电子焊接工艺技术

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焊接工艺技术是生产整机类电子产品最关键的工艺技术之一，焊接质量的好坏在一定程度上可以代表企业装联技术水平的高低。从事电子产品工作的工程技术人员必须全面深入地掌握这门关键的工艺技术。

1、焊接基本原理

在焊接学科中，锡焊属于软钎焊的范畴。什么是软钎焊呢？将比母材（即被焊接的金属材料）熔点低的金属焊接材料熔化，使其与母材结合在一起的焊接称为钎焊，而采用的金属焊接材料的熔点在450oC以下的焊接则称为软钎焊。我们电子整机中通常采用锡与铅的合金作为焊接材料，其熔点一般低于200oC，显然是属于软钎焊的范畴。

锡焊是一门科学，从宏观上看，其原理非常简单，只不过是通过某种手段将固态焊料加热熔化，再借助助焊剂的作用，使其流入被焊金属之间，待冷却后形成牢固可靠的焊接点，但究其微观机理，则是非常复杂的。

当采用锡－铅系焊料焊接金属铜时，焊料先对金属表面产生润湿，伴随着润湿现象发生，焊料逐渐向铜金属扩散，在焊料与铜金属的接触面上生成合金层，使两者牢固结合起来。所以锡焊是通过润湿、扩散和冶金结合3个物理/化学过程来完成的。

1、润湿：润湿过程是指已经熔化了的焊料借助毛细管力沿着母材金属表面细微的凹凸和结晶的间隙向四周漫流，从而在被焊母材表面形成一个附着层，使焊料与母材金属的原子相互接近，达到原子引力起作用的距离，我们称这个过程为熔融焊料对母材表面的润湿。这一过程是形成良好焊点的先决条件。那么，怎么来判别焊料对被焊母材是否润湿呢？一般用附着在母材表面的焊料与母材的接触角θ来判别，如图1所示。θ角是指沿焊料附着层边缘所作的切线与母材表面的夹角，当θ＜90时，表示已润湿，当θ≥90时表示未润湿。在日常生活中我们也能观察到润湿现象，如雨水落在荷叶上，即结成圆珠状的水珠在荷叶上滚动，而不能附着在荷叶表面，我们称这种现象为水不能润湿荷叶；反之，雨水落在棉布衣上，很快就能吸入棉布的纤维中，我们称这种现象为水能润湿棉布。这样我们就可以很形象地理解润湿这一物理现象了。

当然，熔融焊料润湿母材表面是有条件的，即被焊母材的表面必须是清洁的，只有清洁的表面才能使焊料与母材原子相互接近，达到原子引力起作用的距离，当母材表面附有氧化物或污物时，润湿就不能正常进行了。

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2、扩散：伴随着润湿的进行，焊料与母材金属原子间的互相扩散现象开始发生。通常金属原子在晶格点阵中处于热振动状态，一旦温度升高，原子活动加剧，使熔化的焊料与母材中的原子互相越过接触界面进入对方的晶格点阵。原子移动的速度和数量决定于加热的温度和时间。

3、冶金结合：由于焊料与母材互相扩散，在2种金属之间形成一个中间层－金属间化合物，以母材是铜金属为例，当用锡－铅系焊料焊接时，生成的金属间化合物为Cu3Sn、Cu6Sn5等。要获得良好的焊点，被焊母材与焊料间必须生成金属间化合物，从而使母材达到牢固的冶金结合状态。

综上所述，良好焊点形成的先决条件是焊料对母材的充分润湿，在温度和时间的外因作用下，通过扩散，最终结果是使焊料和母材产生牢固的冶金结合。

2、焊接材料

2.1 焊料

在焊接时凡是用来使二种或二种以上金属连接成为一个整体的金属或合金被称为焊料。按其组成成分，焊料可分为锡－铅焊料、银焊料和铜焊料；按其熔点，焊料又可分为软焊料（熔点在450oC以下）和硬焊料（熔点高于450oC）。在电子设备装联中常用的焊接材料是锡－铅系焊料。

1．锡－铅系焊料的特性

（1）锡铅比：在合金学的锡－铅系焊料状态图（如图2）中我们可以看出当锡含量为61.9%、铅含量为38.1%时为锡铅合金的共晶点（A点），达到这样锡铅比的共晶合金具有最优异的特性，它熔点低、熔融和凝固过程简单，流动性好，因此非常适合用作焊料，通常称为共晶焊料。

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由于锡铅比处在共晶点附近的焊料的焊接性能是最优良的，所以在实际使用中，一般采用锡含量为60%～63%、铅含量为40%～37%的共晶焊料，即牌号为HISnPb39（锡含量59%～61%）、HISnPb37（锡含量63%）的锡铅合金。对于较高档的电子产品最好选用含锡量为63%的焊料。因为在实际焊接中，焊料向母材的扩散属选择性扩散，只有焊料成分中的锡向母材扩散，而铅是不扩散的，所以锡的消耗量大于铅的消耗量，因此选择含锡量稍高于共晶点的HISnPb37焊料更有利于维持锡槽内焊料的锡铅比接近共晶点。

（2）熔点：在合金学的锡－铅系焊料状态图中可以看出，共晶焊料的熔点最低点为183oC，随着锡－铅比例的变化，熔点逐渐升高。焊料熔点降低可减小对元器件的热冲击并节约能源。

（3）机械性能：电子产品在运输和使用过程中不可避免地要受到震动冲击应力的作用，因此要求焊接点必须具有一定的机械强度。处在共晶点附近的锡－铅焊料的抗拉强度和剪切强度为最高，分别为5.36㎏/mm和3.47㎏/ mm左右，而且焊接后会变得更大，而非共晶焊料的抗拉强度和剪切强度均下降为5㎏/ mm和3㎏/ mm以下。

（4）表面张力和粘度：从焊接润湿的角度出发，我们希望焊料的表面张力和粘度都较小，有利于焊料的浸流和渗透。但实际情况是锡的含量越高，表面张力越大，粘度越小；反之，铅的含量越高，粘度越大，表面张力却越小。共晶焊料能较好地兼顾这2个特性，从而获得良好的润湿效果。

2．焊料的杂质含量

在焊接过程中，杂质对焊料的润湿性、焊点的机械强度和耐腐蚀性都有很大的影响，各种杂质对锡－铅焊料的影响情况见表1。

表1 各种杂质对锡－铅焊料的影响

杂 质 Sb锑 Cu铜 对 焊 料 性 能 的 影 响 含量大时焊料硬度增大，流动性下降，含量超过1%时铺展面积减少25% 使焊料熔点升高，可焊性下降，含量超过0.29%时可引起焊点疏松 2

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Bi铋 Cd镉 Zn锌 Al铝 Fe铁 As砷 P磷 S硫 Ag银

机械自动焊接中的杂质来源于2个方面：一是焊料本身带有杂质；另一方面，在焊接时，由于工件金属与熔融焊料之间的互相扩散，而导致工件金属成分（主要是铜）进入锡缸，使锡缸内焊料的含铜量逐渐升高，所以在实际生产中，除了要严格控制来料的质量外，要定期（一般每月一次）检测锡缸内的含铜量，要求控制在0.3%以下，发现超出规定标准，应更换锡缸内的所有焊料。关于焊料中杂质含量的标准见表2。

表2 锡－40%（wt）铅焊料杂质含量的主要标准（上限值）

杂 质 Sb Cu Bi Zn Fe Al As Cd

这里要说明的是，并非所有的杂质都会对焊料产生不良影响，有时为了改善其性能，加入适量的银、锑、铜可得到良好的效果。

在焊料中添加0.2～2.0%（wt）银，可使焊料的熔点下降而改善可焊性，同时可防止对锡镀件的银熔融腐蚀；在焊料中添加1～3%（wt）锑，可防止低温对焊点的脆化，同时可减少锡含量而降低成本；在焊料中添加0.05%（wt）的铜，则使金属组织变细从而提高机械性能。因此，在必要时可根据特殊需要适当添加。

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使焊料熔点下降，机械性能下降，含量超过0.5%时，使焊料表面氧化变色 含量超过0.15%时，铺展面积降低25% 使焊料流动性降低，机械性能下降，含量超过0.003%时焊料表面氧化，不耐腐蚀 作用同锌一样，含量超过0.005%时焊料氧化加剧 使焊料熔点升高，润湿性下降 含量超过0.2%时，铺展面积下降25% 使焊料润湿性下降，引起疏松 使焊料润湿性下降，引起疏松 使焊料熔点升高 JIS Z3282-86(wt%) B级 1.0 0.08 0.35 （各项之和小于） A级 0.30 0.05 0.05 0.005 0.03 0.005 0.03 0.005 S级 0.10 0.03 0.03 0.002 0.02 0.005 0.03 0.002 QQ-S-571F GB3131-2001 J-STD-006 [Class1] 0.50 0.08 0.10 0.005 0.02 0.005 0.03 0.005 Class AA 0.05 0.03 0.03 0.001 0.02 0.001 0.015 0.001 (1995) 0.50 0.08 0.250 0.005 0.02 0.005 0.030 0.005 J-STD-001 C 波峰炉锡块 0.500 0.300 0.250 0.005 0.020 0.006 0.030 0.006 电子焊接工艺技术

2.2 助焊剂

助焊剂是一种促进焊接的化学物质。在锡焊中，它是一种不可缺少的辅助材料，其作用是极为重要的。

1. 助焊剂的作用

（1）熔解被焊母材表面的氧化膜

在大气中，被焊的金属母材表面总是被氧化膜覆盖着，其厚度大约为2×109～2×108m

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在焊接时，氧化层必然会阻止焊锡对母材的润湿，焊接就不可能正常进行，因此必须在母材表面涂敷助焊剂，使金属表面的氧化物还原，从而达到消除氧化膜的目的。

（2）防止被焊母材的再氧化

母材在焊接过程中需要加热，高温时金属表面会加速氧化，因此液状的助焊剂覆盖在母材和焊料的表面可防止它们氧化。

（3）降低熔融焊料的表面张力

熔融焊料金属表面具有一定的张力，就像雨水落在荷叶上，由于液体的表面张力会立即聚结成圆珠状的水珠。熔融焊锡的表面张力会阻止它向母材表面浸流，影响润湿的正常进行。当助焊剂覆盖在熔融焊料的表面时，可降低液态焊料的表面张力，使润湿性能明显提高。

2．助焊剂应具备的性能

（1）助焊剂要有适当的活性温度范围。在焊锡熔化前开始起作用，在施焊过程中较好地发挥清除氧化膜、降低液态焊锡表面张力的作用。焊剂的熔点要低于焊锡的熔点，但不应相差过大。

（2）助焊剂要有良好的热稳定性，一般热稳定温度不小于100oC。

（3）助焊剂的密度应小于液态焊料的密度，这样助焊剂才能均匀地在被焊金属表面铺展，成薄膜状覆盖在焊料和被焊金属表面，有效地隔绝空气，促进焊料对母材的润湿。

（4）助焊剂的残留物不应有腐蚀性且容易清洗；不应析出有毒、有害气体；要有符合电子工业规定的水溶性电阻和绝缘电阻；不吸潮，不产生霉菌；化学性能稳定，易于贮存。

3．助焊剂的种类

助焊剂的种类繁多，一般可分为无机系列、有机系列和树脂系列等。

助焊剂种类

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无机盐 无机系列（IN） 有机系列（OR） （RE） 树脂系列 （RO） 无机酸 有机酸（OA） 非活性化松香（R） 弱活性化松香（RMA） 活性化松香（RA） 超活性化松香（RSA） 合成松香（SA）

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（1）无机系列助焊剂

无机系列助焊剂的化学作用强，助焊性能非常好，但腐蚀作用大，属于酸性焊剂，因为它溶解于水，故又称为水溶性助焊剂，它包括无机酸和无机盐2类。

含有无机盐的助焊剂主要成分是氯化锌、氯化氨等，含有无机酸的助焊剂的主要成分是盐酸、氢氟酸等，它们使用后必须立即进行非常严格的清洗，因为任何残留在工件上的卤化物都会引起严重的腐蚀。这种助焊剂通常只用于非电子的焊接，在电子设备的装联中严禁使用这类无机系列的助焊剂。

（2）有机系列助焊剂

有机系列助焊剂的助焊作用介于无机焊剂与松香焊剂之间，它也属于酸性、水溶性焊剂。含有有机酸的水溶性助焊剂以乳酸、柠檬酸为基础，由于它的焊接残留物可以在工件上保存一段时间而无严重腐蚀，因此可以用在电子设备的装联中，但一般不用在SMT的焊膏中，因为它没有松香焊剂的粘稠性（起防止贴片元器件移动的作用）。

（3）树脂系列助焊剂

在电子产品的焊接中使用比例最大的是松香树脂型助焊剂。由于它只能溶解于有机溶剂，故又称为有机溶剂助焊剂。其主要成分是松香。松香在固态时呈非活性，只有液态时才呈活性，松香的熔点是127oC，它的活性可以持续到315 oC。锡焊的最佳温度为240～250 oC，所以正处在松香的活性范围内，且它的焊接残留物不存在腐蚀问题，这些特性使它成为非腐蚀性焊剂而被广泛应用于电子设备的焊接中。

为适应不同的应用需要，松香助焊剂有液态、糊状和固态3种形态。固态的助焊剂适用于烙铁焊，液态和糊状的助焊剂分别适用于波峰焊和再流焊。

在实际使用中发现，松香为单体时，化学活性较弱，对促进焊料的润湿性往往不够充分，因此需添加少量的活性剂，用以提高它的活性。松香系列焊剂根据有无添加活性剂和化学活性的强弱，被分为非活性化松香、弱活性化松香、活性化松香和超活性化松香4种，美国MIL标准中分别简称为R、RMA、RA、RSA，而日本JIS标准则是根据助焊剂的含氯量划分为AA（0.1wt%以下）、A（0.1～0.5 wt%）、B（0.5～1.0 wt%）3种等级。

① 非活性化松香（R）：它是由纯松香溶解在合适的溶剂（如异丙醇、乙醇等）中组成，其中没有活化剂，因此消除氧化膜的能力很弱，所以要求被焊件具有非常好的可焊性。通常应用在一些使用中绝对不允许有腐蚀危险存在的电路中，如植入心脏的起搏器等。

② 弱活性化松香（RMA）：这类助焊剂中添加的活化剂有乳酸、柠檬酸、硬脂酸等有机酸以及那些盐基性有机化合物。添加这些弱活性剂后，能够促进润湿的进行，但母材上的残留物仍然不具有腐蚀性，因此能广泛应用于电子产品的装联焊接中，焊接后的助焊剂残留物不仅对产品基本无腐蚀性，而且可提供绝缘和保护。所以，除了具有高可靠要求的航空、航天产品或细间距的表面安装产品需要进行清洗外，一般民用消费类产品（如收录机、电视机等）均不需设立清洗工序。在采用弱活性化松香时，对被焊件的可焊性也有严格的要求。

③ 活性化松香（RA）及超活性化松香（RSA）：在活性化松香助焊剂中，添加的强活性剂有盐酸苯胺、盐酸联氨等盐基性有机化合物，这种助焊剂的活性是明显提高了，但焊接后

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残留物中氯离子的腐蚀变成不可忽视的问题。所以，在电子产品的装联中，一般很少应用。近年来，随着活性剂的改进，已开发了在焊接温度下能将残渣分解为非腐蚀性物质的活性剂，这些大多是有机化合物的衍生物。

3、烙铁焊—手工焊

烙铁焊又称手工焊，它是锡焊技术的基础手段，由于它操作简便灵活、适应性强，因此在自动化焊接技术普遍应用的今天，仍然继续发挥着作用，并且在不断地改进和发展。它主要应用于下列场合：

（1）机械自动焊后焊接面的修补和加强焊。 （2）整机组装中各部件装联焊接。 （3）产量很小或单件生产产品的焊接。

（4）温度敏感的元器件和有特殊抗静电要求的元器件焊接。 （5）作为产品设计人员和维修人员的焊接工具。

鉴于烙铁焊是锡焊技术的基础手段，因此它是从事电子工业的工程技术人员必须掌握的一门基本功。

烙铁焊看似简单，但往往又是最难控制质量、容易出现问题的环节。在实际生产中，必须根据焊接对象正确选择工具、焊料，认真地做好焊前准备，遵循焊接步骤、掌握焊接要领，才能确保每个焊点的质量。

3.1 工具的选择 烙铁焊的工具是电烙铁，要获得良好的焊点必须正确地选择它的功率和品种。

电烙铁的功率（指单位时间内消耗电源的能量）按日本标准规定在15～500W的范围内分10个档次。在实际生产中选择恰当功率的电烙铁是很重要的，功率太大，容易对被焊件造成损伤；功率太小，不能达到焊接所需要的温度会引起假焊、虚焊。所以必须根据被焊对象作出恰当的选择。

电烙铁的主要品种如图3所示。 电烙铁品种 普通性 特殊性 自动温控式（温度可调，自动温控） 自动断电式（焊接时自动断电，也有自动温控功能） 外热式（烙铁头装在发热器件中间） 手枪式（又称“单手电烙铁”，可自动送锡） 内热式（发热器件装在烙铁头内部） 图3 电烙铁的主要品种

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选择合适的品种，让操作者使用时得心应手，也是很重要的，如总装工序的操作者需腾出一只手来拿被焊部件或导线，那么就应该选择手枪式的单手电烙铁。表3列出了不同的焊接对象应选取的电烙铁功率及品种。

表3 烙铁的选择

1 2 3 4 焊接对象 印制电路板焊接点 整机总装的导线、接线焊片（柱）、散热器、接地点等 温度敏感元器件、无引线元器件 高可靠要求产品 功率/ W 25 35 40 50 品 种 普通内热式 说 明 手枪式 自动温控式 温度可根据需要调节，并自动温控 自动断电及

焊接时能自动断电，防止烙铁漏电自动温控式 造成对元器件的损伤 3.2 烙铁头的特性 烙铁头是直接与焊件接触的部分，其特性是很重要的，主要包括烙铁头部的温度、形状及耐腐蚀性。

1．烙铁头的温度

在恰当选择电烙铁功率的同时，还要正确地选择烙铁头的热容量（与截面积和长度有关）。选择是否恰当可通过测量头部的温度来衡量：

（1）烙铁处在待焊状态时，烙铁头的标准温度为330～370oC。在连续焊接时，即在前一焊点完成后、焊接下一焊点前烙铁头温度应能恢复到上述规定温度。

（2）烙铁头与被焊件接触时，温度下降恰当，在整个焊接过程中，焊接点的温度能处在240～250oC的最佳焊接温度。图4表示在整个焊接过程中烙铁头温度的变化曲线。

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2． 烙铁头的形状

烙铁头的形状也是必须重视的问题，因为它是直接与焊件接触的部位，所以头部的形状应与焊接点的大小及焊点的密度相适应，因为焊点是圆形的，所以一般应选择头部截面是圆形的，特别是在SMA的维修中使用的烙铁，更要注意烙铁头的形状，如图5所示。随着整机内元器件密度的提高，一般不宜选择头部截面是扇形的烙铁头。

3．烙铁头的耐腐蚀性

烙铁在使用时，头部始终处于高温状态，它的耐腐蚀性是相当重要的。为了获得良好的导热性，烙铁头一般采用金属铜（Cu）制成，在高温状态下铜很容易氧化，生

成红色的氧化亚铜及黑色的氧化铜，从基体剥落面玷污焊点，并逐渐使头部改变为凹坑状，需要重新修正及更换。为了解决这个问题，长寿命烙铁头应运而生，它是在铜基体表面镀上一层铁、镍、铬或铁镍合金，这种镀层不仅耐高温，而且具有良好沾锡性能，这样既能有效地阻止铜基体在空气中的氧化，又能完全满足烙铁头所需要的特性，所以长寿命烙铁头已得到普遍的应用。

3.3 焊料的选择

烙铁焊时所用的焊料是内带助焊剂（松香型）的管状焊锡丝，组成焊料的锡铅合金的含锡量通常为50%～60%。为提高助焊效果，内藏的松香焊剂，也加入了适量的提高活性的添加剂，但应该严格控制氯离子的含量。

焊锡丝的直径有0.5～2.4㎜，按直径不同分为8种规格，焊接时应根据不同的焊接对象选用，一般用锡量较大的可选用较粗的锡丝，反之则选用较细的，可参照表4选用。

表4 焊锡丝的选择

1 2 3 被焊对象 印制板焊接点 小型端子与导线焊接 大型端子与导线焊接

锡丝直径/㎜ 0.8～1.0 1～1.2 1.2～2 3.4 烙铁焊方法 1．焊前准备

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焊接前的准备工作主要是对烙铁头的预处理。应在烙铁架的小盒内准备好松香和清洁块（用水浸湿），接通电源后片刻，待烙铁头部温度大约达到松香的熔解温度（约150oC）时，将烙铁头插入松香，使其表面涂敷上一层松香。在实际操作中，因不知何时达到松香的熔解温度，可在接通电源后，用烙铁头接触松香，待松香熔解但又未气化前，即可脱离松香与锡丝接触，使烙铁头部（大约5～10㎜长度）表面均匀地覆盖一层光亮的锡层，即完成烙铁头的预处理。在焊接过程中，若发现烙铁头部沾上焦化的焊剂及其他黑色残留物时，应随时在清洁块上擦拭，使头部温度下降，再插入松香，这样可使头部氧化锡还原，以保持光亮的覆盖层，这对保证烙铁头很好地传导热量和焊接点的清洁是至关重要的。

2．焊接步骤

烙铁焊的操作动作可分解为4步，要获得良好的焊接质量必须严格地按图6所示步骤进行。

烙铁头 接触工件

送上 焊锡丝

焊锡丝 脱离焊点

烙铁头 脱离焊点

图6 烙铁焊步骤

按上述步骤进行焊接是获得良好焊点的关键之一。在实际生产中，最容易出现的一种违反操作步骤的做法是烙铁头不是先与工件接触，而是先与锡丝接触，熔化的焊锡滴落在尚未预热的焊接部位，这样很容易导致虚假焊点的产生。更为严重的是有的操作者用烙铁头沾一点焊锡带到焊接部位，这时助焊剂已全部挥发或焦化，失去了助焊作用，焊接质量就可想而知了。因此在操作时，最重要的是烙铁必须首先与工件接触，先对焊接部位进行预热，它是防止产生虚假焊（最严重的焊接缺陷）的有效手段。

3. 焊接要领

掌握焊接要领是获得良好焊点的关键，一般焊接要领有以下几点。

（1）烙铁头与被焊工件的接触方式

工件通过与烙铁头接触获得焊接所需要的温度，所以接触要掌握下列要领：

① 接触位置：烙铁头应同时接触需要互相连接的2个工件，烙铁一般倾斜45o，如图7a 所示，应避免只与其中的一个工件接触和接触面积太小的现象。

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② 接触压力：烙铁头与工件接触时应略施压力，以对工件表面不造成损伤为原则。

（2）焊锡的供给方法

焊锡的供给方法主要掌握3个要领，即供给时间、位置和数量。 ① 供给时间：原则上是工件升温达到焊料的熔解温度时立即送上焊锡。

② 供给位置：送锡时焊锡丝应接触在烙铁头的对侧，如图7b所示，因为熔融焊锡具有向温度高的方向流动的特性，因此在对侧加锡，它会很快流向烙铁头接触部位，以保证焊点四周均匀布满焊锡。若供给时锡丝直接与烙铁头接触，锡丝很快熔化，覆盖在焊接处，假如工件尚未达到焊接温度，必然形成假焊点。

③ 供给数量：要求在焊接部位薄薄地盖上一层焊锡，焊点圆滑，但又能看出内部工件的轮廓，俗称“皮包骨头”。总之锡量要适中，焊锡太多呈“馒头”状会掩盖假焊点；而焊锡太少会影响强度。对于需要支撑较重元器件（如散热器的支撑脚）或需要通过大电流的焊点（几百毫安以上），情况就应例外，焊点处需堆积较多的焊锡，一般称为加强焊。

（3）烙铁头的脱离方法

烙铁头脱离焊点的要领主要应掌握脱离时间和脱离动作2点，它对焊点的质量和外观有很大影响。

① 脱离时间：观察焊锡已充分润湿焊接部位，而焊剂尚未完全挥发，形成光亮的焊点时立即脱离，若焊点表面变得无光泽而粗糙，则说明脱离时间太晚了。

② 脱离动作：脱离时动作要迅速，一般沿焊点的切线方向拉出或沿引线的轴向拉出，即将脱离时又快速的向回带一下，然后快速地脱离，以免焊点表面拉出毛刺。

4、波峰焊

波峰焊是一种传统的机械自动焊接方式，它是为适应通孔插装印制电路板的焊接而产生的，但在表面安装技术普遍应用的今天，它仍不失为一种主要的焊接手段。波峰焊因具有焊点可靠、一致性好、效率高、成本低等特点，明显优于烙铁焊，在规模生产中，已普遍采用这种焊接方式。

在印制电路板的装联焊接中，常用的机械自动焊接方式有3种：浸焊、波峰焊和再流焊。浸焊时印制电路板在夹具的控制下降落与锡面接触，并停留3～5s后离开锡面，由于它的锡面是静止的，所以只能适用于通孔插装形式的装联焊接，一般具有小批量、多品种生产特点的企业选用这种方式。波峰焊的锡面是流动的，熔化的焊锡从喷嘴中不断地喷出形成波峰，印制板在波峰上通过完成焊接过程，因为波峰焊的锡面是动态的，对于促进润湿及扩散显然是有利的，所以波峰焊的应用最为广泛，它不仅适用于通孔插装组件的装联焊接，而且也适用于通孔与表面混合安装组件的焊接。再流焊是一种新型的自动群焊方式，它是为适应细间距的表面安装技术而产生的，有关再流焊的工艺技术将在5节中介绍。

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4.1 波峰焊工艺流程 （a）短插 / 一次焊接流程 进 焊接 冷却 出 涂敷助焊剂 预热 进 出 冷却 波峰焊 涂敷助焊剂 预热 浸焊 冷却 切头 预热 涂敷助焊剂 除去线头 （b）长插 / 二次焊接流程 图8 波峰焊接的工艺流程 波峰焊接的工艺流程通常有2种形式（针对通孔插装组件），即短插/一次焊接和长插/二次焊接，它们分别如图8a、b所示。这2种流程实际上是为适应2种不同的手工插件方式而确定的，当插件方式为长脚插时，必须采用二次焊接，第一次焊接的目的是对元器件作预焊固定（通常采用浸焊），然后进入切削器，通过旋风切削的方式将多余引脚切去，再进入第二次焊接（通常采用波峰焊）。这里要强调的是，经旋风切削后的第二次焊接是绝对不允许省略的，因为经过切削后焊点头部已有切口，必须进行第二次焊接。而短脚插时，元器件引脚已预先切短，因此不需在焊接期间再切脚，所以只需一次焊接完成。在表5中我们对2种焊接方法的特点进行比较，显然，短插/一次焊接明显优于长插/二次焊接，所以在选择焊接方案时，应该尽量选用短插/一次焊接方式，尤其在焊接通孔插装与表面安装混合安装组件时，必须采用短插/一次焊接方式。

表5 二种焊接方法的比较

简 要 说 明 ① 焊接采用一次波峰焊。 优 点 ① 流程短，工序少，节约工时及原材料。 ② 对元器件没有损伤。 ③ 设备造价低。 ④ 适合焊接表面安装组件。 ① 元器件不必预成形。 ① 旋风切削对某些元器件有损伤。 ② 元器件要经受再次热冲击。 ③ 切削刀具易磨损。 ④ 原材料及能源消耗大。 ⑤ 设备造价高。 ⑥ 不能用于表面安装。 缺 点 在手工插装时： ① 元器件需预先成形。 ② 补焊时增加修剪工作量。 一次焊接② 机械自动插件后的手工插采用短脚直插，元器件引线需预先加工至规定长度。 ③ 焊接完成后，对焊接面进行修补时，需要对少量超出规定长度的引脚进行修剪。 ① 焊接采用第一次浸焊，第二次波峰焊。 二次焊接② 插件采用长脚直插，引脚长度没有要求。 ② 补焊工作量减少。 ③ 第一次焊接后需要通过旋风切削，将引脚切到规定长度。

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4.2 波峰焊工艺 1．主要步骤

通过对工艺流程的了解，我们知道印制电路板组件的焊接主要由3个基本步骤组成，即：涂敷助焊剂、预热和焊接，前二个步骤虽然是焊接前的预处理，却是必不可少的步骤。

（1）涂敷助焊剂

当印制电路板组件进入波峰焊机后，在传送机构的带动下，首先在盛放液态助焊剂槽的上方通过，设备将通过一定的方法在其表面和元器件的引出端均匀涂上一层薄薄的助焊剂，涂敷助焊剂的主要目的为：

① 熔解焊盘及元器件引脚表面的氧化膜，并覆盖在其表面防止它们在焊接高温下的再

氧化。

② 降低熔融焊料的表面张力，使润湿性能明显提高。

（2）预热

印制电路板表面涂敷助焊剂后，紧接着按一定的速度通过预热区加热，使表面温度逐步上升至90～110oC的范围。预热的主要目的为：

① 挥发助焊剂中的溶剂。因为，液态助焊剂内有大量的易挥发的溶剂，主要是无水酒精，如直接进入锡缸，在高温下会急剧挥发，产生大量的气体，使焊料飞溅，在焊点内形成气孔，影响焊接质量。通过预热将焊剂内的溶剂基本挥发掉，使覆盖在板面的助焊剂呈胶粘状。

② 活化助焊剂，增加助焊能力。因为在室温下助焊剂还原氧化膜的作用是很缓慢的，必须通过加热使助焊剂的活性提高，起到加速清除氧化膜的作用。

③ 减少焊接高温对被焊母材的热冲击。焊接时，熔融焊锡的温度一般在245oC左右，而处在室温下的印制电路板和元器件若直接进入锡槽，急剧的升温会对它们造成不良影响，因此通过预热减少温差，缓解高温对元器件的热冲击，防止印制电路板变形。

④ 减少锡槽的温度损失。未经预热的印制电路板与锡面接触时，由于溶剂的大量挥发而消耗热量，锡面温度会明显下降，从而影响润湿、扩散的进行，而且还会因印制板离开锡面时，多余的焊锡来不及注入锡缸就凝固了，造成焊点间的桥连和拉尖。因此必须通过预热来减少锡槽内热量的损失，才能形成良好焊点。

（3）焊接

印制电路板组件经过涂敷助焊剂和预热后，可正式进行焊接，锡槽通过自动温控使熔融焊锡的温度始终保持在245＋5oC的最佳焊接温度，印制电路板组件在传送机构的带动下按一定的速度缓慢地通过锡峰，使每个焊点与锡面的接触时间均为3～5s，在此期间，熔融焊锡对焊盘和元器件引出端充分润湿、并扩散形成冶金结合层，从而获得良好的焊点。

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2．焊接工艺参数的设定

焊接工艺参数是指在焊接的全过程需要控制的一些工艺技术数据，它们是在长期生产实践中总结出来的。

一般情况下，在焊料、助焊剂、元器件、印制电路板和设备都具备良好焊接特性的前提下，只要对下述工艺参数进行严格控制，必定能获得良好的焊点。在波峰焊接中应该严格控制的工艺参数有下列各项：

（1）助焊剂比重

波峰焊使用的助焊剂是液态的，通常是将固态的助焊剂与溶剂按一定的比例配置而成，助焊剂比重实际上是反映溶液中助焊剂成分的多少，一般可取0.79～0.83㎏/m3。

若比重太大，焊接后板面残余焊剂太多；而比重太低，则助焊性能不够，影响焊接质量。自动焊接设备中，一般均具有自动检测及自动调整功能，如果无此功能，则操作者应每隔1小时用比重计检测一次，以便及时调整。

（2）预热温度（100＋10oC）

预热温度是指预热结束，印制板进入锡槽焊接前铜箔面的温度，一般要求达到100＋10oC，这时印制电路板上的助焊剂正好处于胶粘状态。

若预热温度不足，就不能实现预热的目的；而预热温度过高，焊剂过早挥发和焦化，会合焊点粗糙，另外，由于助焊性能下降，会影响润湿及扩散的进行，引起假焊和焊角缩锡，同时，也会由于不能减小焊料的表面张力，而导致焊料过多，造成桥连等缺陷。

在实际生产中，预热温度是通过控制预热时间来达到目的，对于自动化的焊接设备，则可通过调节印制板经过预热区的速度来实现。

（3）焊接温度（245＋5oC）

波峰焊使用的焊料熔点为183oC，为取得良好的焊接效果，焊接温度应高于熔点约50～65oC，一般控制在245＋5oC为宜。

焊接温度并非越高越好，温度过高，焊料与母材表面会加速氧化，焊接被烧坏，表面张力增加，附着力减小，高温还会使母材表面粗糙，毛细作用减少，影响可焊性。

（4）焊接时间（3～5s）

焊接时间是指每个焊点接触到焊料至离开焊料的这段时间。在考虑焊件的可焊性并兼顾耐焊性的情况下，一般将焊接时间控制在3～5s的范围。在实际生产中，对于每一个被焊组件，在3～5s的范围内应该有一个最佳值，在新产品开始投产时，应取10块板作试焊，通过调整传送速度，观察焊接质量的变化，确定最佳的焊接时间。

若焊接时间过长，使焊剂过多的挥发掉，助焊剂在印制板表面不能成膜，使焊点及板面干燥、焊点粗糙，而且会形成过厚的金属间化合物，导致焊点的机械强度下降；而焊接时间过短（小于2s），会出现桥连、假焊，一部分较大的焊点还会出现拉尖现象，同时会导致板面

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的焊剂残留物增加。

（5）锡峰高度（如图9所示）

锡峰高度是指印制电路板通过锡峰时，锡峰顶部被压低的高度，其高度应控制在印制板厚度的2/3。

若锡峰过高，焊料容易冲上印制电路板的元器件装配面而造成焊件报废；锡峰过低，印制板焊接面受锡流的压力不够，焊缝透气性差，对毛细作用不利，使焊接质量下降，同时，由于印制板受锡流的压力不够，冲刷力也减小，导致板面的焊剂残留物增多。

（6）传送角度（5～7o）

传送角度是指印制板通过锡峰时与水平面的夹角。改变传送角度或速度，实质上是找寻传送速度与波峰锡流流速相等的一点（即传送速度与锡流相对速度为零），如果焊点在这一点离开锡面，就相当于焊点垂直取出，这种分离角为焊料的回流和脱落提供了良好的条件，防止了桥连和拉尖的形成。通常我们可以用试件经过波峰焊后拉尖的方向来判别印制板传送的速度是否与锡流的速度相等，如图10所示。若拉尖方向与V3的方向一致（如图10a），说明V2 ＞V3 。若拉尖方向与V3 的方向相反（如图10b），说明V2 ＜V3 。若无拉尖或拉尖方向与引线垂直向下（如图10c），说明V2 ＝V3 或接近V3 ，此时的传送角度是正确的（垂直向下的拉尖是由于温度不够引起的）。

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3．波峰焊后的补焊

对于通孔插装的组件，在机械焊接后必须进行焊接面的修整，通常称为补焊。因为元器件虽经预成型，但插入后伸出板面的长度不可能全部符合要求，机械焊接的焊点也不可能达到零缺陷，所以补焊是必不可少的。在实际生产中，补焊工序通常不仅仅局限在对焊接面的修整，还需对插装歪斜程度不符合要求的元器件进行修整、对通过大电流的焊点进行加强焊（在焊点上增加焊料）等。具体内容由工艺人员根据需要安排，补焊的工艺规范通常包括如下内容：

（1）补焊内容

① 检查插件面元器件的高度和歪斜程度是否符合要求，对超出允许值的现象进行修正。 ② 检查焊接面是否有漏焊、连焊、半焊、假焊和一引脚未伸出板面等不良现象并负责修

补。

③ 检查是否有元器件漏插，如发现漏件负责补上。 在进行上述各项操作时，应控制好烙铁温度和接触时间，不允许造成铜箔与印制板剥离和断裂现象。

④ 负责修剪引出脚，引出脚长度控制在伸出焊点

1～2㎜，如图11所示，修剪时不允许对引脚有轴向的拉力，不允许造成引脚弯曲，修剪完毕，应用毛刷将剪下的引脚刷清。

（2）插件面元器件的高度和歪斜程度规定

① 卧式安装的元器件

a. 一般电阻器、二极管、跨接线要求自然平贴于印刷板上，若有浮起，则高度m≤

2㎜，若两侧高度不一致，则歪斜程度允许n－m ≤ 2㎜，如图12a所示。 b. 有散热要求的二极管、大功率电阻引出脚弯曲处底部应紧贴板面，如图12b所示。 ② 立式安装的元器件

n－m ≤ 2㎜，如图13a所示。

b. 圆片瓷介电容（包括类似形状的电容），插入印制板后弯曲处紧贴板面。 c. 聚酯薄膜电容、聚丙烯电容等类似电容的引出脚的外包封材料与板面距离m＝

2～6㎜，歪斜程度允许n－m ≤ 2㎜。

d. 铝电解电容器的电容体直径≥10㎜的插入印制板后底部应紧贴板面，直径＜10

㎜的歪斜程度允许n－m ≤ 2㎜。

e. 中周、线圈、集成电路和各种插座若有浮起或歪斜则以引出脚伸出焊点≥1㎜为

允许。

③ 塑料导线插入印板，导线的外塑料皮必须紧贴板面。

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a. 小、中功率晶体管插入印板后，管座与板面的距离为5～8㎜，歪斜程度允许

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4.3 波峰焊设备 波峰焊设备是影响焊接质量的主要因素之一，焊接机的选型应综合考虑技术先进性、生产能力、生产适应性、功能价格比和售后服务等方面的问题。

常用的焊接设备的运行方式有2种：一种是适用于长插/二次焊接方式的环行联动型，如图14所示。这种形式的设备常用于焊接通孔插装方式的消费类产品的单面印制电路板组件。

另一种是适用于短插/一次焊接的直线单体型，如图15所示。它适用于通孔插装和表面安装的各种类型的印制电路板组件的生产，这种运行方式可与插件线连成一体。

波峰焊设备的关键部件为助焊剂发泡装置、预热器、波峰发生器、切引线机和传送机构等，现分别对这些关键部件做简单介绍。

1．助焊剂发泡装置 （1）发泡法（如图16）

通常在液体焊剂槽内埋入具有微孔的砂滤管（即微孔陶瓷），然后注入压缩空气（通常压力在0.4～0.7Mpa），压缩空气可将助焊剂液体吹成均匀的泡沫，细小泡沫的焊剂顺喷嘴溢出，可在印制板的下表面均匀地澄清一层焊剂。

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（2）波峰法（如图17）

在液体焊剂槽内装有涡轮搅拌器，液体状的助焊剂在它的作用下从波峰口喷出，向两侧回流入焊剂槽内，形成双面波，印制电路板从波峰上通过，在焊剂槽的出口处装有软刷，刷去多余的焊剂。

图15

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（3）喷射法（如图18）

① 鼓轮喷雾：通过采用一个旋转的网状

鼓轮，从鼓轮底部的槽中汲取焊剂，随着鼓轮向上旋转，面上的空气射流将焊剂从网状物内以细小的雾滴吹至印制电路板上，通过控制鼓轮的旋转速度、基板的传送速度来掌握所涂敷的焊剂量。

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② 喷嘴喷射：它是一种最新的焊剂涂敷方式，它适用于新型的焊剂类型，如免清洗和

免VOC（易挥发有机化合物）配方。在喷射焊剂的过程中，焊剂被安置在一个密封的容器内，焊剂被喷射时呈现出雾状，这种方式能够精确地控制涂敷的焊剂量。

2．预热器 （1）强迫对流

强迫热空气对流是一种有效和高度均匀的预热方式，它是通过热风机产生均匀对流的热空气，将热量传递给印制电路板组件。这种方式尤其适合于水基焊剂，这是因为它能够提供所要求的温度和空气容量，通过空气的流动帮助水分的蒸发。

（2）石英灯加热

石英灯加热是一种通过红外辐射加热的方法，石英灯是一种短波长的红外线加热源，它能够做到快速地达到所设置的任何预热温度。适用于经常需要变化温度的场合。

（3）热棒（板）加热

热棒（板）加热也是一种通过红外辐射加热的方法，热棒（板）的热量是由具有较长波长的红外线热源所提供。它们通常用于实现单一恒定的温度，这是因为它们实现温度变化的速度较为缓慢。这种较长波长的红外线能够很好地渗透入印制电路板材料中，使印制电路板组件能快速升温，满足生产需要。

3．波峰发生器

波峰发生器是实施焊接的关键装置，它是波峰焊机的心脏，是衡量波峰焊机先进性和兼容性（是否对SMT及THT均适应）的主要判定标准。波峰发生器有多种类型，它的主要区别在于动力形式和波峰形状。

（1）动力形式 ① 机械泵（如图19）

机械泵波峰焊机结构比较复杂，它是通过电机带动叶轮在锡槽内运转，使熔融焊料向上从喷口流出，形成波峰，由于波峰具有旋转分量，需加几次均压稳流才可保持波峰的稳定。机械泵波峰焊机的应用是很普遍的，但它存在很多缺点，如锡槽容量较大；消耗功率大（一般在15kw以上）；叶轮在高温下运转，磨损的金属成分会污染焊料，影响焊接质量；因锡槽容量和锡循环面积大，需加防氧化油措施，会造成印制板的污染问题；因结构复杂，培养维修操作人员有一定的难度等。

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② 传导式电磁泵（如图20）

传导式电磁泵是针对机械泵的缺点而研制的，采用通电导体在磁场中会受到磁场力的作用的原理，通过电极向液态金属传导电流，使其在磁场力的作用下形成循环流动，从波峰口喷出形成空心波，从而取消了机械泵的电动机和叶轮部分。由于其结构简单，20世纪80年代末在美国、瑞士推出时曾兴旺一时，但后来发现，传感电极在窄小泵沟内会产生锡渣堵塞而引起波峰不稳，在电源电压波动时，波峰也会不平稳，这些均直接影响焊接质量，因此停产。

③ 感应式电磁泵

我国于20世纪90年代开发出第1代单向感应式电磁泵（如图21a），使我国的波峰焊制造技术走在了世界前列。在实际应用中发现，它在制造超高波峰（40㎜）和宽波峰（300～400㎜）时，显得力量不足，所以针对这个问题，又开发了第2代三相异步感应式电磁泵（如图21b）。三相异步感应式电磁泵全面地克服了其他电磁泵存在的不足之处，它的原理是利用三相电源相位互差120o，在空间构成一个前进的合成磁场，利用磁场推力形成波峰，采用导电流体、磁稳流技术有效地抑制电网电压波动对焊料波峰所带来的影响，波峰平稳，具有完善的降渣和抑制焊料氧化的措施，它无任何转动部件、无磨损、免维修、结构简单并且波峰高而有力，是一种较理想的动力形式。

（2）波峰形状

为更好地适应各种不同的被焊组件，波峰的形状有多种多样，主要是通过改变喷嘴的几何形状及隔板的强迫限定来实现波形的变化。

传统的波峰焊机的波峰形状有双面波（包括对称或不对称、有支撑或无支撑、窄波或宽波等）和单面波（包括空心波、三角形波、Z形波等）。随着装联技术的发展，为适应SMT的发展需求，又产生了双波峰、Ω波、O波、气泡式氮气超声波等新型波形。

① 双泵双波峰：通常第一波峰为湍流波或δ喷射空心波，第二波峰为层流波（常采用双向宽平波），从而组合成湍流－层流波（如图22）或δ喷射空心－层流波（如图23）的双波峰。湍流波峰的波峰口是2～3排交错排列的小孔或一个宽度在1～2㎜的狭长缝，锡流从孔/缝中喷出，形成快速流动、形如涌泉的湍流波；δ喷射空心波是从倾斜45o的单向峰口喷出，锡流与PCB行走同向或逆向喷出，由于它们具有窜动现象，在焊接过程中有更多的动能，有利于在紧密间距的片状元器件之间注入焊料，但湍流波与空心波形成的焊点是不均匀的，

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还可能有桥接和毛刺存在，所以还需通过层流波焊接，该波波峰平稳，可对焊点进行修整，以消除各种不良现象，所以该波又称为平滑修整补充波。双泵双波峰用于通孔插装基板的焊接时，只需将湍流波峰关闭即可，所以这种波峰焊机的适应性较强。

② Ω波（如图24）：它属于振动波峰，它的主波是一个双向宽平波，在波中引入了超声振动，增加了波面的动能。其方法是在波中装入振动片（靠近基板进口一侧），产生振动幅度受控制的低频振动，由焊料波振动形成的焊料气泡可穿入紧密间距的片状元器件之间，随着基板的前移，振动逐渐减弱，进入双向宽平波的平稳部分（相当于层流波），对焊点进行修整。这种形式虽然只用了单个波峰，但达到了双波峰的效果，它的优点是克服了双波峰机需要2套装置（锡槽、电机等）、焊料用量过大的缺点，而且在焊接细小间距方面效果更好。但需要注意的是气泡会形成细微的锡珠，易诱发电路故障，必须彻底地清洗。

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③ 充气（超声）波：它与Ω波一样，也是一种振动波峰，它是在波峰内加入氮气形成波面抖动的波形，所以思路与Ω波相同。

④ O形波（如图25）：又称旋转波，它的主波类似一个标准双波峰，在波中装入有S形槽口的振动片或S形的叶片，使波峰口的锡流改变为旋转的锡流，使原来平整的平面变成有漩涡的O波面，焊接时，印制电路板首先通过湍急的进口，然后与旋转波接触，最后进入平滑修整波。它是在克服上述几种波形不足的基础上研制的新品种。

4. 切引线机

在波峰焊设备中，切削元器件引脚采用的是高速旋转的飞刀切头方法，又称旋风切削。 （1）旋风切削原理

刀具在高速旋转的状态下，可使每转的切削量变小，转速越高，进给量越小，刀具的实际切削量也就越小，就可使刀具变得非常锋利。利用这一原理，在波峰焊设备中，只要刀具的转速足够高（一般为4000～6000转/min），就完全可以将已预焊固定的元器件引线的多余部分在没有模板的情况下切削下来。

（2）切削刀具

常用的刀具有下列几种类型：

① 纸基砂轮式：是一个在厚度很薄的特殊纸基的两面粘上砂粒而形成的砂轮，在很高的转速（＞4000转/min）下，可顺利地切削引线。

② 镶嵌式硬质合金刀：这种刀具是将许多硬质合金的刀片镶装于钢质刀盘上形成的，是一种多齿式刀盘。镶嵌的形式可以是铜焊连结，也可以采用其他方式连结，但都必须保证在高速转动、刀头本身的离心力、切削力和切削震动的作用下，刀头不致脱离，也不致在加工和重新刃磨的磨削力和磨削发热的情况下引起刀头龟裂和脱落。

③ 全硬质合金无齿刀：是一种常用的刀具，整块刀具都是用硬质合金制成的，厚度一般较薄，常用的约为3～4㎜。

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（3）工件的夹持和运送

在选择良好的刀具的前提下，工件的夹持和运送是保证切削质量的2个关键参数。飞刀切头是在没有模板的情况下进行的，为了有效地切断引线，不使引线因受切削力而弯曲，因此要求刀具的转速很高，而且切削平面一般离印制板平面很近，这就对工件的夹持提出了较高的要求：

① 必须有足够的夹持力，切削时仍保持平整，无上下松动现象，使印制板不因切削震动而松脱。

② 保持有正确、统一的夹持高度，切削后元器件引出脚长度保持一致，不致误伤夹具和印制板。

③ 整个切刀平面对于工件被切平面的仰角为0.2～0.5 o。

④ 工件运送应该是非常平稳的，不允许有冲动，并且可以自由调速以选择最佳的进给速度。在切削受阻或切削力过大的情况下，应有警报装置、自动停止运送或使夹持打滑的保护功能。

5．传输机构

夹持印制电路板组件的机械结构通常有两种方法，即：框架式及指爪式。采用指爪式时，印制电路板组件在出口处自动予以松开，而框架式则需要人工取出，框架式往往应用在长插/二次焊接的环行焊接机。对传送机构主要有下列要求：

（1）夹持印制电路板的宽度能够调整，以满足不同尺寸类型的印制电路板的需求。 （2）运行必须平稳，在运行中能维持一个恒定的速度。

（3）为满足产量及最佳焊接时间的需要，传输的速度一般要求在0.25～3m/min范围内可无级调速。

（4）印制电路板通过波峰时有微小的仰角，其角度一般要求在4～9o范围内可调整。

6．空气刀

空气刀又称热风刀，是通过压缩空气的喷嘴定向向板面吹出热风，通常设置在2个部位，一是在涂敷焊剂装置的出口处以提高助焊剂的涂敷质量，加温的压缩空气从沟槽孔口吹出形成了剪切力，使焊剂铺展开，以确保其渗透入凹陷部位，并将多余的焊剂吹入焊剂槽；另一个是在焊接波峰的出口处，可削除毛刺和桥接，那么，就不必安装这种装置了。

7．新型波峰焊机

为实现快速响应转换产品的需要，新型波峰焊设备的适应能力有了很大提高，主要表现在：

（1）可以实现柔性化的焊料波峰控制，以满足实现各种各样的波峰动态特性和形状，从简单的层状波峰至可选择的高能切削波；具有焊料液面监测控制器和自动化的焊料供料器；

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焊料槽可根据需要延伸和滑动。

（2）具有可供选择的多种助焊剂涂敷式—发泡、波峰、喷嘴喷雾或鼓轮喷溅等。 （3）具有可选择的预热方式—选择中等波长红外线加热、短波长石英灯或对流加热选择顶部和底部加热；预热长度可以随着预热区的增加而延伸。

（4）助焊剂涂敷装置和预热装置模块化，在基本设备中均不包含，仅包含在附加的扩展组件中，可自由选择。

（5）传输带的装载和卸载部分可以延伸，传输带的宽度可调整。

5、再流焊

再流焊是表面组装技术的关键核心技术。又称为重熔群焊，它是为适应SMT而研制的一种新型的焊接方法，它应用于焊接全表面安装组件。

5.1 再流焊类型 再流焊可采用不同的加热热源，通常有热板传导、热风对流、红外辐射、蒸汽冷凝潜热和激光照射等方式。由于采用不同的热源，再流焊机有热板再流焊机、热风再流焊机、红外再流焊机，红外热风再流焊机、汽相再流焊机和激光再流焊机等。不同加热方式的工作原理是不同的。

1．对流/红外再流焊（C/I）

在红外再流焊（IR）中，往往同时采用红外辐射和强制热风对流的复合加热方式，称为对流/红外再流焊。这种复合加热方式，可弥补由于基板组成材料和元器件的包封材料对红外线的吸收比例不同（色彩灵敏度）和辐射被遮挡（阴影效应）而引起的升温不匀。

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该设备通常为隧道式，可与自动线连接。焊接时，焊接对象随着传动链（带）机构匀速地进入隧道式不锈钢炉膛，安装在炉膛上下的通电陶瓷发热板辐射出红外线，同时，热风机使热空气产生均匀对流。焊接对象在炉膛内依次通过3个区域，先进入预热区，挥发掉焊膏中的低沸点溶剂，然后进入再流区，预先涂敷在基板焊盘上的膏状焊料（焊膏）在高于焊料合金熔点20～50oC的热空气中再次熔融，润湿焊接面，完成焊接后，进入冷却区使焊料冷却凝固，图27为红外再流焊设备的功能示意图。

这种形式的优点是预热和焊接可在同一炉膛内完成，通用性强（可用于胶粘剂的固化），而且无污染，适合于单一品种的大批量生产，在我国应用最为普遍；缺点是由于循环空气会使焊膏外表形成表皮，使内部溶剂不易挥发，再流焊期间会引起焊料飞溅而产生微小锡珠，需彻底清洗。

2．热板再流焊

与红外再流焊不同的是加热热源是热板，焊接对象是直接放置在发热板上，通过焊接对象与发热板直接接触，热量由底板背面传导到焊料上。它也有3个工作区，焊接原理与上述相同。由于它是依靠接触传导热量，所以这个方法只适用于小型单面安装的基板，通常应用于厚膜电路的生产。

3．汽相再流焊（VPS）

汽相再流焊是通过加热一种氟碳化合物液体（俗称氟油），使之达到沸腾（约215oC）而蒸发，产生温度等于沸点的高温蒸气，当温度较低的焊接对象进入饱和蒸气区之后，高温蒸气向该物体表面凝集，放出汽化潜热，使之升温。直到焊接对象温度达到饱和蒸气的温度时时，凝集和放热过程才结束。图28为汽相再流焊机的功能示意图。

这种方式的优点是焊接温度控制方便，峰值温度稳定（等于工作液的沸点），因此更换产品花费的调机时间短（唯一需要调节的是传送速度），更适合于小批量多品种的生产。汽相再流焊的缺点是不能对焊件进行预热，因此焊接器件与板面温差大，容易发生因“吸吮现象”而引起的脱焊，而且工作液（氟碳化合物）成本高，在工艺过程中容易损失并且污染环境。

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为改善这个缺点，最新发展的汽相焊主要有2种：一种是双蒸气系统，它用比较便宜、比较轻的次级蒸气封盖较贵的初级蒸气，防止初级蒸气挥发逃逸。另一种是单蒸气连续系统，依靠机械结构来防止液体损失。

4．激光再流焊

激光再流焊是一种新型的再流焊技术，它是利用激光光束直接照射焊接部位而产生的热量使焊膏熔化而形成良好的焊点，它能根据需要对同一电路板的不同焊点提供不同的热量。它主要控制的是激光的功率、类型、光束宽度及照射时间（约300ms左右）等因素。通常，有2类激光器可用于焊接，即二氧化碳（CO2）气体激光器和YAG－Nd 激光器，其中CO2激光器较为普及。

激光焊是对其他再流焊方式的补充而不是替代，它主要应用在一些特定的场合。如焊接一些在汽相焊或红外焊中易受热损伤或易开裂的元器件，它们用激光焊则不会产生任何问题；用于在元器件密集的电路上除去某些电路线条或增添某些元件，它们用激光焊则不会产生任何问题；用于在元器件密集的电路上除去某些电路线条或增添某些元件，无须对整个电路板加热。

激光焊除了可以应用在一些特定的场合，它与其他再流焊相比还具有一些优点，即焊接时整个电路板不承受热应力，因此不会使电路板翘曲；由于再流焊时间短，不会形成较厚的金属间化物层，所以焊点质量可靠。

尽管激光焊能形成较可靠的焊点，但焊接时还存在一些工艺问题，如激光光束宽度调节不当时，会损坏相邻元器件；焊接时容易产生焊料球等。

虽然激光焊每个焊点的焊接时间仅为300ms，但它是逐点依次焊接，而不是整体一次完成，所以比其他焊接方法缓慢，而且设备昂贵，因此生产成本较高，阻碍了它的广泛应用。

5.2 再流焊工艺参数的确定

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再流焊与波峰焊不同的是焊接时的助焊剂与焊料（焊膏）已预先涂敷在焊接部位，而再流焊设备只是向SMA提供一个加温的通道，所以再流焊过程中需要控制的参数只有一个，就是SMA表面温度随时间的变化，通常用一条温度曲线来表示（横坐标为时间，纵坐标为SMA的表面温度）。红外焊的理想温度曲线如图29所示。

为了取得良好的焊接质量，我们希望焊件在通过再流焊设备的整个过程中，其表面温度随时间的变化能符合理想的要求，所以，首先应对焊接的温度曲线进行设计。那么，温度曲线的设计应遵循哪些原则呢？

1．温度曲线的确定原则

SMA在再流焊设备中，虽然经过的是一个连续的焊接过程，但从焊点形成的机理来看它是经过3个过程（预热、焊接和冷却），这3个过程有着不同的温度要求，所以我们可将焊接全过程分为3个温区：预热区、再流区和冷却区。

（1）预热区

预热的主要作用与波峰焊的预热相同。在预热区，必须严格控制升温的速度、预热的最高温度和预热的时间。上述参数值不足或过量均会引起不良后果，确定的具体原则是：

① 预热结束时的温度为140～160 oC，SMA各部位的温度应尽量均衡； ② 预热时间一般推荐为160～180s； ③ 升温的速率≤3 oC/s。

这里要说明的是，这个升温的速率只适合于红外焊，在汽相焊时有可能高达50 oC/s，通过一系列的措施，也只能将其控制在15 oC/s，所以汽相焊容易产生元器件直立和引脚吸吮焊料等不良现象。

确定预热时间还应考虑到焊膏中的焊剂体系有快干型和慢干型2种。应根据不同的烘干特性来确定。对于红外再流焊一般不另设烘干工序，而是用红外炉本身的预热段来完成。焊接对象的传送速度主要是根据满足再流区的焊接参数确定的，因此预热时间不能独立考虑，只能用快干型的焊膏。而汽相焊的预热区是独立设置的，因此2种体系均可使用。

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（2）再流区

进入再流区后，预先涂敷在基板盘上的膏状焊料（焊膏）被加热再次熔融，润湿焊接面，在元器件的电极与焊盘之间形成弯月面的焊点。

在再流焊区，必须严格控制焊接的峰值温度及焊接时间，在获得良好焊点的前提下，焊接时间应掌握最小值。确定的具体原则是：

① 焊接的峰值温度一般推荐为焊膏合金熔点温度加20～40 oC，红外焊一般为210～230

o

C；汽相焊加热的最高温度由工作液的沸点所决定，一般为205～215 oC。

② 焊接时间控制在15～60s，最长不要超过90s，其中，处于225 oC以上的时间应小

于10s，215 oC以上的时间应小于20s。

时间过长或温度过高，均有可能引起元器件焊端发生银耗现象，降低焊缝强度，并有可能热损伤元器件，使基板变色或翘曲；反之，时间和温度不足，会使具有较大热容量的元器件焊缝形成虚焊。

（3）冷却区

离开再流区后，基板进入冷却区，控制焊点的冷却速率也十分重要，冷却速率越快，焊料的晶粒尺寸越小，机械强度越强，这样才能保证焊点的可靠性和良好的外观。再流焊设备中通常是采用风扇冷却的手段。冷却温度的确定原则是：

① 冷却区降温速率大于10 oC/s。 ② 冷却终止温度不大于75 oC。

2. 实际温度曲线的确定

在实际应用中，焊件温度变化完全符合理想曲线是不可能的。因为影响焊件升温速率的因素是很多的，不同的体积、表面积和包封材料的元器件，不同材料、厚度和面积的印制电路板，不同的焊膏和涂敷厚度均会影响升温速度，因此焊件上不同点的温度会有一定的差异，最终只能在诸多因素下确定一个相对最合理与折衷的曲线。

在再流焊中，焊接的温度变化是通过对设备的调节实现的，如红外焊是调节炉温和传送带速度，汽相焊是调节升降器/传送带的速度和主蒸气区的停留时间。对设备的调节过程，也就是实际温度曲线的确定过程，具体的调节步骤如下：

（1）设定传送带速：按照生产量设定传送带速，但不能超过再流焊工艺允许的最大（小）速度（这里指应满足预热升温速率、焊接峰值温度和再流焊时间）。

（2）设定炉温：一般凭经验和有关的技术资料进行初次设定。

（3）温度曲线测试：在确保炉内温度稳定后，进行初次焊接试验，并对SMA的表面温度变化进行首次测定。

（4）炉温及带速的调整：分析所测得的温度曲线与所设计的温度曲线的差别，进行炉温和带速的调整。

（5）重复（3）、（4）过程，直到所测温度曲线与设计的理想温度曲线基本一致为止。

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3．温度曲线的测试方法

测试温度曲线的仪表是温度采集器（图30），它可以直接打印出实测的温度曲线。测试方法及步骤如下： （1）选取测试点

通常至少应选取3个测试点，它们分别能反映SMA的最高、最低及中间温度的变化。如何确定这3个位置呢？SMA上各部位的温度与很多因素有关，但主要与传送方式、元器件的大小以及在PCB上所处的位置有关，一般可通过试验得出。

（2）固定热电偶测试头

测试点确定后，必须将温度采集器上的热电偶测量头分别可靠地固定到焊接对象的测试点部位。固定方法可采用高温胶带、贴片胶或焊接，若采用焊接方法时，焊点要尽量小和均匀。在头部固定的同时，还需固定热电偶丝以免移动造成头部的松动。

（3）进入炉内测试

将焊接对象连同温度采集器一同置于再流焊机入口处的传送链/网带上，网者的距离应大于100㎜。随着传送链/网带的运行，温度采集器将自动完成测试全过程，并将实测的3条温度曲线显示或打印出来，它们分别代表了焊接对象表面最高、最低和中间温度的变化情况。

本章，我们对锡焊原理、锡焊材料及锡焊方法（烙铁焊、波峰焊、再流焊）的有关工艺技术做了比较系统的介绍，了解了影响焊接质量的诸因素，那么，对焊接结果—锡焊点的质量应该如何来判别呢？我们将在以后的相关课程中做比较详细的介绍。

练习题：

1．在焊接学科中，电子产品的锡焊是属于哪一范畴？为什么？ 2．请简要叙述锡焊的机理。

3．请画出下列图中焊点的润湿角，并说出属于何种润湿状态（完全润湿、已润湿、未润湿、完全不润湿）？

4．锡铅系焊料共晶点的铅锡比是多少？熔点是多少？在实际使用中，常用的共晶焊料的锡铅比为多少？

5．什么是助焊剂？在焊接中助焊剂有哪些作用？

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6．简述常用助焊剂的种类，松香树脂型助焊剂是如何分类的？并写出各种类别的简称。电子产品的装联中绝对不允许使用哪几种助焊剂？

7．烙铁焊前应做什么准备？烙铁焊的操作动作可分解为哪几步？各步骤的操作要领是什么？

8．请说出下列烙铁焊动作是否准确：

（1） 烙铁头先与焊锡丝接触，熔化的焊锡滴入工件后，烙铁马上与工件接触。 （2） 烙铁头接触工件的同时送上焊锡丝。 （3） 烙铁头先与工件接触，然后送上焊锡丝。 （4） 焊锡丝与工件的接触部位在烙铁头的对侧。 （5） 焊锡丝与工件的接触部位与烙铁头在同一点。 （6） 烙铁头脱离焊点的动作要迅速。 （7） 烙铁头脱离焊点的动作要缓慢。

（8） 焊锡丝的供给量应掌握焊点（印制板上的）轮廓呈外凸圆弧状。 （9） 烙铁头脱离焊点的时间掌握在焊锡完全润湿工件，助焊剂完全挥发后。

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9．请说明“一次焊”与“二次焊”的工艺流程，并比较2种方法的优缺点，在焊接方案选择时，应优先选用哪一种方法？

10．请说明波峰焊接前涂敷助焊剂和预热的作用分别是什么？

11．请写出下列焊接工艺参数的正确值：

（1）助焊剂比重 ； （2）预热温度 ； （3）焊接温度 ； （4）焊接时间 ； （5）锡峰高度 ； （6）传送角度 。

12．请分析在波峰焊后出现下列现象的主要原因是什么？

（1） 焊点表面粗糙，无光泽。 （2） 出现较多桥连现象。 （3） 焊点引线的端头出现拉尖。 （4） 焊点内部出现气孔。

（5） 焊料对引线的润湿角大于90o、焊料对焊盘的润湿角大于90o。 （6） 焊料未完全覆盖引线孔。

13．简述适合SMA焊接的几种新型波峰焊的波峰形状。

14．简述再流焊的类型及简单工作原理。

15．再流焊的温度曲线是表示什么？在实际应用中，如何确定实际温度曲线？

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6、新工艺简介

进入21世纪，随着电子产品向着“轻、薄、短、小”方向不断改进的需要，表面安装的发展趋势是向最短的互连线、最高的组装密度、最少的布线层数、最合理的位置布局和最少干扰的电路设计方面不断进步。为适应这种发展趋势，第5代电子装联技术—MPT将导致装联技术的又一次“革命”。

同时，随着人们环境保护意识的增强，创建绿色生产线已成为装联生产的发展方向，因此，本世纪锡焊技术的发展重点是惰性气体保护焊接、免清洗焊接、无挥发有机化合物焊接和免焊剂焊接。

6.1 焊接技术最新进展 6.1.1 惰性气体保护焊接

熔化的焊料暴露在大气中时，会很快出现氧化现象，形成一层薄薄的氧化锡和氧化铅层，统称为氧化皮，它不仅会破坏波峰的动态特性，而且直接导致了焊料的大量损失。

为防止氧化皮的的形成，可以通过避免焊料表面直接接触空气来实现。最常用的办法是在焊料中掺入高温矿物油，这种油膜薄层浮在焊料的表面，可以起到隔绝空气的作用，同时也降低了焊料的表面张力，增加了润湿能力，有效地减少氧化皮的形成并改善了焊接工艺的效果，但其副作用是矿物油对板面的污染和高温下产生的刺激气味对环境的污染，这使人们必须寻求其他的解决途径。

近年来，在惰性气体氛围下焊接的新工艺诞生了，它既消除了氧化皮，又防止了焊件在高温下的氧化，从而提高了润湿性能。所以，新型的焊接设备一般均具有可供选择的氮气保护功能，在波峰焊或再流焊设备中充入氮气。充氮区段的结构有隧道式和头罩式2种，隧道式是将预热和焊接区域全部密封在冲氮的管道内，可以将焊料与氧的接触机会降低至5×10

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或者更低；而头罩式仅在焊接部位的波峰口上装有氮气罩，氮气仅覆盖在焊料溢出口的焊接部位，所以这种结构焊料与氧的接触机会比隧道式高一倍。隧道式充氮管道内可安装含氧量检测仪，按设定的含氧量数据自动检测并控制充氮流量，这种结构对提高焊接质量和减少焊料的氧化更有利，但氮气的耗用量较多。头罩式的充氮部位一般不设含氧量检测，其耗氮量较少，维修更方便。

6.1.2 再流焊的新发展—穿孔回流焊

目前使用的再流焊设备有一定的局限性，它只能适用于全表面安装电路板的焊接，而混合安装电路板在焊接通孔插装焊点时必须采用波峰焊。随着SMT的发展，波峰焊方式已不能适应不断升级的高密度组装要求，主要反映在焊接高密度电路板时桥接、漏焊的增加；在焊接双面板时，A面焊好后在B面进行波峰焊时会造成A面元器件的重熔移位和热敏器件的损

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坏；焊接时需要整个板面涂敷助焊剂，使板面的有害残余物难以消除等一系列问题，因此，有必要寻求一种更理想的焊接方式。

为此，人们研制出一种新型的焊接方式—穿孔回流焊（PIHR）。它实际上是一种用再流焊方式焊接通孔插装焊点的新工艺，它的应用拓宽了再流焊的适用范围，有效地解决了波峰焊在焊接高密度电路板的通孔插装焊点上的难点。在表面安装领域，穿孔回流焊已有逐步取代波峰焊的趋势。

穿孔回流焊工艺的具体步骤如图31所示。

（1）涂膏：焊膏通过安装在焊膏盘上的管嘴（针管）漏印在通孔插装的焊盘上。具体方法是将已安装好片状元器件的印制电路板放置在托盘上（通孔插装焊盘朝上），管嘴盘上装有与焊盘位置相对应的管嘴，由定位系统将管嘴孔对准焊盘，再刷动刮刀，焊膏将通过管嘴漏印在焊盘上，如图32所示。

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（2）插件：将印制电路板翻转，插入有引线元器件。

（3）焊接：印制电路板置于穿孔回流炉的上方，由定位系统将焊盘与回流炉上方的管嘴孔对准，焊接时管嘴孔直接向焊盘吹出热风，使焊膏融化，形成焊点，如图33所示。

穿孔回流焊的加热方法具有明显的优越性，其一，由管嘴直接向焊点加热，所以加热均匀、无温差；其二，加热部位是局部的，可完全避免热应力对已焊片状元器件的不良影响；其三，有效地克服了整板涂敷助焊剂而造成的污染；其四，大大节约了能源。穿孔回流焊的局限性是必须制作专用的管嘴盘，因此，适用于已定型的批量产品。

目前，我国生产调谐器和高技术、高附加值通信产品的一些企业已率先使用PIHR工艺，预计在不久的将来这项新工艺会被普遍采用。

6.1.3 焊料的无铅化

长期以来，在电子产品的装联中，一直采用锡－铅系焊料作为焊接材料。在电子工业中铅的使用量约占整个铅的消耗量的7%，但由于铅对环境的污染以及对人体的有害作用，已成为电子装配行业消除的目标，无铅焊料的研究和试用已成为热门课题。近年来，在美国、欧洲和日本都成立了一些机构专门从事取代Sn-Pb系焊料中Pb的研究工作，并且取得了很大进展。

目前正在研究的无铅焊料有以下3种。16

［

］

（1）寻求无铅的金属合金替代Sn-Pb系焊料

这是当前研究得最多、最有前途的替代Sn-Pb焊料的途径。如采用Sn基焊料、In基焊料和Bi基焊料，但是In储量很少，比Sn-Pb焊料成本高20倍，Bi在地球上的储量也有限，因此Sn基焊料是主要的选择方向。

美国Sandia国家研究所的科学技术中心对4种Sn基焊料进行了润湿性能的试验，它们的合金含量分别是96.5Sn-3.5Ag、95.5Sn-4.0Cu-0.5Ag、95Sn-5Sb和100Sn，结果表明，所有富锡无铅焊料的润湿性能基本处在适用范围内，但由于表面张力较大，使润湿角较大。

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另有研究表明，一种由锡－银－铜－锑组成的合金可作为无铅Sn基焊料，其大致的配比范围为96.2Sn-2.5Ag-0.8Cu-0.5Sb，其熔点范围是210～216oC，润湿性能与63Sn-37Pb焊料相仿，晶粒结构的金相分析表明，形成的焊缝与63Sn-37Pb焊料基本接近，符合可靠性要求，它最大的优点是与锡铅焊料的兼容性，两者可以互相混用。

综合研究结果表明，富锡无铅的Sn基焊料是替代Sn-Pb焊料最有前途的选择物。

（2）采用导电粘接剂替代Sn-Pb系焊料

导电粘接剂的研究已有50年的历史，SMT的兴起和发展才真正为它在电路组装中的应用提供了最佳的环境。从20世纪80年代以来，随着无焊接连接研究的逐步深入，加快了导电粘接剂的研究步伐，其中最成功的是叫做“Poly Solder”的各向同性填充金属的导电粘接剂，现在美国已有大量电子组件采用这种粘接剂进行组装。另一种聚酯类粘接剂是各向异性导电粘接剂，已有30年的研究历史，20世纪80年代以来对这种粘接剂的研究工作特别活跃。

目前，正在进行将导电粘接剂应用于倒装片连接的研究，即硅片与基材（陶瓷、印制板或柔性材料）之间的连接不采用焊料，而是用粘接剂代替，这种连接形式的倒装片称为FCAA型，当前尚处于开发的初期。

（3）采用非传统金属代替Sn-pb系焊料

这种方法主要初步应用于元器件的微组装上，如镓基汞剂被用于芯片粘接和倒装片的凸点电极与SMB的连接。

目前，在国外已逐步商品化的无铅免清洗焊料（焊膏），但在很多方面它还无法全面取代传统的Sn-Pb焊料，因此，还需加快开发研究焊料的无铅化，为保护人类的生存环境而努力。

6.2 免清洗技术 众所周知，，大气臭氧层被破坏是当今面临的3大全球性环境问题之一，因而受到了全世界的极大关注。为此，国际上已于1985年和1987年分别制定了保护臭氧层的《维也纳公约》和关于消耗臭氧层（ODS）物质的《蒙特利尔议定书》。我国书1991年6月参加修订《蒙特尔议定书》而成为缔约国之一，并承诺到2006年我国的清洗行业逐步停止使用ODS物质。为此，各国均在积极采取措施，寻找替代ODS溶剂清洗技术的各种途径。

目前，国际上淘汰ODS溶剂清洗技术的方法已基本成熟，并逐步深化发展，这些技术包括免清洗技术、水清洗技术、半水清洗技术和替代ODS溶剂清洗技术（在第8.4.5节中已做介绍）。在这些技术中，水清洗和半水清洗不仅设备费用大、占用场地大，耗电量大，还需增加水处理和废水处理等环节，而溶剂清洗中溶剂本身的成本高，而且还存在挥发性有机化合物（VOC）污染和工人操作安全等问题。因此，免清洗技术必然是一种最有发展前途的技术，受到各国的普遍重视。

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6.2.1 免清洗的概念

1．什么是免清洗

免清洗是指在电子装联生产中采用低固态含量、无腐蚀性的助焊剂，在惰性气体环境下焊接，焊后在电路板上的残留物极微、无腐蚀，且具有极高的表面绝缘电阻值（SIR），一般情况下不需要清洗即能达到离子洁净度的标准，可直接进入下道工序的工艺技术。

必须指出的是“免清洗”与“不清洗”是绝对不同的2个概念，所谓“不清洗”是指在电子装联生产中采用传统的松香助焊剂（RMA）或有机酸助焊剂，焊接后虽然板面留有一定的残留物，但不用清洗也能满足某些产品的质量要求，如家用电子产品、专业声视设备、低成本办公设备??等产品，它们生产时通常是“不清洗”的，但绝不是“免清洗”。

2．免清洗的优越性

（1）提高经济效益：实现免清洗后，最直接的就是不必进行清洗工作，因此可大量节约清洗人工、设备、场地、材料（水，溶剂）和能源的消耗，同时由于工艺流程的缩短节约了工时，提高了生产效率。

（2）提高产品质量：由于免清洗技术的实施，要求严格控制材料的质量，如助焊剂的腐蚀性能（不允许含有卤化物）、元器件和印制电路板的可焊性等；在装联过程中，需要采用一些先进的工艺手段，如喷雾法涂敷助焊剂、在惰性气体保护下焊接等。实施免清洗后，可避免清洗应力对焊接组件的损伤，因此免清洗对提高产品质量是极为有利的。

（3）有利于环境保护：采用免清洗技术之后，可停止使用ODS物质，也大幅度地减少了对挥发性有机物（VOC）的使用，从而对保护臭氧层具有积极作用，是造福于子孙后代的一项重要举措。

6.2.2 免清洗材料的要求

1．免清洗助焊剂

要使焊接的的PCB板面不用清洗就能达到规定的质量水平，助焊剂的选择是一个关键问题，通常对免清洗助焊剂有下列要求。

（1）低固态含量：2%以下

传统的助焊剂含有较高的固态含量（20%～40%），用这种助焊剂焊接后的PCB板面留有非常明显的残留物，而免清洗助焊剂的固态含量要求低于2%，而且不能含有松香，所以焊接后板面基本无残留物。

（2）无腐蚀性：不含卤素、表面绝缘电阻＞1.0×1011Ω

传统的松香助焊剂因为有较高的固态含量，焊接后可将部分有害物质“包裹”起来，隔绝与空气的接触，形成绝缘保护层，而免清洗助焊剂，由于极低的固态含量不能形成绝缘层，若有少量的有害成分残留在板面，就会导致腐蚀和漏电等严重不良后果。因此，免清洗助焊

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剂中不允许含有卤素成分。

对助焊剂的腐蚀性通常采用下列几种测试方法： ① 铜镜腐蚀测试：测试助焊剂（焊膏）的短期腐蚀性。 ② 铬酸银试纸测试：测试焊剂中卤化物的含量。

③ 表面绝缘电阻测试：测试焊后PCB的表面绝缘电阻，以确定焊剂（焊膏）的长期电学

性能的可靠性。

④ 腐蚀性测试：测试焊后在PCB表面残留物的腐蚀性。 ⑤ 电迁移测试：测试焊后PCB表面导体间距减小的程度。 （3）可焊性好：扩展率≥80%

可焊性与腐蚀性是互相矛盾的指标，为了使助焊剂具有一定的消除氧化物的能力，并且在预热和焊接的整个过程中均能保持一定的活性，就必须包含某种酸。在免清洗助焊剂中用得最多的是非水溶性醋酸系列，配方中可能还有胺、氨和合成树脂，不同的配方会影响其活性和可靠性。不同的企业有不同的要求和内部控制标准，但必须符合焊接质量高、无腐蚀性的使用要求。

助焊剂的活性通常是用PH值来衡量的，免洗助焊剂的PH值应控制在产品规定的技术条件范围内（各生产厂家的PH值略有不同）。

（4）免清洗印制电路板和元器件

在实施免清洗工艺中，印制电路板及元器件的可焊性和清洁度是需要重点控制的问题。为确保可焊性，在要求供货商保证可焊性的前提下，生产厂应将其放在恒温干燥的环境中，并严格控制在有效的储存时间内使用。为确保清洁度，生产过程中要严格地控制环境和操作规范，避免人为的污染，如手迹、汗迹、机油、灰尘等。

6.2.3 免清洗焊接工艺

在前面章节中我们已经了解焊接工艺过程及有关工艺要求，在采用免清洗助焊剂后，虽然焊接工艺过程不变，但实施的方法和有关的工艺参数必须适应免清洗技术的特定要求，主要内容如下。

1．助焊剂的涂敷

为了获得良好的免清洗效果，助焊剂涂敷过程必须严格控制2个参数，即助焊剂的固态含量和涂敷量。

通常，助焊剂的涂敷方式有发泡法、波峰法、喷雾法3种。在免清洗工艺中，不宜采用发泡法和波峰法，其原因是多方面的，第一，发泡和波峰法的助焊剂是放置在敞开的容器内，由于免清洗焊剂中的溶剂含量很高，特别容易挥发，从而导致固态含量的升高，因此，在生产过程中，要使助焊剂的成分始终保持不变是有困难的，且溶剂的大量挥发也造成了污染和浪费；第二，由于免清洗助焊剂的固态含量极低，不利于助焊剂的发泡；第三，涂敷时不能控制助焊剂的涂敷量，涂敷也不均匀，往往有过量的焊剂残留在板的边缘。因此，采用这2

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种方式不能得到理想的免清洗效果。

喷雾法是最新的一种焊剂涂敷方式，最适用于免清洗助焊剂的涂敷。因为助焊剂被放置在一个密封的加压容器内，通过喷口喷射出雾状涂敷在PCB的表面，喷射器的喷雾量、雾化程度、喷雾宽度均可调节，所以能够精确地控制涂敷的焊剂量。由于涂敷的焊剂是雾状薄层，因此板面的焊剂非常均匀，可以确保焊接后的板面符合免清洗要求。同时，由于助焊剂是完全密封在容器内，所以不必考虑溶剂的挥发和吸收大气中的水分，这样可保持助焊剂比重不变，一次加入后，用完之前都不需更换，使助焊剂的用量减少约六成。因此，喷雾涂敷方式是免清洗工艺中首选的一种涂敷工艺。

在采用喷雾涂敷工艺时必须注意一点，由于助焊剂中含有较多的易燃性溶剂，喷雾时散发的蒸气存在一定的危险性，因此使用喷雾涂覆工艺时，需具有良好的排风设施和必要的灭火器具。

2．预热

涂敷助焊剂后，焊接件进入预热工序，通过预热挥发掉助焊剂中的溶剂，增强助焊剂的活性，在采用免清洗助焊剂后预热温度应控制多少最为恰当呢？

实践证明，采用免清洗助焊剂后，若仍按传统的预热温度（100＋10oC）来控制，则有可能产生不良的焊接效果。其主要原因是：免清洗助焊剂是一种低固态含量、无卤素的助焊剂，其活性一般较弱，而且它的活性剂在低温下几乎不能起到消除金属氧化物的作用，随着预热温度的升高，助焊剂逐渐开始激活，当温度达到100 oC时活性物质才被释放出来与金属氧化物迅速反应。另外，免清洗助焊剂的溶剂含量相当高（约97%）。若预热温度不足，溶剂就不能充分挥发，当焊件进入锡槽后，由于溶剂的急剧挥发，会使焊料飞溅形成焊料球和不良焊点。因此，免清洗工艺中控制好预热温度是重要的环节，通常要求控制在传统要求的上限：100～110 oC。

3．焊接

由于严格控制了助焊剂的固态含量和腐蚀性，其助焊性能必然受到限制。要获得良好的焊接质量，必须对焊接设备提出新的要求－具有惰性气体保护功能。关于在惰性气体的氛围下焊接前面已有介绍。在惰性气体的氛围下焊接可有效地弥补免清洗助焊剂的弱点和焊料残渣对板面的污染。

除了采取上述措施外，免清洗工艺还要求更严格地控制焊接过程的各项工艺参数，主要包括焊接温度、焊接时间、波峰高度和传送角度等。应根据所使用的不同类型的免洗助焊剂调整好波峰焊接设备的各项工艺参数，才能获得满意的焊接效果。

另外，要形成高质量的焊点，焊料的成分也是需要控制的因素之一，要求选用锡铅比为Sn63%、Pb37%的共晶焊料，对焊料要定期取样分析，确保合金成分和杂质含量符合标准。

总之，免清洗技术涉及到材料采购、基板设计、过程控制、焊接设备、焊后检测和工人培训等一系列因素的设计和优化，只有各种因素配合得当才能取得满意的免清洗焊接效果。

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实施免清洗技术是一项系统工程。在电子装联工艺中，免清洗技术是今后发展的方向，是淘汰ODS的有效途径之一，该技术的大力推广和应用，将会推动我国尽早淘汰ODS的进程，从而提高企业的经济效益并保护了地球环境，其意义是极其深远的。

6.2.4 无挥发有机化合物焊接

1．什么是VOC Free焊料

在免清洗技术中，采用了低固态含量和不含卤素的助焊剂，从而免除了溶剂清洗，实现了淘汰ODS物质的目的，但是，还未从根本上解决环境污染问题。由于在免清洗助焊剂中大量存在的溶剂均是以醇类、酯类等挥发性有机化合物（VOC），以VOC作为主溶剂的助焊剂在常温下很容易蒸发产生烟雾，这种混在空气中的烟雾对人的呼吸道有不良影响，因此，国外许多地区为了净化空气已控制使用VOC，如1990年美国环境保护部已制定了“空气清洁法令”限制易挥发有机化合物的使用量。可以预见，在不久的将来继美国和经济发达国家环保部门之后，其他各国政府也会提出对VOC污染环境的对策并限制VOC的使用。

国外不少生产电子产品的公司在20世纪90年代初期就开始从事挥发有机化合物助焊剂的研究，产品已投放市场，这种无VOC的助焊剂通常称为VOC Free焊剂。这类焊剂是以去离子水为主溶剂，加入活性剂、发泡剂、接触剂、防菌剂和非VOC溶剂等，按一定配比组成的，这种助焊剂在使用过程中不会产生对环境的污染，由于水的浑发性小，组分稳定性好，酸值比较稳定，可以不加稀释剂单组分使用，所以控制管理比较方便。

在免清洗工艺中，用VOC Free焊剂的免清洗效果更好，主要表现在使用焊剂量可减少，在印制电路板上残留物更少，经离子污染度测试证明，VOC Free焊剂的离子污染度小于 2μg /cm2。

2．VOC Free焊剂的使用

VOC Free焊剂是一种新型材料，在使用前须注意下列问题：

（1）VOC Free主溶剂是水，它的热容量大，挥发慢，要求焊接设备有充分的预热条件，否则在焊接时会产生焊料飞溅。

（2）水的凝固点是0 oC，而VOC溶剂的凝固点约为－90 oC，所以VOC Free焊剂的运输、储存和使用时的温度不能太低。

（3）VOC Free焊剂及其蒸气可能会造成焊剂管路、发泡部分或喷雾头以及波峰焊其他构件的锈蚀及微生物生长。

社会在前进，对新工艺的探索是永无止境的，在免清洗焊接、VOC Free焊接的新工艺研究及推广向纵深发展的同时，人们又在进一步寻求无助焊剂焊接工艺，因为只有彻底免除助焊剂才能完全解决焊后残留物污染的问题，所以这项技术是当前波峰焊焊接工艺的主攻课题之一。目前这种无焊剂焊接技术在国外已研制成功，如等离子轰击法、超声波法、蚁酸法等，免焊剂波峰焊设备在欧洲已有使用，国内目前尚未采用该项工艺技术。

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