好的，我们来详细解释一下波峰焊（Wave Soldering）的工作原理和工艺流程。这是一种广泛用于通孔插装技术（Through-Hole Technology， THT）的电子元件自动化焊接工艺。

波峰焊的工作原理

波峰焊的核心原理可以形象地描述为：让需要焊接的PCB（印刷电路板）底部以特定的速度和角度匀速“浸入”或“划过”一种熔融（液态）焊锡形成的、连续流动的波浪（波峰）表面，利用焊锡的表面张力、毛细作用（对通孔而言）和焊接合金本身的特性，在焊盘、元件引脚和焊锡之间形成冶金结合（即焊点），从而实现可靠的电气连接和机械固定。

关键要素解析：

1. 熔融焊锡槽： 设备底部有一个大槽，内装固态焊锡条（通常是锡铅合金或无铅合金）。加热器将其加热到远高于熔点（通常比熔点高 30-50°C）的温度，形成液态焊锡池。
2. 波峰发生器： 槽内装有一个或两个（有时更多）特殊结构的泵（通常是机械叶轮或流体动力结构）。泵高速搅动熔融焊锡，并将其向上泵送通过一个狭窄的开口或喷嘴。
3. 波峰形成： 从喷嘴涌出的熔融焊锡遇到挡板或控制装置，形成特定形状（通常是层流状或湍流状）的、连续不断的、波峰高度稳定的焊锡“波浪”（Wave）。
   • 湍流波： 第一个波峰通常较高、流速较快、形态不稳定（有翻滚），主要用于突破焊接区域的空气阻力和氧化物，提供初步的浸润和焊接能量，并去除一些杂质。对克服阴影效应也有帮助。
   • 层流波： 第二个波峰通常较低、流速平缓、形态平滑稳定如镜面。这是形成良好焊点的关键阶段。焊点在此阶段完成充分的浸润、扩散和冷却凝固前的成型。
4. PCB 传送： PCB 通过链条导轨或夹具固定在载具（Fixture）上，由传送系统精确控制其速度、浸入深度和角度，平稳地“掠过”波峰表面。
5. 焊接过程物理化学作用：
   • 助焊剂作用 (提前喷涂)： 预热活化后的助焊剂清除金属表面的氧化物和污染物，降低焊锡表面张力。
   • 毛细作用： 对于通孔元件，熔融焊锡在引脚和孔壁形成的间隙内，依靠毛细作用力向上爬升，填充孔洞并包覆引脚。
   • 浸润： 清洁的焊盘和引脚的金属表面具有比氧化物更低的表面能，熔融焊锡在其上铺展开来（形成浸润角）。
   • 冶金结合： 高温下，焊锡与焊盘（通常为铜）和元件引脚（镀锡、镀金等）发生合金化反应，形成金属间化合物层，这是焊点可靠电气连接和机械强度的基础。
   • 冷却凝固： PCB 离开波峰后，在冷却区内自然或风冷降温，焊点由液态快速凝固成为固态金属连接点。

波峰焊的典型工艺流程

波峰焊是一个连续的流水线过程，通常包括以下步骤：

1. 装载 / 上板： 将已完成插件（将带引脚的元器件插装到PCB对应的通孔中）的PCB，通常固定在一个专用的载具（也叫治具）上，以防止焊接变形和遮档不需要焊接的区域。然后将载具放置在传送系统的入口位置。

2. 助焊剂喷涂：

   • 目的：清洁被焊表面（焊盘和引脚），去除轻微氧化物和污染物；在焊接时保护表面不被再次氧化；降低焊锡表面张力，增强浸润性。
   • 方法：通过喷雾喷嘴（发泡式、喷雾式、超声雾化式）将液体助焊剂均匀喷涂到PCB的焊接面（即背面、底面）。需要精确控制喷涂量（太少效果不足，太多可能污染或腐蚀）。

3. 预热：

   • 目的：
     • 活化助焊剂： 蒸发助焊剂中的挥发性溶剂，使其中的活性成分开始有效工作（去除氧化物）。
     • 预热PCB和元器件： 缓慢均匀地升高PCB和元器件的温度。这样做极其重要：
       • 减少热冲击： 避免PCB和冷元器件突然接触高温焊锡导致破裂或损伤。
       • 防止喷锡（锡珠）： 避免PCB上残留的水分或助焊剂溶剂在接触焊锡瞬间剧烈汽化，将熔融焊锡炸开形成锡珠。
       • 提高焊接质量： 使焊接部位达到接近焊接温度，有助于焊锡更好的浸润和流动，减少焊接缺陷（如拉尖、虚焊）。
   • 方法：通常使用红外加热器或热风对流加热。预热区分为几个温区，温度逐渐升高。峰值预热温度通常低于焊锡熔点和元器件最高耐温（例如100-140°C）。

4. 波峰焊接： 这是核心步骤。

   • PCB通过传送带以设定好的速度和角度（通常为5-7度）浸入熔融焊锡形成的波峰。
   • PCB底面与熔融焊锡接触的时间（接触时间）需要精确控制（通常是2-5秒），以确保充分焊接但不过度加热。
   • 首先是湍流波（如果有）接触PCB，突破氧化层和阴影区域。
   • 然后是层流波，完成焊点的良好形成。
   • 焊锡槽温度严格控制在设定值（例如有铅锡约250°C，无铅锡约260-270°C）。

5. 冷却：

   • 目的：使焊点快速凝固，避免过度形成脆性的金属间化合物（IMC），确保焊点微观结构的可靠性。
   • 方法：PCB离开波峰后进入冷却区。可以采用自然冷却、强制风冷（最常见）或其它冷却方式。需要控制冷却速率。

6. 清洗 (可选)：

   • 目的：去除焊接后PCB表面残留的助焊剂残渣（尤其是腐蚀性的、或需要高可靠性的情况）。
   • 方法：在线清洗或离线清洗（水洗、溶剂洗等）。随着免清洗助焊剂的广泛应用，此步骤在很多产线已省略。

7. 卸板 / 下板： 焊接完成并冷却后，PCB从传送带上取下，移出载具（如果需要），进入后续工序（如目检、测试、组装等）。

波峰焊的特点与应用

• 主要优点： 适合大批量生产；焊接效率高；适用于通孔插件元器件（THT）的焊接，尤其是大型连接器、变压器等；一次焊接完成电路板底面所有焊点。
• 局限性： 主要用于单面板或双面板/多层板的底部焊接面；对贴片元器件（SMD）在焊接面数量有限制且需特殊设计（红胶点胶或托盘治具遮蔽），现代大规模SMD焊接主要使用回流焊（Reflow Soldering）；可能出现桥连、虚焊、针孔、锡珠等焊接缺陷，需要良好的工艺控制和设计规范（如元器件布局方向、焊盘设计）；能耗和焊锡消耗相对较大。
• 主要应用： 主板、电源板、家电控制板、工业控制板、汽车电子中大量使用通孔插件的PCB焊接环节。

总而言之，波峰焊通过精确控制熔融焊锡形成的波峰和PCB的运动，利用流体力学、毛细现象和冶金反应，高效可靠地实现了通孔插装元器件的自动化焊接。其工艺流程是一个环环相扣的连续过程，每一步都对最终的焊接质量至关重要。