摘要:在PCB電子工業(yè)焊接工藝中,有越來越多的
SMT廠家開始把目光投向選擇焊接,選擇焊接可以在同一時間內(nèi)完成所有的焊點(diǎn),使生產(chǎn)成本降到最低,同時又克服了回流焊對溫度敏感元件造成影響的問題,選擇焊接還能夠與將來的無鉛焊兼容,這些優(yōu)點(diǎn)都使得選擇焊接的應(yīng)用范圍越來越廣。
本文主要介紹
PCB選擇性焊接技術(shù)及工藝的知識,包括PCB選擇性焊接技術(shù)的工藝特點(diǎn)、擇性焊接技術(shù)的流程、兩種不同工藝拖焊工藝和浸焊工藝及、單嘴焊錫波拖焊工藝的不足。
一、PCB選擇性焊接技術(shù)的工藝特點(diǎn)
可通過與波峰焊的比較來了解選擇性焊接的工藝特點(diǎn)。兩者間最明顯的差異在于波峰焊中PCB的下部完全浸入液態(tài)焊料中,而在選擇性焊接中,僅有部分特定區(qū)域與焊錫波接觸。由于PCB本身就是一種不良的熱傳導(dǎo)介質(zhì),因此焊接時它不會加熱熔化鄰近元器件和PCB區(qū)域的焊點(diǎn)。在焊接前也必須預(yù)先涂敷助焊劑。與波峰焊相比,助焊劑僅涂覆在PCB下部的待焊接部位,而不是整個PCB。另外選擇性焊接僅適用于插裝元件的焊接。選擇性焊接是一種全新的方法,徹底了解選擇性焊接工藝和設(shè)備是成功焊接所必需的。
二、PCB選擇性焊接技術(shù)的流程
典型的PCB選擇性焊接技術(shù)的工藝流程包括:助焊劑噴涂,PCB預(yù)熱、浸焊和拖焊
(1)助焊劑涂布工藝
在選擇性焊接中,助焊劑涂布工序起著重要的作用。焊接加熱與焊接結(jié)束時,助焊劑應(yīng)有足夠的活性防止橋接的產(chǎn)生并防止PCB產(chǎn)生氧化。助焊劑噴涂由X/Y機(jī)械手?jǐn)y帶PCB通過助焊劑噴嘴上方,助焊劑噴涂到PCB待焊位置上。助焊劑具有單嘴噴霧式、微孔噴射式、同步式多點(diǎn)/圖形噴霧多種方式?;亓骱腹ば蚝蟮奈⒉ǚ暹x焊,最重要的是焊劑準(zhǔn)確噴涂。微孔噴射式絕對不會弄污焊點(diǎn)之外的區(qū)域。微點(diǎn)噴涂最小焊劑點(diǎn)圖形直徑大于2mm,所以噴涂沉積在PCB上的焊劑位置精度為±0.5mm,才能保證焊劑始終覆蓋在被焊部位上面,噴涂焊劑量的公差由供應(yīng)商提供,技術(shù)說明書應(yīng)規(guī)定焊劑使用量,通常建議100%的安全公差范圍。
(2)預(yù)熱工藝
在PCB選擇性焊接技術(shù)工藝中的預(yù)熱主要目的不是減少熱應(yīng)力,而是為了去除溶劑預(yù)干燥助焊劑,在進(jìn)入焊錫波前,使得焊劑有正確的黏度。在焊接時,預(yù)熱所帶的熱量對焊接質(zhì)量的影響不是關(guān)鍵因素,PCB材料厚度、器件封裝規(guī)格及助焊劑類型決定預(yù)熱溫度的設(shè)置。在選擇性焊接中,對預(yù)熱有不同的理論解釋:有些工藝工程師認(rèn)為PCB應(yīng)在助焊劑噴涂前,進(jìn)行預(yù)熱;另一種觀點(diǎn)認(rèn)為不需要預(yù)熱而直接進(jìn)行焊接。使用者可根據(jù)具體的情況來安排選擇性焊接的工藝流程。
三、PCB選擇性焊接技術(shù)工藝
PCB選擇性焊接技術(shù)工藝有兩種不同工藝:拖焊工藝和浸焊工藝。
選擇性拖焊工藝是在單個小焊嘴焊錫波上完成的。拖焊工藝適用于在PCB上非常緊密的空間上進(jìn)行焊接。例如:個別的焊點(diǎn)或引腳,單排引腳能進(jìn)行拖焊工藝。PCB以不同的速度及角度在焊嘴的焊錫波上移動達(dá)到最佳的焊接質(zhì)量。為保證焊接工藝的穩(wěn)定,焊嘴的內(nèi)徑小于6mm。焊錫溶液的流向被確定后,為不同的焊接需要,焊嘴按不同方向安裝并優(yōu)化。機(jī)械手可從不同方向,即0°~12°間不同角度接近焊錫波,于是用戶能在電子組件上焊接各種器件,對大多數(shù)器件,建議傾斜角為10°。
與浸焊工藝相比,拖焊工藝的焊錫溶液及PCB板的運(yùn)動,使得在進(jìn)行焊接時的熱轉(zhuǎn)換效率就比浸焊工藝好。然而,形成焊縫連接所需要的熱量由焊錫波傳遞,但單焊嘴的焊錫波質(zhì)量小,只有焊錫波的溫度相對高,才能達(dá)到拖焊工藝的要求。例:焊錫溫度為275℃~300℃,拖拉速度10mm/s~25mm/s通常是可以接受的。在焊接區(qū)域供氮,以防止焊錫波氧化,焊錫波消除了氧化,使得拖焊工藝避免橋接缺陷的產(chǎn)生,這個優(yōu)點(diǎn)增加了拖焊工藝的穩(wěn)定性與可靠性。
機(jī)器具有高精度和高靈活性的特性,模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)可以完全按照客戶特殊生產(chǎn)要求來定制,并且可升級滿足今后生產(chǎn)發(fā)展的需求。機(jī)械手的運(yùn)動半徑可覆蓋助焊劑噴嘴、預(yù)熱和焊錫嘴,因而同一臺設(shè)備可完成不同的焊接工藝。機(jī)器特有的同步制程可以大大縮短單板制程周期。機(jī)械手具備的能力使這種選擇焊具有高精度和高質(zhì)量焊接的特性。首先是機(jī)械手高度穩(wěn)定的精確定位能力(±0.05mm),保證了每塊板生產(chǎn)的參數(shù)高度重復(fù)一致;其次是機(jī)械手的5維運(yùn)動使得PCB能夠以任何優(yōu)化的角度和方位接觸錫面,獲得最佳焊接質(zhì)量。機(jī)械手夾板裝置上安裝的錫波高度測針,由鈦合金制成,在程序控制下可定期測量錫波高度,通過調(diào)節(jié)錫泵轉(zhuǎn)速來控制錫波高度,以保證工藝穩(wěn)定性。
盡管具有上述這么多優(yōu)點(diǎn),單嘴焊錫波拖焊工藝也存在不足:焊接時間是在焊劑噴涂、預(yù)熱和焊接三個工序中時間最長的。并且由于焊點(diǎn)是一個一個的拖焊,隨著焊點(diǎn)數(shù)的增加,焊接時間會大幅增加,在焊接效率上是無法與傳統(tǒng)波峰焊工藝相比的。但情況正發(fā)生著改變,多焊嘴設(shè)計可最大限度地提高產(chǎn)量,例如,采用雙焊接噴嘴可以使產(chǎn)量提高一倍,對助焊劑也同樣可設(shè)計成雙噴嘴。
浸入選擇焊系統(tǒng)有多個焊錫嘴,并與PCB待焊點(diǎn)是一對一設(shè)計的,雖然靈活性不及機(jī)械手式,但產(chǎn)量卻相當(dāng)于傳統(tǒng)波峰焊設(shè)備,設(shè)備造價相對機(jī)械手式也較低。根據(jù)PCB的尺寸,可以進(jìn)行單板或多板并行傳送,所有待焊點(diǎn)都將以并行方式在同一時間內(nèi)完成助焊劑噴涂、預(yù)熱和焊接。但由于不同PCB上焊點(diǎn)的分布不同,因而對不同的PCB需制作專用的焊錫嘴。
焊嘴的尺寸盡可能大,保證焊接工藝的穩(wěn)定,不影響PCB上的周邊相鄰器件,這一點(diǎn)對PCB設(shè)計工程師講是重要的,也是困難的,因?yàn)楣に嚨姆€(wěn)定性可能依賴于它。使用浸入選擇焊工藝,可焊接0.7mm~10mm的焊點(diǎn),短引腳及小尺寸焊盤的焊接工藝更穩(wěn)定,橋接可能性也小,相鄰焊點(diǎn)邊緣、器件及焊嘴間的距離應(yīng)大于5mm。
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