第六部分：波峰焊接——波动力学理论的形成与应用

第六部分：波峰焊——形成与应用我知道了波动动力学理论

十二、焊料波形设计及其对波峰焊效果的影响

焊波动力学的最大贡献在于为焊波形状的设计提供理论指导和基础。喷嘴轮廓控制着焊波的形状，从而控制着焊波的动力学特性。目前，世界各地的波峰焊系统中普遍采用各种形状的焊波（如下图所示），每种设计都声称具有最佳的焊波动力学特性。本文选取几种最具代表性的波形，并从焊波动力学的角度对其特性进行初步分析。

窄弧波： 如下图 (a) 所示，这是波峰焊工艺早期发展阶段常用的焊料波形。形成这种波形的喷嘴结构相对简单。由于波峰较窄且热量供应不足，生产效率较低，焊接过程中容易出现拉丝和搭桥现象。这种波形的典型应用案例是英国 Fry's Metal 公司开发的世界首台工业波峰焊机。其主要运行参数为：最大波高 12.7mm，喷嘴出口距液面最大高度。射频焊弧宽度为19.1mm，PCB基板压入波峰的深度为0.8mm，焊接过程中PCB基板输送机的最大速度为120cm/min。显然，其生产效率非常低。改善焊弧热特性并提高生产效率的唯一方法是增加波宽，从而产生宽弧焊弧。

宽弧波： 如图 (b) 所示，要增大电弧波喷嘴结构的波宽，只能通过提高泵的推力来实现。然而，泵驱动系统过高的转速或过大的驱动扭矩不仅容易导致旋转部件磨损加剧、结构复杂化，还会加剧焊液向湍流的转变，降低波的稳定性，加速焊料氧化，这些都是不希望出现的现象。

双向平波： 为了在不增加波驱动系统转速和扭矩的情况下增大波宽，设计了如下图 (c) 和 (d) 所示的喷嘴结构。双向宽平波克服了弧波的缺点。该波形顶部存在一个速度为零的明显区域，这非常有利于消除拉扯和架桥现象。此外，通过膨胀板的作用，波宽可以做得非常宽，在某些型号上甚至可达 80mm，显著提高了生产效率。因此，双向宽平波仍然广泛应用于许多现有型号中。

非对称双向宽平波： 如图 (c) 和 (d) 所示，对称双向宽平波具有对称的双向流速划分，且流速相等。当 PCB 进入波峰时，由于基板的流动阻力，与 PCB 传送带方向相反的表面流速会降低，边界层增厚，零速区变窄并变得模糊，导致 PCB 从波峰的出口难以控制。宏观上看，这会导致对 PCB 的擦洗效果较弱，不利于消除拉扯和桥接现象。为了增强其反向擦洗效果并进一步抑制拉扯和桥接，需要将波形设计为非对称双向宽平波，如下图 2.14 (g)、(h) 和 (i) 所示。这提高了流体在与PCB相反方向上的流速和流速，不仅显著增强了对PCB的清洗效果，而且还有助于精确调整零速区的位置，使其与PCB出口点重合，从而确保焊接过程中所需的最佳条件。最具代表性的波形如下：

（1）Z形波： Z形波是美国Hollis公司为减少焊锡桥接和拉丝等缺陷而改进的设计（Hollis专利）。具体方法包括增加波面宽度、使用倾斜传送带以及采用油浸式焊锡波。然而，由于油浸式焊锡会产生异味和烟雾等问题，后来对其进行了改进，发展出一种干式Z形波（不含油），如下图(i)所示。

（2）λ形波： 下图所示的标准λ形波形是美国Electrovert公司的专利技术。它能有效减少拉扯和搭桥现象，且无需油混合。该波形的设计融合了热力学和流体力学的原理。如下图所示，PCB在高速点处受力与波峰接触，从而达到最佳的焊料刮擦效果。通过在喷嘴前设置挡板来控制波峰的形状，进而控制波峰的速度特性，在喷嘴前形成一个相对速度为零的大区域。因此，在使用具有宽可调倾斜角度范围的传送带时，可以更方便地控制PCB在波峰相对速度为零点处的脱离。熔融焊料在其后方产生的后热效应，能够使脱离点处的焊料表面张力在足够长的时间内保持在最低水平，从而有助于减少焊点处的拉扯现象。据称，使用这种喷嘴，即使传送速度超过 6 米/分钟，也能实现无拉动波峰焊，最大波高可达 12.7 毫米。

第五部分：波峰焊接——波动力学理论的形成与应用

第四部分：波峰焊波动力学理论的形成与应用

第三部分：波峰焊接——波动力学理论的形成与应用