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摘要：本文介绍了WSM3000波峰焊机结构及波峰焊工艺技术，进行了焊接质量主要缺陷的分析，并分别从焊接前PCB质量及元器件的预处理、波峰焊接过程中焊接材料的质量控制及焊接过程中生产工艺参数的调整等方面探讨了提高波峰焊接质量的有效措施及方法。
关键词：波峰焊 PCB 焊接缺陷 焊接质量 方法
1 波峰焊技术工艺简介
波峰焊是将熔融的液态焊料，借助于泵的作用，在焊料槽的液面形成特定形状的焊料波，插装好元器件的印制电路板置于轨道上，以某一特定的爬升角度和一定的浸入深度通过焊料波峰，焊接面与波峰相接触，从而实现印制板上所有需要焊接的焊点一次性全部焊接的过程。波峰焊主要适用于通孔插装印制电路板单装工艺以及表面组装与通孔插装混装工艺的焊接。波峰焊作为第三代焊接技术，目前在电子制造领域仍发挥着重要的作用。
实现波峰焊的设备称为波峰焊机。我单位使用的是WSM3000波峰焊机，其主要结构是入板导轨、钛爪传送带、助焊剂喷雾装置、预热装置、双波峰锡炉、电气控制系统、助焊剂添加装置、线路板前接驳装置、喷雾调节装置、助焊剂回收装置、波峰高度调节装置、双波峰焊锡喷口、双波峰焊接装置、调节传送带倾斜度轮、洗钛爪气雾装置、冷却装置。波峰焊机工艺流程是已插好件的PCB——进入导轨——喷涂助焊剂——预热——双波峰焊接——冷却——已焊接PCB。
2 WSM3000波峰焊机焊接缺陷分析
在WSM3000波峰焊机焊工作过程中，出现了一些焊接质量缺陷问题，下面对主要缺陷进行分析。
2.1 焊点不饱满
原因分析：①可能由于助焊剂的喷涂量有些少，使焊点的可焊性有所降低；②PCB 预热和焊接温度过高，使焊料的黏度过低，吸附到焊点的能力降低；③预热温度不好，温度过低不易沾锡；④导轨传送速度过快，焊锡未充分浸润，形成不了饱满的焊点；⑤焊锡波峰不平稳，浸润不好，造成有些焊点不饱满；⑥PCB 爬坡角度偏小，当焊锡波峰接触焊接面时，不利于焊剂排气，造成焊点不饱满；⑦元件引脚或焊盘氧化，可焊性变差，不易沾锡；⑧插装元器件引脚细焊盘相对大，焊料被张力拉到焊盘上，造成焊点干瘪；⑨锡锅内焊锡有较多浮渣，影响形成饱满焊点；⑩双波峰的“湍流波”和“平稳波”高度偏低，接触焊点面积小，形成不了饱满的焊点。
2.2 焊点锡量过多
原因分析：①可能由于轨道输送PCB的倾角过小，使得焊点沾锡过厚；②焊接温度过低或钛爪传送带传送速度过快导致焊接时间太少，使焊料的黏度過大，致使多余的焊锡回落不到锡槽；③预热温度不够，PCB沾锡时吸热，致使实际焊接温度降低，焊料黏度增大；④助焊剂的比重过大导致活性变差，使焊点吃锡较多；⑤焊料中杂质多，使锡的比例下降，焊料的黏度增加，流动性变得差，易附着在焊点上。
2.3 形成桥接
原因分析：①可能由于预热温度不足，焊接时使实际焊接温度降低，焊料黏度增大，焊料容易聚集在一起形成桥接；②导轨传输速度过快，致使焊接时间不够，焊料没有来得及回落形成桥接；③PCB线路设计不合理，线路或焊盘间距离过小，使焊料很容易短接在一起；④插装的元器件引脚不正，焊接前引脚相距太近或已接触；⑤助焊剂比重过大，吃锡过多，相互间桥接；⑥钛爪传送带输送倾角太小，焊接时间过长，产生桥接；⑦焊料中残渣较多，被泵带到焊点处造成桥接。
2.4 虚焊、漏焊
原因分析：①元器件引脚、焊端或PCB的焊盘氧化或有污物，可焊性差不易沾锡，造成虚焊；②PCB不平、翘曲，使翘起部位波峰接触不良；③波峰两侧高度不够平滑，波峰低处与PCB接触不良，造成漏焊；④导轨两侧不平行，使PCB接触波峰时不平行，易造成一侧漏焊；⑤预热温度过高，使喷涂到PCB的助焊剂活性变差，造成浸润不良；⑥PCB焊点走向与波峰方向不合理，出现阴影效应造成漏焊。
2.5 焊点拉尖
原因分析：①锡槽焊接温度不足，使熔融焊料的黏度过大，造成拉尖现象；②预热温度设置偏低，PCB与波峰接触时吸热，造成焊接温度降低，形成拉尖；③导轨传送速度过快，焊点沾锡时间太短，产生拉尖。
2.6 焊点灰暗
原因分析：①焊接时间偏长，使助焊剂挥发掉，造成焊点表面失去光泽；②预热温度过高，使助焊剂活性变差，焊点不光亮；③助焊剂本身质量不好，浓度太低，活性变差，使焊点灰暗；④锡槽中焊料合金中，锡的含量比例过低也可使焊点较为灰暗。
2.7 焊锡冲上印制板
原因分析：①印制板压锡深度太深，焊锡上板；②波峰高度设置太高，高于板面；③PCB翘曲变形，板前端低处易冲上焊锡。
2.8 掉板或卡板
原因分析：①导轨宽度相对于PCB略宽，在传输过程中，钛爪传输带中间稍有不平或焊接时波峰冲击PCB，使PCB位置左右晃动，出现掉板或卡板；②通孔插装元器件的引脚过长，在焊接过程中，碰触焊锡槽边缘，带动PCB发生上下及左右位置移动，出现掉板或卡板现象。
3 提高WSM3000波峰焊机焊接质量的方法和措施
通过上述分析可看出波峰焊实际上是一项要求各方面协调的系统工程，通过对影响焊接质量的因素进行分析和归纳，进一步找到减少波峰焊接缺陷的方法，提高WSM3000波峰焊机焊接质量。
3.1 通过对焊接前PCB 质量及元器件的控制，提高可焊性，来解决焊接的质量缺陷，提高焊接质量。
①PCB妥善保存。在波峰焊接过程中，要保证PCB焊盘的可焊性，因此，PCB应妥善保管，应尽量保存在清洁、干燥的环境下，并且存储时间不宜过长，否则，其表面易氧化。对于有氧化的PCB 要做清除氧化层处理，以提高其可焊性，减少虚焊和桥接的发生。
②保持PCB平整。波峰焊对PCB的平整度有很高的要求，一般1.5mm厚的PCB要求翘曲度小于0.5mm，所以要对翘曲度大的PCB进行平整处理，以免造成虚焊和切脚困难等问题；可把信息反馈给PCB生产厂，提高PCB加工质量。 ③元器件保存与处理。元器件引脚的可焊性影响波峰焊，元器件应保存在干燥、清洁的环境下，并且尽量缩短储存时间；对长时间存放的元器件要进行预处理，对表面有氧化和污物的元器件引脚一定要先清除掉，并搪上一层锡。对已插装好的元器件的长引脚应切掉，露出PCB焊接面不超过1cm，防止引脚太长碰触锡槽边缘发生掉板现象。
3.2 通过对波峰焊焊接材料的控制来解决波峰焊的质量缺陷，提高焊接质量。
①助焊剂的控制。助焊剂在波峰焊接工艺中起着至关重要的作用，它的作用是去除氧化层，防止在加热过程中的再度氧化，有助于焊接。因此要保证助焊剂的活性，可适当地在松香助焊剂中加入适当的活性剂，以增强助焊剂的活性，焊接时更好的形成合金层。对助焊剂量少，可适当加大助焊剂喷涂量，通过调整气缸的进出气缸压力和喷雾的针阀大小和喷雾大小来调整助焊剂喷涂量。
②保证焊锡的质量。焊锡中锡的比例要保证，并要保持锡锅中杂质的含量要低。250℃的焊接温度使锡铅焊料不断氧化，并使锡的含量不断降低，造成共晶点偏离，造成虚焊、桥接等质量缺陷。因此，可添加还氧化剂，使已氧化的氧化锡还原为锡，减少锡渣的产生；还可以在锡炉加热时，添加一定量的锡，保证锡的含量不低于61.4%；再是及时除去焊料槽表面的浮渣；必要时，锡槽中的焊料全部換掉；如果有条件可采用氮气保护法的措施，使焊料与空气隔绝，避免产生浮渣。
3.3 通过对焊接过程中工艺参数的调整，来消除焊接的质量缺陷，提高焊接质量。
①预热温度的设置。预热是为了保证PCB在焊接前达到一定的温度，以免在焊接时受到热冲击使PCB翘曲变形，并且还可防止焊点产生爆裂，影响焊点质量。预热温度一般设置在110℃左右，预热时间可控制在2分钟左右。
②传输速度的调整。印制板在波峰焊机上的传输速度决定了焊接时间，波峰焊的焊接时间可以通过调整传送系统的速度来控制。钛爪传送带的速度，要根据波峰焊机的长度、预热温度、焊接温度等进行调整。为保证每个焊点在波峰中的焊接时间为3秒左右，即50mm左右的行程对应着3秒的时间，则传输速度可取1000mm/min左右。
③波峰的控制。波峰高度的调整是通过波峰的频率调整来完成的，平稳的波峰可以使整块PCB在焊接时间内获得均匀的焊接。双波峰第一个“湍流波”的高度应低于第二个“平稳波”高度。波峰高则易冲上电路板，波峰低则接触不到焊盘。为保证焊接时PCB的压锡深度为PCB的1/2～2/3，双波峰的高度还和钛爪传送带的坡度有关系，应配合调整，波峰的工作高度一般取F11.5和F13.5效果较好。
④焊接温度的控制。焊接温度一定要合适，如焊接温度偏低，液体焊料的粘性大，不能很好地在金属表面浸润和扩散，就容易产生拉尖和桥接、焊点表面粗糙等缺陷；如焊接温度过高，容易损坏元器件，还会由于焊剂被碳化失去活性、焊点氧化速度加快，产生焊点发乌、不饱满等问题。波峰表面温度，一般应该在250±5℃的范围之内。以每个焊点接触波峰的时间来表示焊接时间，一般焊接时间约为3s左右。双波峰焊的第一波峰一般调整为235～240℃/1s左右，第二波峰一般设置在240～260℃/2s左右。
⑤轨道的调整。导轨的宽度一定要与PCB的宽度一致，在PCB传到钛爪传输带时，应使PCB与钛爪传输带间的尺寸适应，不能太紧和留缝隙太大，否则易产生掉板或卡板。整个轨道的倾角应控制在5～7度之间，与波峰高度配合调整，避免倾角过大易产生虚焊和倾角过小易产生桥接等问题。
⑥冷却区温度控制。为了减少印制线路板的受高热时间，防止印制线路板变形，提高印制导线与基板的附着强度，增加焊接点的牢固性，焊接后应立即冷却。冷却区温度应根据产品的工艺要求、环境温度以及PCB传送速度等来确定。可对采用风机的强制风冷进行控制，可通过调整风扇转速来进行调整。
4 结语
波峰焊接是一个系统工程，影响焊接质量的因素也很多，本文仅讨论焊接过程中的质量控制问题。对于PCB图形设计的工艺性、PCB的制造工艺的加工生产质量等这里没有阐述。综合调整控制工艺参数，对提高波峰焊质量非常重要。焊接温度和时间，与预热温度、焊料波峰的温度、轨道的倾斜角度、传输速度都有关系。通过上述的波峰焊接质量缺陷分析和针对性的措施采用，WSM3000波峰焊机的焊接质量有了明显的提高。
参考文献：
[1]张建碧.论波峰焊接质量控制方法[J].无线互联科技，2012（02）.
[2]史建卫，宋耀宗.氮气保护无铅波峰焊焊接质量分析[J].电子工艺技术，2011（03）.
[3]鲜飞.波峰焊接工艺技术的研究[J].电子工艺技术，2009（04）.
[4]晁小宁.提高波峰焊接质量的方法[J].电子产品可靠性与环境试验，2006（03）.
[5]聂冬梅，王玲玲.基于六西格玛方法提高波峰焊接质量[J].机械工业标准化与质量，2010（07）.
作者简介：李宗宝（1965-），男，山东淄博人，本科，硕士，副教授，高级工程师，主要研究方向：电子技术应用。
关键词：波峰焊 PCB 焊接缺陷 焊接质量 方法
1 波峰焊技术工艺简介
波峰焊是将熔融的液态焊料，借助于泵的作用，在焊料槽的液面形成特定形状的焊料波，插装好元器件的印制电路板置于轨道上，以某一特定的爬升角度和一定的浸入深度通过焊料波峰，焊接面与波峰相接触，从而实现印制板上所有需要焊接的焊点一次性全部焊接的过程。波峰焊主要适用于通孔插装印制电路板单装工艺以及表面组装与通孔插装混装工艺的焊接。波峰焊作为第三代焊接技术，目前在电子制造领域仍发挥着重要的作用。
实现波峰焊的设备称为波峰焊机。我单位使用的是WSM3000波峰焊机，其主要结构是入板导轨、钛爪传送带、助焊剂喷雾装置、预热装置、双波峰锡炉、电气控制系统、助焊剂添加装置、线路板前接驳装置、喷雾调节装置、助焊剂回收装置、波峰高度调节装置、双波峰焊锡喷口、双波峰焊接装置、调节传送带倾斜度轮、洗钛爪气雾装置、冷却装置。波峰焊机工艺流程是已插好件的PCB——进入导轨——喷涂助焊剂——预热——双波峰焊接——冷却——已焊接PCB。
2 WSM3000波峰焊机焊接缺陷分析
在WSM3000波峰焊机焊工作过程中，出现了一些焊接质量缺陷问题，下面对主要缺陷进行分析。
2.1 焊点不饱满
原因分析：①可能由于助焊剂的喷涂量有些少，使焊点的可焊性有所降低；②PCB 预热和焊接温度过高，使焊料的黏度过低，吸附到焊点的能力降低；③预热温度不好，温度过低不易沾锡；④导轨传送速度过快，焊锡未充分浸润，形成不了饱满的焊点；⑤焊锡波峰不平稳，浸润不好，造成有些焊点不饱满；⑥PCB 爬坡角度偏小，当焊锡波峰接触焊接面时，不利于焊剂排气，造成焊点不饱满；⑦元件引脚或焊盘氧化，可焊性变差，不易沾锡；⑧插装元器件引脚细焊盘相对大，焊料被张力拉到焊盘上，造成焊点干瘪；⑨锡锅内焊锡有较多浮渣，影响形成饱满焊点；⑩双波峰的“湍流波”和“平稳波”高度偏低，接触焊点面积小，形成不了饱满的焊点。
2.2 焊点锡量过多
原因分析：①可能由于轨道输送PCB的倾角过小，使得焊点沾锡过厚；②焊接温度过低或钛爪传送带传送速度过快导致焊接时间太少，使焊料的黏度過大，致使多余的焊锡回落不到锡槽；③预热温度不够，PCB沾锡时吸热，致使实际焊接温度降低，焊料黏度增大；④助焊剂的比重过大导致活性变差，使焊点吃锡较多；⑤焊料中杂质多，使锡的比例下降，焊料的黏度增加，流动性变得差，易附着在焊点上。
2.3 形成桥接
原因分析：①可能由于预热温度不足，焊接时使实际焊接温度降低，焊料黏度增大，焊料容易聚集在一起形成桥接；②导轨传输速度过快，致使焊接时间不够，焊料没有来得及回落形成桥接；③PCB线路设计不合理，线路或焊盘间距离过小，使焊料很容易短接在一起；④插装的元器件引脚不正，焊接前引脚相距太近或已接触；⑤助焊剂比重过大，吃锡过多，相互间桥接；⑥钛爪传送带输送倾角太小，焊接时间过长，产生桥接；⑦焊料中残渣较多，被泵带到焊点处造成桥接。
2.4 虚焊、漏焊
原因分析：①元器件引脚、焊端或PCB的焊盘氧化或有污物，可焊性差不易沾锡，造成虚焊；②PCB不平、翘曲，使翘起部位波峰接触不良；③波峰两侧高度不够平滑，波峰低处与PCB接触不良，造成漏焊；④导轨两侧不平行，使PCB接触波峰时不平行，易造成一侧漏焊；⑤预热温度过高，使喷涂到PCB的助焊剂活性变差，造成浸润不良；⑥PCB焊点走向与波峰方向不合理，出现阴影效应造成漏焊。
2.5 焊点拉尖
原因分析：①锡槽焊接温度不足，使熔融焊料的黏度过大，造成拉尖现象；②预热温度设置偏低，PCB与波峰接触时吸热，造成焊接温度降低，形成拉尖；③导轨传送速度过快，焊点沾锡时间太短，产生拉尖。
2.6 焊点灰暗
原因分析：①焊接时间偏长，使助焊剂挥发掉，造成焊点表面失去光泽；②预热温度过高，使助焊剂活性变差，焊点不光亮；③助焊剂本身质量不好，浓度太低，活性变差，使焊点灰暗；④锡槽中焊料合金中，锡的含量比例过低也可使焊点较为灰暗。
2.7 焊锡冲上印制板
原因分析：①印制板压锡深度太深，焊锡上板；②波峰高度设置太高，高于板面；③PCB翘曲变形，板前端低处易冲上焊锡。
2.8 掉板或卡板
原因分析：①导轨宽度相对于PCB略宽，在传输过程中，钛爪传输带中间稍有不平或焊接时波峰冲击PCB，使PCB位置左右晃动，出现掉板或卡板；②通孔插装元器件的引脚过长，在焊接过程中，碰触焊锡槽边缘，带动PCB发生上下及左右位置移动，出现掉板或卡板现象。
3 提高WSM3000波峰焊机焊接质量的方法和措施
通过上述分析可看出波峰焊实际上是一项要求各方面协调的系统工程，通过对影响焊接质量的因素进行分析和归纳，进一步找到减少波峰焊接缺陷的方法，提高WSM3000波峰焊机焊接质量。
3.1 通过对焊接前PCB 质量及元器件的控制，提高可焊性，来解决焊接的质量缺陷，提高焊接质量。
①PCB妥善保存。在波峰焊接过程中，要保证PCB焊盘的可焊性，因此，PCB应妥善保管，应尽量保存在清洁、干燥的环境下，并且存储时间不宜过长，否则，其表面易氧化。对于有氧化的PCB 要做清除氧化层处理，以提高其可焊性，减少虚焊和桥接的发生。
②保持PCB平整。波峰焊对PCB的平整度有很高的要求，一般1.5mm厚的PCB要求翘曲度小于0.5mm，所以要对翘曲度大的PCB进行平整处理，以免造成虚焊和切脚困难等问题；可把信息反馈给PCB生产厂，提高PCB加工质量。 ③元器件保存与处理。元器件引脚的可焊性影响波峰焊，元器件应保存在干燥、清洁的环境下，并且尽量缩短储存时间；对长时间存放的元器件要进行预处理，对表面有氧化和污物的元器件引脚一定要先清除掉，并搪上一层锡。对已插装好的元器件的长引脚应切掉，露出PCB焊接面不超过1cm，防止引脚太长碰触锡槽边缘发生掉板现象。
3.2 通过对波峰焊焊接材料的控制来解决波峰焊的质量缺陷，提高焊接质量。
①助焊剂的控制。助焊剂在波峰焊接工艺中起着至关重要的作用，它的作用是去除氧化层，防止在加热过程中的再度氧化，有助于焊接。因此要保证助焊剂的活性，可适当地在松香助焊剂中加入适当的活性剂，以增强助焊剂的活性，焊接时更好的形成合金层。对助焊剂量少，可适当加大助焊剂喷涂量，通过调整气缸的进出气缸压力和喷雾的针阀大小和喷雾大小来调整助焊剂喷涂量。
②保证焊锡的质量。焊锡中锡的比例要保证，并要保持锡锅中杂质的含量要低。250℃的焊接温度使锡铅焊料不断氧化，并使锡的含量不断降低，造成共晶点偏离，造成虚焊、桥接等质量缺陷。因此，可添加还氧化剂，使已氧化的氧化锡还原为锡，减少锡渣的产生；还可以在锡炉加热时，添加一定量的锡，保证锡的含量不低于61.4%；再是及时除去焊料槽表面的浮渣；必要时，锡槽中的焊料全部換掉；如果有条件可采用氮气保护法的措施，使焊料与空气隔绝，避免产生浮渣。
3.3 通过对焊接过程中工艺参数的调整，来消除焊接的质量缺陷，提高焊接质量。
①预热温度的设置。预热是为了保证PCB在焊接前达到一定的温度，以免在焊接时受到热冲击使PCB翘曲变形，并且还可防止焊点产生爆裂，影响焊点质量。预热温度一般设置在110℃左右，预热时间可控制在2分钟左右。
②传输速度的调整。印制板在波峰焊机上的传输速度决定了焊接时间，波峰焊的焊接时间可以通过调整传送系统的速度来控制。钛爪传送带的速度，要根据波峰焊机的长度、预热温度、焊接温度等进行调整。为保证每个焊点在波峰中的焊接时间为3秒左右，即50mm左右的行程对应着3秒的时间，则传输速度可取1000mm/min左右。
③波峰的控制。波峰高度的调整是通过波峰的频率调整来完成的，平稳的波峰可以使整块PCB在焊接时间内获得均匀的焊接。双波峰第一个“湍流波”的高度应低于第二个“平稳波”高度。波峰高则易冲上电路板，波峰低则接触不到焊盘。为保证焊接时PCB的压锡深度为PCB的1/2～2/3，双波峰的高度还和钛爪传送带的坡度有关系，应配合调整，波峰的工作高度一般取F11.5和F13.5效果较好。
④焊接温度的控制。焊接温度一定要合适，如焊接温度偏低，液体焊料的粘性大，不能很好地在金属表面浸润和扩散，就容易产生拉尖和桥接、焊点表面粗糙等缺陷；如焊接温度过高，容易损坏元器件，还会由于焊剂被碳化失去活性、焊点氧化速度加快，产生焊点发乌、不饱满等问题。波峰表面温度，一般应该在250±5℃的范围之内。以每个焊点接触波峰的时间来表示焊接时间，一般焊接时间约为3s左右。双波峰焊的第一波峰一般调整为235～240℃/1s左右，第二波峰一般设置在240～260℃/2s左右。
⑤轨道的调整。导轨的宽度一定要与PCB的宽度一致，在PCB传到钛爪传输带时，应使PCB与钛爪传输带间的尺寸适应，不能太紧和留缝隙太大，否则易产生掉板或卡板。整个轨道的倾角应控制在5～7度之间，与波峰高度配合调整，避免倾角过大易产生虚焊和倾角过小易产生桥接等问题。
⑥冷却区温度控制。为了减少印制线路板的受高热时间，防止印制线路板变形，提高印制导线与基板的附着强度，增加焊接点的牢固性，焊接后应立即冷却。冷却区温度应根据产品的工艺要求、环境温度以及PCB传送速度等来确定。可对采用风机的强制风冷进行控制，可通过调整风扇转速来进行调整。
4 结语
波峰焊接是一个系统工程，影响焊接质量的因素也很多，本文仅讨论焊接过程中的质量控制问题。对于PCB图形设计的工艺性、PCB的制造工艺的加工生产质量等这里没有阐述。综合调整控制工艺参数，对提高波峰焊质量非常重要。焊接温度和时间，与预热温度、焊料波峰的温度、轨道的倾斜角度、传输速度都有关系。通过上述的波峰焊接质量缺陷分析和针对性的措施采用，WSM3000波峰焊机的焊接质量有了明显的提高。
参考文献：
[1]张建碧.论波峰焊接质量控制方法[J].无线互联科技，2012（02）.
[2]史建卫，宋耀宗.氮气保护无铅波峰焊焊接质量分析[J].电子工艺技术，2011（03）.
[3]鲜飞.波峰焊接工艺技术的研究[J].电子工艺技术，2009（04）.
[4]晁小宁.提高波峰焊接质量的方法[J].电子产品可靠性与环境试验，2006（03）.
[5]聂冬梅，王玲玲.基于六西格玛方法提高波峰焊接质量[J].机械工业标准化与质量，2010（07）.
作者简介：李宗宝（1965-），男，山东淄博人，本科，硕士，副教授，高级工程师，主要研究方向：电子技术应用。