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PCB板焊接缺陷产生的原因及解决措施

2018-01-16 10:10 来源:互联网 编辑:Janet

回顾近年来电子产业工艺发展历程,可以留意到一个很明显的趋势就是回流焊技术。原则上传统插装件也可用回流焊工艺,这就是通常所说的通孔回流焊接。其优点是有可能在同一时间内完成所有的焊点,使生产本钱降到最低。然而温度敏感元件却限制了回流焊接的应用,无论是插装件还是SMD。继而人们把目光转向选择焊接。大多数应用中都可以在回流焊接之后采用选择焊接。这将成为经济而有效地完成剩余插装件的焊接方法,而且与将来的无铅焊接完全兼容。

选择性焊接的工艺特点

可通过与波峰焊的比较来了解选择性焊接的工艺特点。两者间最明显的差异在于波峰焊中PCB的下部完全浸进液态焊料中,而在选择性焊接中,仅有部分特定区域与焊锡波接触。由于PCB本身就是一种不良的热传导介质,因此焊接时它不会加热熔化邻近元器件和PCB区域的焊点。在焊接前也必须预先涂敷助焊剂。与波峰焊相比,助焊剂仅涂覆在PCB下部的待焊接部位,而不是整个PCB。另外选择性焊接仅适用于插装元件的焊接。选择性焊接是一种全新的方法,彻底了解选择性焊接工艺和设备是成功焊接所必须的。

选择性焊接的流程

典型的选择性焊接的工艺流程包括:助焊剂喷涂,PCB预热、浸焊和拖焊。

助焊剂涂布工艺

在选择性焊接中,助焊剂涂布工序起着重要的作用。焊接加热与焊接结束时,助焊剂应有足够的活性防止桥接的产生并防止PCB产生氧化。助焊剂喷涂由X/Y机械手携带PCB通过助焊剂喷嘴上方,助焊剂喷涂到PCB待焊位置上。助焊剂具有单嘴喷雾式、微孔喷射式、同步式多点/图形喷雾多种方式。回流焊工序后的微波峰选焊,最重要的是焊剂正确喷涂。微孔喷射式尽对不会弄污焊点之外的区域。微点喷涂最小焊剂点图形直径大于2mm,所以喷涂沉积在PCB上的焊剂位置精度为±0.5mm,才能保证焊剂始终覆盖在被焊部位上面,喷涂焊剂量的公差由供给商提供,技术说明书应规定焊剂使用量,通常建议100%的安全公差范围。

预热工艺

在选择性焊接工艺中的预热主要目的不是减少热应力,而是为了往除溶剂预干燥助焊剂,在进进焊锡波前,使得焊剂有正确的黏度。在焊接时,预热所带的热量对焊接质量的影响不是关键因素,PCB材料厚度、器件封装规格及助焊剂类型决定预热温度的设置。在选择性焊接中,对预热有不同的理论解释:有些工艺工程师以为PCB应在助焊剂喷涂前,进行预热;另一种观点以为不需要预热而直接进行焊接。使用者可根据具体的情况来安排选择性焊接的工艺流程。


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焊接工艺

选择性焊接工艺有两种不同工艺:拖焊工艺和浸焊工艺。

选择性拖焊工艺是在单个小焊嘴焊锡波上完成的。拖焊工艺适用于在PCB上非常紧密的空间上进行焊接。例如:个别的焊点或引脚,单排引脚能进行拖焊工艺。PCB以不同的速度及角度在焊嘴的焊锡波上移动达到最佳的焊接质量。为保证焊接工艺的稳定,焊嘴的内径小于6mm。焊锡溶液的流向被确定后,为不同的焊接需要,焊嘴按不同方向安装并优化。机械手可从不同方向,即0°~12°间不同角度接近焊锡波,于是用户能在电子组件上焊接各种器件,对大多数器件,建议倾斜角为10°。

与浸焊工艺相比,拖焊工艺的焊锡溶液及PCB板的运动,使得在进行焊接时的热转换效率就比浸焊工艺好。然而,形成焊缝连接所需要的热量由焊锡波传递,但单焊嘴的焊锡波质量小,只有焊锡波的温度相对高,才能达到拖焊工艺的要求。例:焊锡温度为275℃~300℃,拖拉速度10mm/s~25mm/s通常是可以接受的。在焊接区域供氮,以防止焊锡波氧化,焊锡波消除了氧化,使得拖焊工艺避免桥接缺陷的产生,这个优点增加了拖焊工艺的稳定性与可靠性。

机用具有高精度和高灵活性的特性,模块结构设计的系统可以完全按照客户特殊生产要求来定制,并且可升级满足今后生产发展的需求。机械手的运动半径可覆盖助焊剂喷嘴、预热和焊锡嘴,因而同一台设备可完成不同的焊接工艺。机器特有的同步制程可以大大缩短单板制程周期。机械手具备的能力使这种选择焊具有高精度和高质量焊接的特性。首先是机械手高度稳定的精确定位能力(±0.05mm),保证了每块板生产的参数高度重复一致;其次是机械手的5维运动使得PCB能够以任何优化的角度和方位接触锡面,获得最佳焊接质量。机械手夹板装置上安装的锡波高度测针,由钛合金制成,在程序控制下可定期丈量锡波高度,通过调节锡泵转速来控制锡波高度,以保证工艺稳定性。

尽管具有上述这么多优点,单嘴焊锡波拖焊工艺也存在不足:焊接时间是在焊剂喷涂、预热和焊接三个工序中时间最长的。并且由于焊点是一个一个的拖焊,随着焊点数的增加,焊接时间会大幅增加,在焊接效率上是无法与传统波峰焊工艺相比的。但情况正发生着改变,多焊嘴设计可最大限度地进步产量,例如,采用双焊接喷嘴可以使产量进步一倍,对助焊剂也同样可设计成双喷嘴。

浸进选择焊系统有多个焊锡嘴,并与PCB待焊点是一对一设计的,固然灵活性不及机械手式,但产量却相当于传统波峰焊设备,设备造价相对机械手式也较低。根据PCB的尺寸,可以进行单板或多板并行传送,所有待焊点都将以并行方式在同一时间内完成助焊剂喷涂、预热和焊接。但由于不同PCB上焊点的分布不同,因而对不同的PCB需制作专用的焊锡嘴。焊嘴的尺寸尽可能大,保证焊接工艺的稳定,不影响PCB上的周边相邻器件,这一点对设计工程师讲是重要的,也是困难的,由于工艺的稳定性可能依靠于它。

使用浸进选择焊工艺,可焊接0.7mm~10mm的焊点,短引脚及小尺寸焊盘的焊接工艺更稳定,桥接可能性也小,相邻焊点边沿、器件及焊嘴间的间隔应大于5mm。

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