CN104754881A - 一种喷流焊焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种喷流焊焊接方法，所述焊接方法包括将线路板依次进行喷涂助焊剂、预热、第一喷流焊料波焊接、第二喷流焊料波焊接和冷却；所述焊接方法的温度控制包括以下四个阶段：预热阶段、升温阶段、润湿阶段和冷却阶段。本发明的焊接方法与现有的波峰焊的焊接方法相比，连锡情况较少，掉温和阴影情况有所改善。

Description

一种喷流焊焊接方法
技术领域
本发明属于焊接领域，尤其涉及一种喷流焊焊接方法。
背景技术
伴随着电子产品越来越向小型化、多功能化方向发展，电子原件也越来越小，组装密度也越来越密集，大多数电子产品逐步以表面贴装工艺（回流焊接工艺）代替通孔焊接工艺。
然而在大多数不耐高温却又需要高强度焊接的电子元器件（连接器等）或电子产品中（军用品、服务器等），以及在大多数不需要小型化的产品或混合技术线路板，仍然需要使用穿孔（TH）焊接工艺；比如电视机、家庭音像设备等，都必须使用通孔焊接，而该类产品的PCB板厚度一般都较厚，且面积较大，元件脚的上锡高度严重受到影响。高层数，印制板的厚度增加，多接地连接孔的印制板加剧通孔填锡不良现象；额外的信号层与接地层的高热质量对印制板的预热要求越来越高，现有的波峰焊接工艺已无法满足此类产品的焊接需要。随着高密度化组装使元件焊接脚间距越来越小，致使连焊（也称桥接）增多；混装工艺必须采用治具，致使波峰焊接工艺中阴影效应增多；可靠性要求更高，致使PCB板厚度加厚，通孔焊锡爬锡高度增加。为了克服以上问题，业界投入大量的人力物力研发出来的选择性波峰焊设备目前还无法全面推广。在现阶段，选择性波峰焊设备存在的问题主要在以下几个方面：
一、生产效率低：因为要针对特定的位置进行助焊剂涂覆和进行焊接，每片PCB板在经过该两处工艺环节时必须短暂停顿，才能保证助焊剂的有效喷涂和元件脚的上锡要求。生产中的停顿，势必严重影响生产效率。
二、工艺要求高、焊接品质低：在进行焊接时，熔融焊料直接接触到元件脚末段，必须通过元件脚顶端向上爬升。因此，元件脚要求尽量够短，焊料的润湿性及助焊剂的活性要求足够好。在进行焊接时，每一个焊点都有要经过润湿、预热和焊接三个阶段，因此每个焊点的受热均匀性以及焊接速度慢都将受到严峻的挑战。
三、无法焊接密集的元件脚：针对元件脚密集的元器件很容易出现连焊、拉尖等现象，上锡高度也同样无法满足可靠性的要求。
发明内容
本发明为解决现有焊接方法存在通孔上锡高度不够及密间距脚焊接连锡的技术问题，提供一种克服该技术问题的喷流焊焊接方法。
本发明提供了一种喷流焊焊接方法，所述焊接方法包括将线路板依次进行喷涂助焊剂、预热、第一喷流焊料波焊接、第二喷流焊料波焊接和冷却；所述焊接方法的温度控制包括以下四个阶段：
预热阶段，将喷涂有助焊剂的线路板的温度从室温升到助焊剂中活化剂的活化极限温度；
升温阶段，将温度从助焊剂中活化剂的活化极限温度升到焊料的熔点温度；
润湿阶段，将温度从焊料的熔点温度升温到峰值温度，将温度由峰值温度降温到焊料的固化温度，在此阶段，第一喷流焊料波及第二喷流焊料波对线路板进行润湿、焊接及再润湿；
冷却阶段，对线路板进行冷却，将温度从焊料固化温度降到室温。
用本发明的焊接方法与现有的波峰焊的焊接方法相比，连锡情况较少，掉温和阴影情况有所改善。
附图说明
图1是本发明一实施例提供喷流焊焊接方法在采用SnAg3.0Cu0.5焊料的情况下的温度控制曲线。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种喷流焊焊接方法，所述焊接方法包括将线路板依次进行喷涂助焊剂、预热、第一喷流焊料波焊接、第二喷流焊料波焊接和冷却；所述焊接方法的温度控制，包括以下四个阶段：
预热阶段，将喷涂有助焊剂的线路板的温度从室温升到助焊剂中活化剂的活化极限温度；
升温阶段，将温度从助焊剂中活化剂的活化极限温度升到焊料的熔点温度；
润湿阶段，将温度从焊料的熔点温度升温到峰值温度，将温度由峰值温度降温到焊料的固化温度，在此阶段，第一喷流焊料波及第二喷流焊料波对线路板进行润湿、焊接及再润湿；
冷却阶段，对线路板进行冷却，将温度从焊料固化温度降到室温。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，所述线路板在润湿阶段被焊接，因此，所述润湿阶段包括焊接区，所述焊接区为温度大于焊料熔点30℃以上的区域，所述焊接区的时间为3-5s。在这一区间，熔融焊料才开始对被焊线路板面产生浸析现象，焊料与被焊线路板面之间相互扩散，逐渐形成新的IMC合金层。在低于这一区间的焊接温度时，时间再长也很难形成IMC合金层；当温度太高或时间过长时，IMC合金层的厚度将迅速增加并且变脆，形成的焊点强度变差而易断裂。由于不同的焊料的焊接温度及形成IMC合金层的时间不同，本领域技术人员可以根据不同的焊料来确定具体的焊接停留时间和焊接温度，一般情况下焊接停留的时间与焊接温度是成反比的。
以SnAg3.0Cu0.5焊料为例，其焊接温度曲线如图1所示，其中横坐标表示时间，纵坐标表示线路板实测温度，其中T1为预热阶段，T2为升温阶段，T3为润湿阶段，T4为焊接区，焊接区T4处于润湿阶段T3内，T5为冷却阶段，冷却阶段T5为自焊料固化温度（即润湿阶段T3的末端）至室温这一阶段。
预热阶段的功能是激活助焊剂中的活化剂对被焊金属表面进行净化（去氧化膜），以增加焊接时熔融焊料的流动性和熔融焊料对被焊金属面的润湿性；挥发大部分助焊剂中的溶剂，避免过多溶剂带入到焊接区出现炸锡现象；使线路板各部分受热均匀，并使线路板各部分的温度与熔融焊料的温度温差尽量减小，避免焊接过程中热效应的产生。所述预热阶段的时间控制在120-180s内。
升温阶段是线路板从预热阶段到润湿阶段的过渡。助焊剂中的活化剂在达到活化极限温度后，活化剂将失去活化的作用，因此此时的线路板一定要迅速进行沾锡；熔融焊料与净化（去氧化膜）后的被焊线路板表面接触时，可将被覆盖被焊线路板表面与空气隔离而起到保护作用，因此，这一升温区的时间一般越短越好（不超过3-5秒），如果用的是松香型助焊剂或使用了充氮气工艺的，这一区域的时间可以适当的延长，如果是无松香型助焊剂，那么这一区域的时间越短越好。
润湿阶段，被焊线路板表面与熔融焊料在润湿阶段的过程是：润湿-焊接--再润湿。所述润湿阶段的时间控制在5-20s内。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，由于不同的助焊剂中活化剂不同，所述不同的助焊剂的活化剂的活化极限温度不同，本领域技术人员可以根据不同的助焊剂及活化剂确定活化剂极限温度。例如：免洗助焊剂的活化剂的极限温度为150℃。同样的，所述不同的焊料有不同的熔点及固化温度，本领域技术人员可以根据不同的焊料确定其熔点及固化温度，例如SnAg3.0Cu0.5的熔点为217℃，固化温度为250。如图1所示，焊料为SnAg3.0Cu0.5的喷流焊焊接方法的温度控制曲线。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，所述升温阶段的升温速率为10-15℃/s。该升温速率可有效缩短被焊接面在经过助焊剂净化后新金属界面在空气中停留的时间，从而有效保持熔融的焊料对这一新界面的润湿性和流动性。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，所述峰值温度大于焊料熔点30-40℃。峰值温度过高，IMC合金层的厚度将迅速增加并且变脆，形成的焊点强度变差而易断裂；同时线路板也可能因此而变形，不耐高温的元器件也将因高温而受损。峰值温度的时间至少保持在两秒以上。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，从预热阶段过渡到润湿阶段的温度跌落不超过5℃。保证助焊剂活化性最好避免风洞效应的产生。有利于IMC合金层的形成，防止焊盘剥离。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，所述预热阶段与焊接区的温度差小于100℃（因活化剂活化极限温度为150℃焊接温度为250℃，温度过高活化剂将失去活化的作用），减小热冲击，最大保持活化剂活性使焊接最佳。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，所述第一喷流焊料波和第二喷流焊料波焊接的温度跌落最低点不低于焊料的熔点。有利于消除风洞效应形成合适的IMC合金层。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，为了使焊接效果更好、更充分，优选地，所述第一喷流焊料波用于焊接的时间为2-8s。第二喷流焊料波起到辅助焊接和风刀的作用。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，所述第一喷流焊料波的温度大于第二喷流焊料波的温度。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，所述第一喷流焊料波和第二喷流焊料波以抛物线形式形成对流。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，所述喷涂助焊剂的方法为固定式超声波喷涂。
根据本发明所提供的喷流焊焊接方法，优选地，所述第一喷流焊料波从喷口喷出时的角度大于第二喷流焊料波从喷口喷出时的角度。
下面应用具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
将单层线路板依次进行喷涂助焊剂（无松香型助焊剂）预热、第一喷流焊料波焊接、第二喷流波焊接（焊料SnAg3.0Cu0.5）和冷却；焊接方法的温度控制包括以下四个阶段：
预热阶段，在120s的时间内，将喷涂有助焊剂的线路板的温度从室温升到150℃，助焊剂净化线路板表面；
升温阶段，在3s的时间内，将温度从150℃升到217℃；
润湿阶段，在10s的时间内，将温度从217℃升到250℃，将温度从250℃降到217℃，在此阶段，第一喷流焊料波及第二喷流焊料波对线路板进行润湿、焊接及再润湿；
冷却阶段，将温度从217℃降到室温得到喷流焊焊接的线路板A1。
实施例2
将双层线路板依次进行喷涂助焊剂（无松香型助焊剂）、预热、第一喷流焊料波焊接、第二喷流波焊接（焊料SnAg3.0Cu0.5）和冷却；焊接方法的温度控制包括以下四个阶段：
预热阶段，在180s的时间内，将喷涂有助焊剂的线路板的温度从室温升150℃，助焊剂净化线路板表面；
升温阶段，在5s的时间内，将温度从150℃升到217℃；
润湿阶段，在20s的时间内，将温度从217℃升到250℃，将250℃降温到217℃，在此阶段，第一喷流焊料波及第二喷流焊料波对线路板进行润湿、焊接及再润湿；
冷却阶段，将温度从217℃降到室温得到喷流焊焊接的线路板A2。
实施例3
将双层线路板依次进行喷涂助焊剂（无松香型助焊剂）、预热、第一喷流焊料波焊接、第二喷流波焊接（焊料SnAg3.0Cu0.5）和冷却；焊接方法的温度控制包括以下四个阶段：
预热阶段，在160s的时间内，将喷涂有助焊剂的线路板的温度从室温升到150℃，助焊剂净化线路板表面；
升温阶段，在4s的时间内，将温度从150℃升到217℃；
润湿阶段，在5s的时间内，将温度从217℃升到250℃，将250℃降温到217℃，在此阶段，第一喷流焊料波及第二喷流焊料波对线路板进行润湿、焊接及再润湿；
冷却阶段，将温度从217℃降到室温得到喷流焊焊接的线路板A3。
对比例1
波峰焊接：
标准测试板：2.5mm厚，10PCS；
测试元件：IC，脚间距0.65mm，24pin；
焊点数：240个焊点；
测试数据及结果：
1、外观
用肉眼观察焊接后的线路板，观察是否有连焊、漏焊等，结果见表1。
2、掉温
炉温测试仪测温度曲线，结果见表1。
3、阴影
用肉眼观察焊接后的线路板，结果见表1。
表1
外观掉温 阴影
A14个点连锡9-15℃ 无
A2无连锡3-8℃ 无
A331焊点连锡13-15℃ 13个焊点
CA1167焊点连锡21-28℃ 21个焊点
从表1中可以看出，用本发明的焊接方法与现有的波峰焊的焊接方法相比，连锡情况较少，掉温和阴影情况有所改善。同时从实施例1-2和实施例3的对比中可以看出，实施例1-2的效果更好，几乎没有阴影和连锡，掉温情况也相对较好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种喷流焊焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括将线路板依次进行喷涂助焊剂、预热、第一喷流焊料波焊接、第二喷流焊料波焊接和冷却；所述焊接方法的温度控制包括以下四个阶段：
预热阶段，将喷涂有助焊剂的线路板的温度从室温升到助焊剂中活化剂的活化极限温度；
升温阶段，将温度从助焊剂中活化剂的活化极限温度升到焊料的熔点温度；
润湿阶段，将温度从焊料的熔点温度升温到峰值温度，将温度由峰值温度降温到焊料的固化温度，在此阶段，第一喷流焊料波及第二喷流焊料波对线路板进行润湿、焊接及再润湿；
冷却阶段，对线路板进行冷却，将温度从焊料固化温度降到室温。
2.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述预热阶段的时间为120-180s。
3.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述升温阶段的时间为3-5s。
4.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述润湿阶段的时间为5-20s。
5.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述润湿阶段包括焊接区，所述焊接区为温度大于焊料熔点温度30℃以上的区域，所述焊接区的时间为3-5s。
6.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述升温阶段的升温速率为10-15℃/s。
7.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述峰值温度大于焊料熔点30-40℃。
8.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，从预热阶段过渡到润湿阶段的温度跌落不超过5℃。
9.根据权利要求5所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述预热阶段与焊接区的温度差小于100℃。
10.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述第一喷流焊料波和第二喷流焊料波焊接的温度跌落最低点不低于焊料的熔点。
11.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述第一喷流焊料波用于焊接的时间为2-8s。
12.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述第一喷流焊料波的温度大于第二喷流焊料波的温度。
13.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述第一喷流焊料波和第二喷流焊料波以抛物线形式形成对流。
14.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述喷涂助焊剂的方法为固定式超声波喷涂。
15.根据权利要求1所述的喷流焊焊接方法，其特征在于，所述第一喷流焊料波从喷口喷出时的角度大于第二喷流焊料波从喷口喷出时的角度。
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