波峰焊是将熔融的液态焊料，借助泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波，将插装好元件的印制电路板置于传送链上，经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰，与波峰相接触而实现焊点焊接的过程。这种方法适合于大批量焊接印制电路板，特点是质量好、速度快、操作方便，如与自动插件器配合使用，即可实现半自动化生产。

实现波峰焊的设备称为波峰焊机。波峰焊机是在浸焊机的基础上发展起来的自动焊接设备，两者最主要的区别在于设备的焊锡槽。波峰焊是利用焊锡槽内的机械式或电磁式离心泵，将熔融焊料压向喷嘴，从喷嘴中形成一股向上平稳喷涌的焊料波峰，并源源不断地溢出，如图 4−7 所示。

1.波峰焊的原理

装有元器件的印制电路板以平面直线匀速运动的方式通过焊料波峰，波峰的表面均被一层氧化皮覆盖，它在沿焊料波的整个长度方向上几乎都保持静态，在波峰焊接过程中，印制电路板焊接面接触到焊料波的前沿表面，氧化皮破裂，印制电路板前面的焊料波被推向前进，这说明整个氧化皮与印制电路板以同样的速度移动。当印制电路板进入波峰面前端时，基板与引脚被加热，并在未离开波峰面之前，整个印制电路板浸在焊料中，即被焊料所桥接，但在离开波峰尾端的瞬间，少量的焊料由于润湿力的作用，黏附在焊盘上，并由于表面张力的原因，会出现以引线为中心收缩至最小状态，此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间焊料的内聚力，因此会形成饱满、圆整的焊点。离开波峰尾部的多余焊料，由于重力的原因，回落到锡锅中，在焊接面上形成润湿焊点而完成焊接。

与浸焊机相比，波峰焊设备具有以下优点。

（1）熔融焊料的表面漂浮一层抗氧化剂，隔离了空气，只有焊料波峰处暴露在空气中，减少了氧化的机会，可以减少焊料氧化带来的浪费。

（2）印制电路板接触高温焊料的时间短，可以减轻印制电路板因高温产生的变形。

（3）波峰焊机在焊料泵的作用下，整槽的熔融焊料循环流动，使焊料成分均匀一致，有利于提高焊点的质量。

2.波峰焊工艺过程

波峰焊过程：治具安装→喷涂助焊剂系统→预热→波峰焊接→冷却。下面分别介绍各步内容及作用。波峰焊机的内部结构示意图如图4−8所示。

图4−7　波峰焊机焊锡槽示意图

波峰焊原理

图4−8　波峰焊机的内部结构示意图

1）治具安装

治具安装是指给待焊接的印制电路板安装夹持的治具，可以限制基板受热变形的程度，防止冒锡现象的发生，从而确保浸锡效果的稳定。

2）助焊剂系统

助焊剂系统是保证焊接质量的第一个环节，其主要作用是均匀地涂覆助焊剂，除去印制电路板和元器件焊接表面的氧化层并防止焊接过程中再氧化。助焊剂的涂覆一定要均匀，尽量不产生堆积；否则将导致焊接短路或开路。

助焊剂系统有多种，包括喷雾式、喷流式（波峰式）和发泡式。目前一般使用喷雾式助焊剂系统，采用免清洗助焊剂，这是因为免清洗助焊剂中固体含量极少。所以必须采用喷雾式助焊剂系统涂覆助焊剂，同时在焊接系统中加防氧化系统，保证在印制电路板上得到一层均匀、细密、很薄的助焊剂涂层，这样才不会因第一个波的擦洗作用和助焊剂的挥发，造成助焊剂量不足，而导致焊料桥接和拉尖。

波峰焊工艺过程

喷雾式有两种方式：一是采用超声波击打助焊剂，使其颗粒变小，再喷涂到印制电路板上；二是采用微细喷嘴在一定空气压力下喷雾助焊剂。这种喷涂均匀、粒度小、易于控制，喷雾高度和宽度可自动调节，是主流方式。

3）预热系统

（1）预热系统的作用。

① 助焊剂中的溶剂成分在通过预热器时，将会受热挥发，从而避免溶剂成分在经过液面时高温气化造成炸裂的现象发生，最终防止产生锡粒的品质隐患。

② 待浸锡产品搭载的部品在通过预热器时的缓慢升温，可避免过波峰时因骤热产生的物理作用造成部品损伤的情况发生。

③ 预热后的部品或端子在经过波峰时，不会因自身温度较低的因素大幅度降低焊点的焊接温度，从而确保焊接在规定的时间内达到温度要求。

（2）预热方法。波峰焊机中常见的预热方法有3种：空气对流加热；红外加热器加热；热空气和辐射相结合的方法加热。

（3）预热温度。一般预热温度为130～150 ℃，预热时间为1～3 min。预热温度控制得好，可防止虚焊、拉尖和桥接，减小焊料波峰对基板的热冲击，有效地解决焊接过程中印制电路板板翘曲、分层、变形问题。

4）焊接系统

焊接系统一般采用双波峰。在波峰焊接时，印制电路板先接触第一个波峰，然后接触第二个波峰。第一个波峰是由窄喷嘴喷出的“湍流”波峰，其流速快，对组件有较高的垂直压力，使焊料对尺寸小、贴装密度高的表面组装元器件的焊端有较好的渗透性。通过湍流的熔融焊料在所有方向擦洗组件表面，从而提高了焊料的润湿性，并克服了由于元器件的复杂形状和取向带来的问题；同时也克服了焊料的“遮蔽效应”。湍流波向上的喷射力足以使焊剂气体排出。因此，即使印制电路板上不设置排气孔也不存在焊剂气体的影响，从而大大减小了漏焊、桥接和焊缝不充实等焊接缺陷，提高了焊接可靠性。经过第一个波峰的产品，因浸锡时间短以及部品自身的散热等因素，浸锡后存在着很多的短路、锡多、焊点光洁度不正常以及焊接强度不足等不良情况。因此，紧接着必须进行浸锡不良的修正，这个动作由喷流面较平较宽阔、波峰较稳定的二级喷流进行。这是一个“平滑”的波峰，流动速度慢，有利于形成充实的焊缝，同时也可有效地去除焊端上过量的焊料，并使所有焊接面上焊料润湿良好，修正了焊接面，消除了可能的拉尖和桥接，获得充实无缺陷的焊缝，最终确保了组件焊接的可靠性。(www.daowen.com)

5）冷却

焊接后要立即进行冷却，适当的冷却有助于增强焊点接合强度的功能，同时，冷却后的产品更利于炉后操作人员的作业。冷却方式大都采用强迫风冷。

3.波峰焊工艺要求

1）波峰焊接材料的补充

波峰焊工艺要求

在波峰焊机操作的过程中，焊料和助焊剂被不断消耗，必须进行焊接材料的监测与补充。

（1）焊料。波峰焊一般采用Sn63/Pb37的共晶焊料，熔点为183 ℃。Sn的含量应该保持在61.5%以上，并且 Sn/Pb两者的含量比例误差不得超过±1%。根据设备的使用情况，每隔 3个月到半年定期检查焊料中Sn的含量和主要金属杂质含量。如果不符合要求，可以更换焊料或采取其他措施。例如，当Sn的含量低于标准时，可以添加纯Sn以保证含量比例。

（2）助焊剂。焊接使用的助焊剂要求表面张力小，扩展率大于85%；黏度小于熔融焊料；密度为0.82～0.84 g/mL，可以用相应的溶剂来稀释调整，焊接后容易清洗。对于要求不高的电子产品，可以采用中等活性的松香助焊剂，焊接后不必清洗，当然也可以使用免清洗助焊剂。通信、计算机等电子产品，可以采用免清洗助焊剂，或者用清洗型助焊剂，焊接后进行清洗。

（3）焊料添加剂。在波峰焊的焊料中，还要根据需要添加和补充一些辅料，如防氧化剂和锡渣减除剂。防氧化剂可以减少高温焊接时焊料的氧化，不仅可以节约焊料，还能提高焊点质量。防氧化剂由油类与还原剂组成。要求还原能力强，在焊接温度下不会碳化。锡渣减除剂能让熔融的焊料与锡渣分离，防止锡渣混入焊点，并节省焊料。

2）其他工艺要求

（1）元器件的可焊性。元器件的可焊性是焊接良好与否的一个主要方面。对可焊性的检查要定时进行。

（2）波峰高度及波峰平稳性。波峰高度是作用波的表面高度。较好的波峰高度是以波峰达到印制电路板厚度的1/2～2/3为宜。波峰过高，易拉毛、堆锡，还会使锡溢到印制电路板上面，烫伤元件；波峰过低，易漏焊和挂焊。

（3）焊接温度。焊接温度是指被焊接处与熔化的焊料相接触时的温度。温度过低会使焊接点毛糙、不光亮，造成虚假焊及拉尖；温度过高易使印制电路板变形，烫伤元件。

（4）传递速度。印制电路板的传递速度决定焊接时间。速度过慢，则焊接时间长且温度高，给印制电路板及元器件带来不良影响；速度过快，则焊接时间短，容易产生假焊、虚焊、桥焊等不良现象。焊接点与熔化的焊料所接触的时间以 3～4 s 为宜，即印制电路板选用1 m/min左右的速度。

（5）传递角度。在印制电路板的前进过程中，当印制电路板与焊接时焊料的波峰成一个角度时，则可以减少挂锡、拉毛、气泡等不良现象，所以在波峰焊接时印制电路板与波峰通常成5°～8°的仰角。

（6）氧化物的清理。锡槽中焊料长时间与空气接触易氧化，氧化物漂浮在焊料表面，积累到一定程度，会随焊料一起喷到印制电路板上，使焊点无光泽，造成渣孔和桥接等缺陷，因此要定期清理氧化物。一般4 h清理一次，并在焊料中加入抗氧化剂。

3）波峰焊的温度工艺参数控制

理想的双波峰焊的焊接温度曲线如图4−9所示。从图中可以看出，整个焊接过程被分为3个温度区域，即预热、焊接、冷却。实际的焊接温度曲线可以通过对设备的控制系统编程进行调整。

（1）预热区温度控制。在预热区内，印制电路板上喷涂的助焊剂中的溶剂被挥发，可以减少焊接时产生气体。同时，松香和活化剂开始分解活化，去除焊接面上的氧化层和其他污染物，并且防止金属表面在高温下再次氧化。印制电路板和元器件被充分预热，可以有效地避免焊接时急剧升温产生的热应力损坏。印制电路板的预热温度及时间，要根据印制电路板的大小、厚度、元器件的尺寸和数量，以及贴装元器件的多少确定。在印制电路板表面测量的预热温度应该在90～130 ℃之间，多层板或贴片元器件较多时，预热温度取上限。

预热时间由传送带的速度来控制。如果预热温度偏低或预热时间过短，助焊剂中的溶剂挥发不充分，焊接时就会产生气体引起气孔、锡珠等焊接缺陷；如预热温度偏高或预热时间过长，焊剂被提前分解，使焊剂失去活性，同样会引起毛刺、桥接等焊接缺陷。

图4−9　理想双波峰焊的焊接温度曲线

为恰当控制预热温度和时间，达到最佳的预热温度，可以参考表4−2中不同印制电路板在波峰焊时的预热温度进行设置，也可以通过波峰焊前涂覆在印制电路板底面的助焊剂是否有黏性来进行判断。

表4−2　不同印制电路板在波峰焊时的预热温度

（2）焊接区温度控制。焊接过程是焊接金属表面、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程，同样必须要控制好焊接温度和时间。如焊接温度偏低，液体焊料的黏性大，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；如果焊接温度过高，不仅容易损坏元器件，还会由于焊剂被碳化而失去活性、焊点氧化速度加快，产生焊点发乌、不饱满等问题。测量波峰表面温度，一般应该在250 ℃±5 ℃的范围内。因热量、温度是时间的函数，在一定温度下，焊点和元件的受热量随时间而增加。波峰焊的焊接时间可以通过调整传送系统的速度来控制。传送带的速度要根据不同波峰焊机的长度、预热温度、焊接温度等因素进行调整。以每个焊点接触波峰的时间来表示焊接时间，一般焊接时间为 3～4 s。双波峰焊的第一波峰一般调整为235～240 ℃/1 s，第二波峰一般设置为240～260 ℃/3 s。

（3）冷却区温度控制。为了减少印制电路板的受高热时间，防止印制电路板变形，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、环境温度以及印制电路板传送速度等来确定，冷却区温度一般以一定负温度速度下降，可设置成−2 ℃/s、−3 ℃/s、−5 ℃/s。

综合调整控制工艺参数，对提高波峰焊质量非常重要。焊接温度和时间是形成良好焊点的首要条件。焊接温度和时间，与预热温度、焊料波峰的温度、导轨的倾斜角度、传输速度都有关系。

波峰焊机的分类