統(tǒng)通孔元件(長(zhǎng)腳伸出電路板)的焊接效果也非常好，如果波峰焊接時(shí)僅有通孔元件，就可以把擾流波關(guān)掉，用平流波就可以完成焊接。
 
第四部份為冷卻區(qū)(Colling Zone)
此區(qū)域一般使用冷卻風(fēng)扇在錫爐的出口處，負(fù)責(zé)將剛剛經(jīng)過(guò)高溫錫液的電路板冷卻，因?yàn)楹竺婢o接著要做一些焊接整理及修復(fù)的動(dòng)作。一般過(guò)錫爐的電路板不會(huì)使用快速冷卻設(shè)備，可能是因?yàn)榇蟛糠质莻鹘y(tǒng)的通孔元件或是較大的SMD零件吧！
 
有些波峰爐的后面還會(huì)都加一個(gè)清洗的制程，因?yàn)檫€是有些電路板會(huì)走清洗制程。