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XRF-實實在在的檢測
2010-12-06
電子組裝的高密度向傳統波峰焊接技術提出了新的挑戰。為了應對挑戰,新的混裝焊接技術不斷湧現。與傳統波峰焊不同,這些新型焊接技術可以保護表面貼裝元件以實現對通孔元件的焊接,大幅度降低生產工序和週期時間的目的,同時使得印刷線路板的焊接質量也得到了提升。新的焊接工藝可以充分有效利用SMT貼裝設備,消除對點膠機的使用。本文主要介紹了幾種新型混裝焊接技術的特點,可以確信這些新型焊接技術將被廣泛地應用於電子組裝上,並特別具有競爭力。

1 前言


  在傳統的電子組裝工藝中,對於組裝有通孔插裝元件(THD)印製板組件的焊接一般採用波峰焊接技術。但波峰焊接有許多不足之處:不能在焊接面分佈高密度、細間距貼片元件;橋接、漏焊較多,需噴塗助焊劑;且印製板在受到較大熱衝擊下易翹曲變形。由於目前電路組裝密度越來越高,焊接面不可避免地分佈有高密度、細間距貼片元件,傳統波峰焊接工藝已經對此無能為力,一般只能先單獨對焊接面貼片元件進行回流焊接,然後,手工補焊剩余插件焊點,但存在焊點質量一致性差的問題。為了應對上述挑戰,湧現出幾種新型混裝焊接工藝技術,例如選擇性焊接、通孔回流焊和使用屏蔽模具等,以保護表面貼裝元件實現對通孔元件的焊接,大幅度降低生產工序和週期時間的目的。


2 幾種混裝焊接工藝技術介紹


2.1 選擇性焊接


  可通過與波峰焊的比較來瞭解選擇性焊接的工藝特點。兩者間最明顯的差異在於波峰焊中PCB的下部完全浸入液態焊料中,而在選擇性焊接中,僅有部分特定區域與焊錫波接觸。由於PCB本身就是一種不良的熱傳導介質,因此,焊接時它不會加熱熔化鄰近元器件和PCB區域的焊點。在焊接前也必須預先塗敷助焊劑。與波峰焊相比,助焊劑僅塗覆在PCB下部的待焊接部位,而不是整個PCB。選擇性焊接並不適合焊接貼片元件。


選擇性焊接工藝有兩種不同工藝:拖焊工藝和浸焊工藝。

  (1)拖焊工藝。選擇性拖焊工藝是在單個小焊嘴焊錫波上完成的,如圖1所示。拖焊工藝適用于PCB上間隙致密的元件的焊接。例如:個別的焊點或引腳,單排引腳可採用拖焊工藝。PCB以不同的速度及角度在焊嘴的焊錫波上移動達到最佳的焊接質量。為保證焊接工藝的穩定,焊嘴的內徑應小於6mm。在確定了焊錫溶液的流向後,為了不同的焊接需求,焊嘴按不同方向安裝並優化。機械手可從不同方向,即0°~12°間不同角度接近焊錫波,於是用戶能在電子組件上焊接各種器件,對於大多數器件,建議傾斜角為10°。

圖1 拖焊工藝


  與浸焊工藝相比,拖焊工藝的焊錫溶液及PCB板的運行,使得其在焊接過程中的熱轉換效率比浸焊工藝好。然而,焊縫形成連接所需要的熱量是由焊錫波傳遞的,但單焊嘴的焊錫波質量小,只有在焊錫波的溫度相對高時,才能達到拖焊工藝的要求。例:焊錫溫度為275~300℃,拖拉速度10~25mm/s,通常是可以接受的。為焊接區域供氮,以防止焊錫波氧化,焊錫波消除了氧化,拖焊工藝就會避免橋接缺陷的產生,這個優點增加了拖焊工藝的穩定性與可靠性。


  機器具有高精度和高靈活性的特性,模塊結構設計的系統可以完全按照客戶的特殊生產要求來定制,並且可升級以滿足今後生產發展的需求。機械手的運動半徑可覆蓋助焊劑噴嘴、預熱和焊錫嘴,因此,同一台設備可完成不同的焊接工藝。機器特有的同步制程可以大大縮短單板制程週期。機械手具備的能力使這種選擇性焊具有高精度和高質量焊接的特性。首先是機械手高度穩定的精確定位能力(±0.05mm),保證了每塊板生產的參數達到了一致性的高度重複;其次是機械手的5維運動(X、Y、Z、U、q)使得PCB能夠以任何優化的角度和方位接觸錫面,獲得最佳的焊接質量。機械手夾板裝置上安裝的錫波高度測針,其由鈦合金製成,在程序控制下可定期測量錫波高度,通過調節錫泵轉速來控制錫波高度,以保證工藝的穩定性。  


  儘管具有上述這麼多優點,單嘴焊錫波拖焊工藝也存在不足:焊接時間是在焊劑噴塗、預熱和焊接三個工序中耗用時間最長的。並且由於焊點是一個一個的拖焊,隨?焊點數的增加,焊接時間會大幅增加,在焊接效率上是無法與傳統波峰焊工藝相比的。但情況正發生?變化,多焊嘴設計可最大程度地提高產量。例如,採用雙焊接噴嘴可使產量提高一倍。對助焊劑也同樣可設計成雙噴嘴。 


  (2)浸焊工藝。浸入選擇焊系統有多個焊錫嘴,並與PCB待焊點是一對一設計的,雖然,靈活性不及機械手式,但產量卻相當於傳統的波峰焊設備,設備造價相對機械手式也較低。根據PCB的尺寸,可以進行單板或多板並行傳送,所有待焊點都將以並行方式同時完成助焊劑噴塗、預熱和焊接。但由於不同PCB上焊點的分佈不同,因此,對不同的PCB需製作專用的焊錫嘴。焊嘴的尺寸應盡可能大,保證焊接工藝的穩定,不影響周邊相鄰器件,這一點對設計工程師而言是很重要的,也是困難的,因為工藝的穩定性可能依賴於它。


  使用浸入選擇焊工藝,可焊接0.7mm~10mm的焊點,短引腳及小尺寸焊盤的焊接工藝更為穩定,橋接可能性也小,相鄰焊點邊緣、器件及焊嘴間的距離應大於5mm。選擇浸焊工藝,可使用下列參數設置:


1 焊錫溫度275~300℃
2 浸入速度20~25mm/s
3 浸入時間1~3sec
4 浸後速度2mm/s
5 激波泵速率按焊嘴數量定


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