作者：盖尔-托维尔
糟粕 形成是不可避免的结果 波峰焊. 当熔融焊料接触氧气时，会形成金属氧化物并漂浮在焊料槽表面。随着时间推移，这种氧化副产物不断积累，必须及时清除以维持焊料质量和工艺稳定性。虽然焊渣的产生在所难免，但其形成速率及所需管理力度会因多种工艺和材料变量而存在显著差异。.
制造团队常问的一个问题是：多少渣是正常的？现实情况是，并没有通用的基准标准。渣的产生率受多种因素共同影响，包括焊料合金化过程、焊料槽的温度和搅拌状态、组件带来的污染物，以及设备的整体状况。在某个工艺中可接受的渣量，在另一个工艺中可能就过高了。.
本文概述了形成渣的主要因素，探讨了合金精炼方法的作用机制，并通过工艺控制和设备优化等实用手段探索减少渣的途径。特别关注了磷等添加剂的应用，以及在长期生产中保持稳定减渣效果所面临的挑战。.
什么是焊锡渣及其形成原因？
当熔融焊料接触空气时，会与氧气发生反应形成金属氧化物——在多数电子焊料中主要是氧化锡。这些氧化物常与烧焦的有机残留物结合，浮至表面形成焊渣。.
若不定期清除，渣滓会干扰工艺流程，影响焊料流动性，并损害PCB质量。.
渣通常源于正常氧化过程，而非合金杂质所致。然而，过量或快速的渣形成可能预示着合金氧化物含量、工艺温度或湍流存在问题。.
渣形成速率受多种因素影响——最显著的是合金成分、焊锡槽温度、波浪搅动以及来自电路板或元件的污染。.
合金成分与氧化物含量
由“原生”金属制成的焊料并非天然低渣。若合金化过程引入氧化物或未能有效去除氧化物，所得焊料的氧化速率可能与加工不良的再生合金相当甚至更差。悬浮于合金中的氧化物一旦进入使用阶段，将直接导致焊料早期持续形成渣层。.
另一方面，采用可控的氧化物最小化工艺生产的焊条焊料，其渣层形成速度较慢且更可预测。关键因素不在于金属是新料还是再生料，而在于合金化与铸造制造过程中是否充分清除了氧化物及易氧化杂质。.
热工条件
焊锡锅温度 是形成渣滓的最直接因素之一。随着温度升高，氧化速率也会增加。对于共晶Sn63/Pb37焊料，典型操作温度范围为480°F至490°F（约250°C至255°C）。 对于SAC305及类似无铅焊料，焊锡槽温度通常更高——常在500°F至520°F（260°C至271°C）之间。.
超过这些温度范围操作会显著加速氧化层形成。然而，降低焊锡锅温度以控制渣量时，必须权衡工艺需求，因为过低的温度会影响焊孔填充、润湿性和整体焊接性能。.
波浪特性与搅动
机械搅动焊料表面（尤其是湍流波形设计）会加剧氧化渣形成。当焊料静止时，暴露于空气中的表面积较小，氧化进程更为缓慢。在依赖芯片波或在焊料-空气界面产生持续运动的系统中，暴露表面积增大导致氧化速度加快。.
波峰设计、泵的工作状态以及备用模式的使用，都会影响焊料在任意时刻暴露于空气中的程度。配备智能波峰控制系统的设备，在无电路板时能减少搅动，通常随时间推移产生的焊渣较少。.
组件中的污染物
印刷电路板和元件引入了额外的复杂性。铜、金、镍及其他表面镀层可能溶解于焊料锅中，微妙地改变合金特性，并增加金属间化合物或氧化物夹杂物的形成。有机污染物（如助焊剂残留物）也会与熔融焊料发生反应，产生不良副产物。.
常规焊锡槽分析有助于识别污染物浓度的上升趋势，并指导采取纠正措施。将杂质含量维持在IPC推荐的限值范围内，不仅能最大限度减少焊渣，更能确保焊点可靠性。.
减少炉渣的添加剂与方法
减少焊渣形成的努力通常遵循两条主要路径：改变焊料合金本身或修改焊接环境。这两种方法都旨在减缓氧化过程并限制不可用材料的积累。.
为减轻氧化并减少渣滓，某些操作会使用添加剂，例如市售的焊料表面活性剂。虽然这些添加剂能有效发挥作用，但也带来新的挑战：需要在工艺中额外管理材料、确保精确计量，并应对潜在的不稳定性或与焊料合金及杂质的意外反应。.
磷作为减少渣滓的添加剂
减少可见渣滓的一种常用方法是添加磷。磷作为氧清除剂，优先于合金中的锡发生氧化反应，从而减少渣滓生成。对于处理高氧化物含量材料的制造商而言，添加磷能以相对简便的方式改善外观并略微减少废料。.
然而，磷的使用存在显著弊端。它容易在焊锡槽中的铁质部件（如泵体和挡板）表面析出，常导致堵塞或表面堆积。在某些系统中，这种堆积可能引发流动紊乱或波峰不稳定。此外，在清除渣滓时磷元素极易从焊锡槽中流失，这意味着除非进行严格监测并及时补充，否则其浓度会随时间推移而下降。.
在较高浓度下，磷元素也会干扰润湿性。研究表明，当磷含量超过0.011%（重量比）时，可能导致润湿性丧失和焊点开裂。这对高可靠性组件构成长期风险，尤其当磷含量未被常规检测时——传统焊锡槽分析通常不包含该元素检测。.
大气改性（氮气惰化）
另一种方法是从源头减少可供氧化的氧气。具体做法是通过氮气对焊接环境进行惰性化处理。将环境氧气浓度降低至50-100 ppm，可显著减缓氧化物形成速率，进而减少焊渣堆积。.
研究表明，在某些波峰焊系统中，氮气惰化处理可将焊渣生成量减少高达90%。该工艺通过降低熔融焊料的表面张力来改善润湿效果。然而，这些优势伴随着更高的复杂性：惰化系统需要配备气体处理基础设施、流量控制设备，某些情况下还需对焊接设备本身进行改造。.
通过工艺稳定性最大限度减少渣滓
在多数情况下，减少焊渣最有效的方法并非添加新元素，而是控制现有成分。保持适当的焊锡槽温度、最小化波浪湍流、确保设备处于良好机械状态，这些措施都能显著降低焊渣含量。此外，确保组件清洁且与所用焊锡合金兼容，有助于减少可能引发氧化的外来物质渗入。.
采用低悬浮氧化物含量工艺制造的高级焊条配方——而非依赖生产后化学处理的配方——在渣渣控制方面往往具有更稳定的长期性能。这类材料反应性较低，使用过程中不易发生氧化物再生，且在长期生产过程中通常更易于维护。.
管理渣料与焊料槽健康状况
即使在最佳条件下，也难免会产生一些焊渣。因此，对焊锡槽及周边设备进行定期维护至关重要。有效的焊渣管理不仅在于清除表面氧化物，还需监测污染水平、识别不稳定的早期迹象，并保持操作参数的一致性。.
渣滓清除与设备调试
除渣操作应谨慎进行，避免在清除氧化层时过度去除优质合金。某些情况下，尤其是在更换焊料或添加新焊料棒后，残留氧化物或堆积在焊料槽壁、泵轴或挡板表面的物质可能重新混入焊料中。 实施受控的“烧入”周期——即让焊锡槽在静态状态下保持工作温度过夜——有助于沉淀并分离新加入焊料中的悬浮氧化物。.
经过此调理步骤后，彻底而轻柔地清除积聚的渣滓有助于稳定坩埚，并降低启动过程中过早氧化的风险。.
焊锡槽分析与合金完整性
虽然焊渣是氧化现象的可见标志，但在焊料槽中发生的许多化学变化早在表面出现可察觉迹象之前就已发生。定期进行焊料槽分析（通常每月或每季度一次）可揭示铜、金、锌、铝和铁等污染物的积累情况。这些元素可能通过元件引脚、电路板镀层甚至合金本身进入焊料槽。.
IPC J-STD-001和IPC J-STD-006等标准规定了这些污染物的可接受水平。超过这些限值可能导致一系列问题，包括：
- 润湿性降低或流动性降低
- 接缝缺陷（例如：空隙或填充不完整）
- 焊料合金熔化行为的变化
在无铅系统中，镍和铋等元素因其溶解度低且会影响金属间化合物形成而备受关注。当污染物含量接近阈值时，可采取的纠正措施包括：用新鲜合金进行稀释、清除高污染物含量的渣料，或在更严重的情况下进行整锅废料处理并重新装料。.
渣滓回收与再利用计划
由于渣料中含有大量可利用金属，回收利用是波峰焊作业中成本控制的重要环节。管理得当的 回收计划 使制造商能够从原本被视为废料的物质中回收价值。收集的渣滓可由专业金属回收服务进行处理，从中提取可重复使用的焊料，这些焊料随后以信用额度形式返还或以可用形态归还。.
尽管某些设施试图实施 内部回收系统——例如现场渣减量设备——这类配置可能带来新的挑战。在多数情况下，此类系统依赖化学或热处理工艺，这些工艺会产生烟雾、增加维护需求，或导致回收焊料的成分不稳定。若未严格管控，内部回收可能引发合金质量不一致及污染风险。.
对于大多数操作而言，与合格的外部回收合作伙伴合作能提供更稳定且经济高效的解决方案，既确保回收焊料符合质量标准，又能最大限度减少对生产流程的干扰。.
结论
焊渣形成是波峰焊工艺固有的现象，主要由焊料表面的氧化反应驱动。最终，通过稳定的工艺控制、合理的合金选择以及定期维护，才能最可靠地减少焊渣产生并保持焊料品质。完善的焊接系统不仅能降低材料浪费，更能保障长期稳定性、产品可靠性及生产效率。.
原文发表于 Circuitnet