3.3.5 可控冷却速率

液态温度以上时间（TAL）和焊接峰值温度决定金属间化合物的形态和厚度，可控的冷却速率可控制液态温度以上时间，快速冷却可以细化晶粒，提高强度，防止偏析，增强可靠性，避免Ag3Sn和Cu6Sn5等树枝状结晶的形成（如图20），还降低了产品焊后的出炉温度，但快速冷却容易产生较大应力对元件和组装板不利，一般推荐冷速在3－6摄氏度/秒之间。

3.3.6 更先进的炉温控制技术

随着元件密度增长和工艺窗口变窄，寻求一个工艺曲线可以满足这样的组件和工艺，特别是大尺寸、横向温差也较大的PCB是一件很不容易的事，就需要更先进的炉温控制技术，比如KIC炉温测控系统等，对工艺进行优化和控制。

3.4 波峰焊设备与工艺

波峰焊是借助于机械泵使熔融钎料不断垂直向上地朝喷嘴涌出，形成20－40mm高的波峰。钎料以一定压力和速度作用于电路板完成焊接过程。图21为传统波峰焊工艺转变的参数变化，除了传输速度减小外，其他参数均大于或相似于传统工艺。

3.4.1 焊剂除覆系统

免清洗焊剂普遍应用于无铅化电子组装中，其溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇和丁醇（见条6）固体含量低于5％，一般为2％左右，发泡式涂覆方式缺乏过程控制、溶剂蒸发严重，比重很难控制，易造成非均匀形核，常需要标定焊剂比重（多为0.808－0.815μg/cm3）及更换焊剂。由于醇基焊剂的挥发对环境不利，目前市场对无VOC水基免清洗焊剂的需求较大，采用喷雾方式效果较好。

水基焊剂由于成本高，要求更少的剂量，减少了30％，并需增强的喷雾法使雾滴更加细小，得到平稳的焊剂分布，传统喷雾方式基于空气压力调整，喷嘴直径0.6－1.0mm，为了降低喷涂量而使用细喷嘴容易发生堵塞。附带超声装置的喷嘴自带有雾化作用，喷嘴直径一般在2.54mm左右，不易堵塞。

焊剂涂覆量和均匀性对于焊点质量非常重要，涂覆量的检测一般可采用称质量法，单位为μg/cm3，普通焊剂流量通过手动流量调节阀来调节，先进焊剂流量通过精密机械泵来控制，涂层厚度可控制在1.5μm左右，涂敷均匀性一般采用两块金属板夹住一具有化学敏感性的纸张（一般选择传真纸），面向喷雾设备的金属板预先开好特定的焊盘孔，进行喷雾过程后根据纸张上颜色或灰度值大小进行判断涂敷的均匀性以及是否有严重的重复涂敷。对于无铅高密度组装要求，还需减小喷射角度以更好地浸透过孔壁，一般选择45度较好。

3.4.2 预热系统

图22为无铅与有铅波峰焊工艺曲线对比，无铅波峰焊预热区温度爬升斜率一般小于2摄氏度/秒，温度由110－130摄氏度升高为120－150/160摄氏度，预热区长度由1.2m增加至1.5m或1.8m，用以满足预热温度比波峰温度低100摄氏度的基本原则，如果PCB在高的预热温度下易发生变形，则采用较低预热温度，为了保证充足的预热就需较长的预热区，PCB上表面最高预热温度有铅工艺一般为110摄氏度，无铅工艺一般为130摄氏度，对多层板预热不足时，有必要安装顶部预热单元。

图23为不同预热方式，不锈钢发热管发热不均匀，热冲击大，而且容易引起PCB上滴落焊剂着火。红外预热采用热板式或高温烧结陶瓷管或波长为2.5－ 5μm的远红外射线管加热，水基免清洗焊剂挥发相对醇基额外需要50％的能量，使用红外预热技术效果较差，强制热风对流技术最有效的方法，其具有良好的温度均匀性 并且加快焊剂的挥发，减少焊后残余。

3.4.3 波峰喷嘴

混装工艺中由于表面组装元件没有通孔插件那样的安装孔，焊接产生的气体无处散逸，加上贴装元件有一定的高度和宽度，且组装密度较大（5－8件/cm2），易产生评比效应，为此开发双波峰方式，前波较窄，波高宽比大于1，峰端有2－4排交错排列的扰动小波峰，利于气体排放，实现相同浸润，且垂直向上的力防止遮蔽效应，后波为双向宽平波，一般6－10mm，可以去除多余钎料，消除毛刺、桥连等缺陷，还可调节波型保证印刷电路板在流动速率最小点处脱离钎料波峰，进行最大限度地抑制桥连和毛刺等焊接缺陷的产生。

无铅波峰工艺中，焊炉温度升高到255－265摄氏度，温度控制精度小于±2摄氏度，波峰与预热区之间温度差不大于100摄氏度，两波峰之间温度跌落不超过50摄氏度，高可靠产品不超过30摄氏度，为了满足以上工艺要求，波峰与预热区之间安装热补偿设备，两波峰喷嘴距离缩减到70mm或60mm，两波峰之间距离缩减到30mm。此外，无铅工艺中还要求扰动波接触时间为0.8s，平波接触时间为3.5－4s，最小也不得低于3s，相比传统0.5s和2.6s而言，焊接时间延长，图24和25为相应的双波峰喷嘴已单波峰喷嘴结构的改动，其中扰流波变为3排或4排孔。

无铅钎料氧化严重，波峰喷嘴需进行防氧化和氧化渣分流设计，新型波峰焊喷嘴结构如图26所示，全新的锡渣分离设计，使氧化渣自动聚积流向边缘，流动波峰部位无飘浮的氧化锡渣，通过逐步优化喷嘴，使实际钎料波接近于最佳流动特性，从而使锡球出现率降低最低程度，使用氮气时效果更明显，此外，钎料槽维护与清洗工作也得到了很大的改进。

3.4.4 波峰高度

波峰高度对焊接质量有很大影响，波峰焊时，通孔元件插装孔内上锡不足，高度达不到75％板厚要求，如图27，形成原因除焊盘孔径设计、焊剂选择和部分工艺参数设计外，还与过低的波峰高度有关，但波峰高度过高容易在PCB上板面形成锡球。以1.6mm厚PCB为例，第一波峰高度应高于PCB底面0.8－1.6mm，最佳为1.5mm，第二波峰高度应高于PCB地面0.1－0.8mm，最佳为0.5mm。

3.4.5 钎料槽选择

无铅钎料很容易导致不锈钢材料的钎料槽腐蚀，一般连续工作三个月就会发生漏锅现象，不锈钢耐腐蚀的根本原因在于其表面的氧化铬保护层可以有效阻挡钎料腐蚀，但高Sn含量的无铅钎料对这层氧化铬有很强的溶解能力，一旦失去该保护层，内部的不锈钢基体就很快被溶蚀，波峰焊设备中与无铅钎料接触的地方，必须采用适当的抗腐蚀材料，表7为几种材料方案性能对比，钎料槽里面的叶轮、输送管和喷嘴用材料多为钛和钛合金和表面渗氮不锈钢，钎料槽用材料多为钛及钛合金，铸铁和表面渗氮不锈钢。
（未完待续）