令你滿意的選擇性焊接工藝

Making Selective Soldering Work for You 根據(jù)產(chǎn)品的全部要求，你可在選擇性拖焊或浸焊工藝中選用其一

1．引言在你的電子制造廠中，是否正在計劃采用選擇性焊接工藝？如果回答是的。那么有兩個錯誤的看法必須糾正。一個是認為采用選擇性焊接工藝，只要買一臺合適的選擇性焊接設備就可以了，其實不僅此，工藝要比設備更為重要。所有的選擇性焊接工藝都有其特殊性，需要專用的加工方法及焊接工具。要滿足這些要求，用戶必須完全懂得工藝，與供應商間建立相互溝通的良好聯(lián)系，及對生產(chǎn)中發(fā)生的任何問題和要求作出快速反應的技術支持系統(tǒng)。二個錯誤碼看法是選擇性焊接僅僅是一些變異的波峰焊，其實這兩者存在很大判別。也許大的差別是；波峰焊是整PCB板，包括不需要焊接的部位完全通過高溫焊錫波峰。而選擇性焊接只是需要焊接的器件等部位與熔融焊錫接觸，而PCB板材料本身導熱料性能較差。選擇性焊接就能為鄰近的器件及PCCB區(qū)域不會受到焊接的高溫影響。選擇性焊接工藝的缺點是；例如，連接器件外排插針與內(nèi)排插針相比，前者向PCB傳導的熱量要多得多；這樣使得外排插針的溫度偏低。在連接器的內(nèi)外排插針間出現(xiàn)溫度差（△T） 。由此，焊接工藝必須優(yōu)化，保證連接器持久戰(zhàn)排插針能達到可靠的焊接質(zhì)量。成功的選擇性焊接需要全新的傳動方法，因此對焊接工藝的了解以及設備如何滿足這些要求是用戶與供應商間建立 良好溝通關系相互協(xié)商一起工作的關鍵。

2.何為選擇性焊接 PCB板上插裝的一些通孔器件，其引腳在PCB底面被選擇焊接，不像波峰焊，PCB承載在傳送帶上，被傳動通過固定的焊錫波峰。選擇性焊接是使用機械機構在焊嘴或工具上單獨移動每塊PCB板完成焊接工藝。選擇性焊接有兩種不同工藝；拖焊工藝，浸焊工藝焊接PCB上各別部位或器件。選擇性焊接設備的機械臂能全方向移動每一塊PCB到需要焊接的部位，焊錫造波器固定安裝，PCB在其上面移動焊接。對各種PCB及器件，焊接工具是專用定制，規(guī)格的變化也大。這也可看作選擇性焊接增加成本的缺點，所以焊接工具應創(chuàng)新及可變性，具有更大的靈活性能滿足各種PCB設計的要求。但焊接工具并非唯一，PCB的設計與焊接工藝適應，電子制造廠應與PCB設計者相互協(xié)商起工作。選擇性焊接另一個優(yōu)點是；對每塊PCB直至器件編程制專用焊接程序文件。且為實現(xiàn)焊接質(zhì)量的重復性，一致性。系統(tǒng)能自動對一塊PCB板，一批PCB板，生產(chǎn)批量進行編程。

3． 焊接工藝的設置在選擇性焊接工藝中，只有通孔器件被焊接，關鍵的因素是焊接過程對周邊鄰近SMD器件及PCB基材的影響減小到低程度。每塊PCB的布局布線設計及PCB材料不同，因此選擇性焊接設備可使用系統(tǒng)軟件進行工藝配置。選擇性焊接工藝有兩種不同工藝；拖焊工藝，浸焊工藝。簡單地講，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PCCB上非常緊密的空間進行焊接。例如；個別的焊點或引腳，單排引腳能進行拖焊工藝。PCB以不同的速度及角度在焊嘴的焊錫波上移動達到佳的焊接質(zhì)量。對比之下，選擇性浸焊設備裝有一塊專用焊嘴定位板，整塊PCB板浸在板上，所有焊點一次操作完成。多焊點一次完成焊接，但因每塊PCB設計的不同，需要各自相配的專用定位板，這是與波峰焊工藝大區(qū)別。當然，被焊接的器件的引腳必須涂布助焊劑，PCB不需要焊接的任何部位，則不必涂布。于是，根據(jù)焊接工藝可選用點滴焊劑噴涂器。使用選擇型焊劑噴涂器，單頭或雙頭涂器固定安裝，PCB在其上面通過，一種多點助焊劑噴涂器，PCB固定安裝，噴涂頭在PCB下方移動，在予編程位置進行焊劑噴涂。焊接工藝的流程由用戶定義，通常，典型焊接工藝的流程是；涂布助焊劑，予熱，浸焊或拖焊。然而，有些情況，免去予熱，或直接選擇拖焊。另一種工藝流程是；予熱，涂布助焊劑，予加熱，焊接。

4.PCB設計新規(guī)則選擇性焊接工藝的主要目的是避免高溫影響SMD器件及鄰近PCB基材。多年來，對波峰焊工藝必須進行優(yōu)化，且PCB設計采用與之適應的一些規(guī)則。同樣，由于拖焊與浸焊工藝特性的不同，應建立新的設計規(guī)則。

4.1單嘴焊錫波拖焊工藝選擇拖焊工藝，可使用下列參數(shù)設置：
◆ 焊錫溫度275-300℃
◆ 拖焊速度10-25mm/s
◆ 傾斜角10°
◆ 激波泵速率

按被選焊嘴規(guī)格定單拖焊波工藝可用于選擇-浸焊工藝。為保證焊接工藝的穩(wěn)定，焊嘴的內(nèi)徑小于6mm 。焊錫熔液的流向被確定后，為不同的焊接需要，焊嘴按不同方向安裝并優(yōu)化。機械臂可從不同方向。及0°-12°間不同角度接近焊錫波，于是用戶能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，拖焊工藝的焊錫熔液及PCB板的運動，使得在進行焊拉時的熱轉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的。但單焊嘴的焊錫波質(zhì)量 小，只有 剝喊錫波的溫度必須相對高，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。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)點增加了拖焊工藝的穩(wěn)定性與可靠性。焊錫波的高度必須加以控制，因此，錫槽內(nèi)的焊錫平面應定期測量，自動焊錫添加裝置幫助焊 平面始終保持一致。而且激波泵速中高級也應控制，使得焊錫波高度保持恒定。焊錫波流動方向的設置由焊嘴設計決定的。PCB批量焊接在開始之前，如首件器件的插針被浸濕潤，焊錫熔液應以正確方向流動。非濕潤的插針會造成在焊嘴的背面焊錫熔液的過溢。如PCB浸入深度太大，也會造成焊錫液在焊嘴背面的過溢。例：由于焊錫波溫度高，PCB板發(fā)生下沉，造成過浸現(xiàn)象。為防止下沉，采用PCB支承裝置。拖焊工藝除了這些優(yōu)點外，其主要缺點是焊接周期長。為滿足特殊應用要求，將浸焊工藝設備串接焊嘴成拖焊工藝使用。浸焊具有某些拖焊不具有的功能。兩者組合起來就可建立焊接時間極短穩(wěn)定的焊接工藝。拖焊工藝因焊錫波的高度，使得器件引腳長度受到限止。引腳的佳長度小于2mm，但引腳長度大到4mm也是可能的。引腳伸出長度小允許值視PCB設計定，單面PCB板；引腳長度不小于1mm，其他PCB設計；引腳長度不小于0.7mm，要符合焊點檢查的要求。器件直引腳伸出長度大于1mm，在機器焊接中，不可能在焊點上積累更多的焊錫，所以也不可能對焊點增加強度。為建立一個穩(wěn)定的工藝質(zhì)量，已焊接的焊點邊沿與相鄰器件或未焊接的焊點間的距離應大于等于3mm。從拖拉焊錫波下拉方向，此距離必須大于4mm。

4.2多嘴焊錫波浸焊工藝選擇浸焊工藝，可使用下列參數(shù)設置；
◆ 焊錫溫度275-300℃
◆ 浸入速度20-25mm/s
◆ 浸入時間1-3sec
◆ 浸后速度2mm/s ◆ 激波泵速率

按被選焊嘴數(shù)量定使用多個焊嘴的焊接工藝是浸焊工藝，似乎浸焊好象是簡單地將PCB浸入焊錫熔液中然后取出，但并非如此，可用選擇浸焊工藝自有的特性業(yè)表述其原理。在待焊器件涂布助焊劑及予熱時，焊嘴使用一塊玻璃板復蓋，在其下面保持一惰性氣體。焊錫的所有氧化物被子清除，且焊嘴內(nèi)的焊錫溫度保持不變。在浸焊工藝品中，焊錫波的高度及焊錫溫度要求嚴格。全部焊嘴的溫度應該相同，焊錫波的高度一致支承針可用于防止PCB材料的彎曲變形。簡單的浸焊工藝是將PCB浸入焊錫中。在焊接時，焊錫熔液不過溢到焊嘴的邊緣，否則周邊器件可能與焊錫接觸。二種方法是當PCB向下浸入時，焊錫高度保持在焊嘴邊緣下，直到與邊緣相接觸。接下激波泵速率增速，將焊錫提升與PCB接觸，然后激波泵速率減速，PCB離開焊錫。PCB待留時間內(nèi)，激波泵速率不能太大，防止氧化物沉積。離開速度須優(yōu)化，以防橋接發(fā)生。焊嘴的尺寸盡可能大，保證焊接工藝穩(wěn)定，不影響PCB上的周邊相鄰器件。這一點對設計工程師來講是重要的，也是困難的，因為工藝的穩(wěn)定性可能取賴于它。焊嘴板尺寸加工精度小于0.1mm。為減少溫度的影響，可使用幾種計算方法補償。使用選擇浸焊工藝，可焊接0.7mm-10mm的焊點。短引腳及小尺寸焊盤的焊接工藝更穩(wěn)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于5mm。

5.不同工藝的實驗結果從選擇性焊接工藝得到的實驗結果與波峰焊是不同的。由于拖焊與浸焊工藝的供熱特性及PCB熱傳遞形式的不同，兩者也存在差別。在波峰焊工藝中，PCB予熱為焊接工序作準備。在選擇性焊接工藝中，予熱是為了關少PCB上的溫度差（△T），PCB只是需焊接的部分與焊錫接觸，并非整塊PCB板。因此全部熱量對整塊PCB板影響很小，減少了熱應力對PCB造成缺陷問題的可能。使用拖焊工藝，工藝實驗確定PCB通過區(qū)域的全部熱量流，這些參數(shù)對通孔中焊錫的良好穿透是有影響的。設置包括；對不同溫度及材料，變更待留時間，由此得到某PCB的佳待留時間。

6.待流時間的確定通過浸焊連接器插針焊接實驗得到優(yōu)化的待留時間。在焊接前后，對PCB板稱重，這兩個重量之差就是焊錫的重量。實驗用的連接器去插針的鍍層（Ni/Au）PCB有機可焊性涂復層（OSP）。熱風整平（HASL）。焊錫溫度分別為270℃/300℃，270℃的實驗結果。在電子產(chǎn)品的焊接工藝一文（In Soldering in Electronic）中，Wassink解釋道；（PCB樣板厚1.6mm , 焊盤直徑1.5mm）焊點的上焊錫界限/下焊錫量蜀限由于液相壓力的不同，其比為1.25-0.69。據(jù)此，通孔的灌錫百分比可計算得到（表1）。 Hole fill (solder temperature 270℃) Finish: 0.5sec 1.5sec 3sec 5sec OSP 24% 65% 89% 100% NiAu 65% 96% 100% 100% HASL 81% 100% 100% 100% 表1 通孔灌錫百分比此數(shù)據(jù)顯示；在浸焊工藝中，對1.6mm后PCB板較短的待留時間可達到可靠的焊接質(zhì)量。較短戴流時間另一個好處，助焊劑仍穩(wěn)定可防止橋接的發(fā)生。

7．結論今天的選擇性焊接工藝能適用于無鉛焊料及鉛錫焊料。此工藝具有很高的靈活性，先進的控制及自動化能力，其工藝的穩(wěn)定性及寬大的工藝調(diào)整窗口可適用于無鉛焊料的焊接。選擇性焊接工藝提供產(chǎn)品高質(zhì)量，高重復性及高可靠性。