波峰焊焊接工藝的應(yīng)用研究

陸雙鳳

摘要：近些年，雖然鐵路信號(hào)專用設(shè)備和軌道交通信號(hào)控制設(shè)備的PCBA組件通孔元器件所占比例越來越少，但是因其高可靠性，短期內(nèi)還會(huì)一直使用，而且對(duì)通孔元器件焊接品質(zhì)的要求會(huì)越來越高，焊接難度也會(huì)越來越大，傳統(tǒng)的手工焊、波峰焊在焊接能力和品質(zhì)上已很難滿足需求。而具有工藝窗口寬、焊接能力強(qiáng)、焊接品質(zhì)高、一致性好、焊接殘留少等優(yōu)點(diǎn)的選擇性波峰焊，卻得到了廣大用戶的認(rèn)可，應(yīng)用也越來越廣泛，在諸如汽車、電子等行業(yè)甚至已完全取代傳統(tǒng)的手工焊和波峰焊工藝。

關(guān)鍵詞：波峰焊焊接；工藝；應(yīng)用

1選擇性波峰焊工藝

選擇性波峰焊工藝是一種借助選擇性波峰焊機(jī)，對(duì)通孔元器件進(jìn)行選擇性焊接的波峰焊工藝。與波峰焊機(jī)構(gòu)造相同，選擇性波峰焊機(jī)也由助焊劑噴涂、預(yù)熱、焊接3個(gè)基本模塊組成。焊接特點(diǎn)體現(xiàn)在：首先，選擇性噴涂助焊劑，可只對(duì)特定元器件引腳噴涂助焊劑；其次，預(yù)熱能力很強(qiáng)大，有很多種組合方式，預(yù)熱時(shí)間、加熱管輸出功率和數(shù)量都可單獨(dú)設(shè)定，甚至在焊接段也可配置頂部預(yù)熱；最后，選擇性焊接通常采用圓形噴嘴，最小內(nèi)徑/外徑為3.0 mm/4.5 mm，焊料接觸印制板為圓形，與波峰焊的長(zhǎng)條形不同，因此可以實(shí)現(xiàn)選擇性焊接。如果采用點(diǎn)焊，每個(gè)器件的焊接時(shí)間可單獨(dú)設(shè)置；如果采用拖焊，則可設(shè)定噴嘴移動(dòng)速度來控制每個(gè)焊點(diǎn)的焊接時(shí)間，還可通過設(shè)置焊接噴嘴輔助收錫等動(dòng)作，保證焊接的品質(zhì)。

選擇性波峰焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可以對(duì)每個(gè)器件焊點(diǎn)定制工藝參數(shù)，焊接能力更強(qiáng)，焊接質(zhì)量和焊接一致性更好；②助焊劑消耗量少，殘留少；③由于錫鍋小，比波峰焊能耗更少（選擇性波峰焊機(jī)錫鍋容量十幾公斤，波峰焊機(jī)錫鍋容量五六百公斤）；④由于焊接時(shí)用氮?dú)獗Ｗo(hù)，焊接產(chǎn)生錫渣少；⑤焊接雙面回流工藝PCBA時(shí)，不必特意定制工裝。

選擇性波峰焊機(jī)國(guó)外制造商有德國(guó)ERSA、SEHO、INERTEC，荷蘭Vitronics Soltec等少數(shù)幾家，國(guó)內(nèi)制造還在起步模仿階段。這些設(shè)備目前的主要市場(chǎng)還是歐美等國(guó)，近年來在國(guó)內(nèi)才開始流行，主要集中在高鐵、電力、工控、軍工、通信和汽車電子行業(yè)等。

2選擇性波峰焊工藝可制造性

合理的印制板布局可以確保選擇性波峰焊工藝的可制造性。以ERSA選擇性波峰焊機(jī)為例，單噴嘴最小內(nèi)徑3 mm，外徑4.5 mm，最大內(nèi)徑10 mm，外徑14 mm，因此印制布局要充分考慮噴嘴直徑、噴嘴高度等因素。

如果要采用單噴嘴選擇性波峰焊工藝，設(shè)計(jì)人員在印制板排版時(shí)，需要在器件引腳或引腳排的三面空出2 mm的空間，并在第四面空出5 mm的空間，以便焊接完成后噴嘴可順利離開印制板。另外，如果印制板焊接面上有較高器件也要使其盡可能遠(yuǎn)離焊點(diǎn)，以免焊接時(shí)較高器件碰到焊接噴嘴或氮?dú)庹帧?/p>

如果要采用多噴嘴浸焊選擇性波峰焊工藝，設(shè)計(jì)人員在排版時(shí)，一定要確保焊接的焊點(diǎn)與周邊器件或不焊接的焊點(diǎn)之間的間距，不能小于2 mm，同時(shí)焊接的空間也要預(yù)留，如對(duì)于6 mm×18 mm的噴嘴，至少在焊點(diǎn)周圍預(yù)留出10 mm×22 mm的空間.

當(dāng)焊接通過器件焊點(diǎn)周圍有貼片器件時(shí)，設(shè)計(jì)人員就要注意貼片器件排布方向，要確保貼片器件只有一個(gè)焊端與焊接噴嘴相鄰，以免選擇性波峰焊接時(shí)，貼片器件被解焊。

3選擇性波峰焊焊接質(zhì)量

3.1印制板布局與通孔填充率

造成通過填充率不足的主要原因是器件引腳直徑相對(duì)于通孔直徑過小或過大，如果間隙太大，就不能形成毛細(xì)管作用；如果間隙太小，助焊劑無法深人通孔，也就無法充分發(fā)揮助焊作用，形成合格的焊點(diǎn)。因此需合理設(shè)計(jì)印制板，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在有鉛焊接工藝中，通過的直徑通常在引腳直徑的基礎(chǔ)上增加0.2～0.4 mill，在無鉛焊接工藝中，則要增加0.5 mm。

3.2印制板布局與橋接缺陷

橋接是選擇性波峰焊接過程中發(fā)生的主要缺陷，主要是因器件引腳間距離過小導(dǎo)致。通常多噴嘴浸焊焊接工藝要求引腳間距大于2.54 mm，而單噴嘴焊接工藝引腳間距要求大于1.27 mm。盡管引腳間距小于2.54 mm的集成電路、電阻排等器件的引腳排，在浸焊工藝中有較大的橋接風(fēng)險(xiǎn)，但如果印制板布局合理，在引腳對(duì)應(yīng)焊盤附近排布引流焊盤，比如小尺寸的焊盤或者橢圓形的焊盤，可以幫助將多余的焊料導(dǎo)引出焊點(diǎn)，就可降低橋接風(fēng)險(xiǎn)。

3.3印制板布局與錫珠缺陷

錫珠現(xiàn)象存在于波峰焊、回流焊工藝中，在無鉛焊接過程中更易發(fā)生，因?yàn)闊o鉛焊接溫度明顯高于有鉛焊接溫度。較高的焊接溫度可能導(dǎo)致耐溫性較差的阻焊膜在PCBA預(yù)熱期間就出現(xiàn)軟化，增加了錫珠粘連的機(jī)會(huì)。所以設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行印制板排版時(shí)，應(yīng)盡可能加大焊盤阻焊膜開窗，使阻焊膜遠(yuǎn)離焊盤，降低錫珠產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

4 選擇性波峰焊機(jī)的應(yīng)用

選擇性波峰焊機(jī)焊接工藝窗口寬、焊接能力強(qiáng)，但如果不充分了解和熟悉選擇性波峰焊機(jī)構(gòu)造功能，以及配套附件的應(yīng)用，則無法充分發(fā)揮其作用。

4.1選擇性波峰焊工藝控制要點(diǎn)

選擇性波峰焊的工藝流程包括：助焊劑噴涂、印制板預(yù)熱和焊接，每個(gè)工藝流程控制的基本要求如下：①助焊劑噴涂一般有點(diǎn)噴和霧噴2種方式，可根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和工藝要求進(jìn)行選擇；②預(yù)熱條件需要調(diào)整到最佳，使得助焊劑活性達(dá)到最佳；③焊接噴嘴必須有持續(xù)的高純度氮?dú)猓ǖ獨(dú)饧兌葹?9.999%）保護(hù)；④焊接過程中，器件本體上的實(shí)測(cè)溫度必須在器件可承受范圍內(nèi)。影響選擇性波峰焊接質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)包括：助焊劑噴涂時(shí)間、助焊劑噴頭移動(dòng)速度；預(yù)熱時(shí)間、溫度、輸出功率，以及預(yù)熱模塊組合方式；焊接溫度、時(shí)間；焊接噴嘴移動(dòng)速度、焊接動(dòng)作，焊接噴嘴自動(dòng)清洗時(shí)間間隔等等。

4.2選擇性波峰焊噴嘴的選擇

焊接噴嘴是選擇性波峰焊機(jī)的重要附件，有多種尺寸可以選擇。以ERSA選擇性波峰焊機(jī)為例，標(biāo)準(zhǔn)配置的就有3.0 mm/4.5 mm、4.0 mm/8.0 mm、6.0 mm/10.0 mm、8.0 mm/12.0 mm、10.0 ram/14.0 mm 5種不同內(nèi)徑/外徑的噴嘴，合適的焊接噴嘴可以保證焊接質(zhì)量。對(duì)于難焊大熱容器件，盡量選擇大尺寸噴嘴，可以提供足夠的焊接熱量；而對(duì)于密集貼片器件中的焊點(diǎn)，則需要選擇小尺寸噴嘴，以免解焊掉周圍的貼片器件。除了標(biāo)

準(zhǔn)噴嘴，還可以定制不同尺寸、不同形狀噴嘴，如加長(zhǎng)噴嘴、浸焊噴嘴，以滿足不同的焊接需求。焊接噴嘴的技術(shù)（比如潤(rùn)濕性和非潤(rùn)濕性焊接噴嘴）也是重要的考慮因素。針對(duì)高可靠性電子產(chǎn)品特點(diǎn)，合理選擇焊接噴嘴，以及焊接方式，如點(diǎn)焊或拖焊，對(duì)生產(chǎn)批量大的產(chǎn)品定制噴嘴進(jìn)行浸焊，不僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，也大大提高了生產(chǎn)效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過合理設(shè)計(jì)印制板布局，設(shè)定合理的工藝參數(shù)，選擇適合的噴嘴、助焊劑等，可有效保證選擇性波峰焊焊接質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，并能使選擇性波峰焊設(shè)備得到更加充分的利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧藹云.表面組裝技術(shù)（SMT）基礎(chǔ)與通用工藝[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

（作者單位：中天寬帶技術(shù)有限公司）