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选择性波峰焊技术剖析
发布时间:2018-04-17


   电子工业,包括元器件领域的迅速发展,逐步使电子产品提高功能和小型化成为可能。例如移动电子产品,全球化的竞争促使这类产品的制造商们通过缩短其产品的市场反应时间来应对客户对产品不断增长的期望和新要求,从而激化了挑战。但是全球化竞争也使企业承受了巨大的降低成本的压力。面对不断提高的质量要求,生产成本和资金消耗的降低是个永恒的课题。 似乎这还不够,不断出台的全球环境保护的法律规范也在给电子产品制造商设置障碍。对于消费类产品,另一个问题是产品需求的季节性波动,只能通过灵活多变的生产来解决。


  摆在企业面前的这些严格的要求自然反映在生产设备上,这也正好说明了为什么在过去几年中,选择性波峰焊接技术会在电子生产领域比其它工艺发展得更迅速。由于无铅焊接技术的要求,新的生产工艺问题在不断出现。例如,无铅焊接工艺需要更高的焊接温度;无铅焊料冷凝得更快;金属和铜在无铅合金焊料中要比在锡铅焊料中溶解得快。这些更严格的条件意味着,生产中需要合适的焊接设备来有效、可靠地应对无铅焊接所带来的腐蚀性。选择性波峰焊一贯坚持其特性必须符合无铅选择性焊接工作艺的要求,并向用户提供了针对各种类型选择性焊接应用的多种产品选择范围。


从根本上说,质量问题已促使选择性焊接成为一个不可缺少的工艺。生产工艺和参数在应用中是必需的,一致性也是一个方面,人工焊接因而落伍了,因为一个好的工艺在人工焊接中很难完全重复,完全依赖于操作者的主观能力。焊接结果还受到烙铁头磨损的影响。还有一个重要因素是烙铁头上的高温。遗憾的是对人工焊接工艺的研究显示,许多操作者根本没有意识到烙铁头温度和接触时间会影响到基材和焊点的形成。焊台也经常被设置在最高温度,因为这样焊接会很“快”,众所周知,“时间就是金钱”。而这可能会导致低质量高成本的生产工艺,以及不良的工艺重复性。如果遇到敏感的器件和PCB板,这样会极其危险。而且从视觉上来说,人们在看一个成品时,很难区分人工焊接的焊点和返修过的焊点之间的区别。
        在要求高质量和高可靠性的组装电路板领域中,如汽车行业的安全装置的组装电路板,使用人工焊接工具的焊接是不允许的。事实上,在这些应用中人工焊接被视为影响质量的风险。



1.  由于可以对逐个焊点或器件进行精确的参数设定,焊接缺陷几乎不存在了。
2.  精确设置过的助焊剂喷涂,只施用于焊盘和插脚上,可以确保PCB板的高洁净度,无须另外清洁。
另外,在用波峰焊焊接双面PCB板时,锡槽中升高的焊料温度经常会使顶部器件重复熔化。在与焊锡波接触中发生的PCB板弯曲会导致多点SMD器件在冷却过程中的机械应力。这对BGA器件很重要,因为这个应力是无法通过视觉检查、ICT或功能测试识别的。 这样,产品在使用中发生故障显然是由不良焊接造成的。     

3.  选择性焊接则只将热传导到需要焊接的焊盘和插脚处,这样就极大地消除了电路板弯曲造成的缺陷。 这些特性在使用无铅焊料和水溶性助焊剂时也尤为重要。由于无铅焊接需要相对高的温度,多重焊接过程给器件和基材带来更大损害,会超出允许的范围。这都是由于无铅焊料更高的熔解温度和许多器件的熔解温度和许多器件的耐热温度限制引起的。这样就会缩小熔点(217-227)和工作温度(260-280)之间的温差,从而显著地缩小工艺窗口。

选择性波峰焊

       选择性波峰焊工艺中出色的喷嘴设计可使焊接参数对应确定的焊点,而无须让整个组装件承受不必要的热应力。这样可以基本上消除损坏表面贴装器件的风险。 鉴于其工作方式,选择性焊接在相对低的温度下可以减少铜的溶解。锡槽中铜的溶解性所导致的扩散在无铅焊料中要远高于锡铅合金焊料,扩散率取决于焊接温度、接触时间和波峰和动态性。测试明确显示了具有高效的预热系统的选择性波峰焊接设备可以在相对低的焊接温度下工作。有了选择性焊接工艺,可以在提高通孔填充时减少铜的溶解。

选择性焊接工艺得以快速传播的原因除了上述的质量优点以外,还归功于它的经济效益。
       以前一直用波峰焊来焊接THT(通孔技术)器件的公司现在也开始改用选择性焊接,这主要是由于资产成本和技术利益之间的差异推动的。组装电路板中通常是99%的SMD器件和少数的异形器件,如连接器、变压器、继电器、电解电容器等,这些器件的组装都是由SMT以外的设备和加工系统协同全套波峰焊生产线来补充完成的。高能量、更多的厂房要求以及大量的助焊剂、焊料和氮气的消耗,使波峰焊工艺过程很不经济。在不得不使用复杂的阻焊掩模板来保护PCB焊接面上的器件避免接触到助焊剂和焊料时,这一矛盾就更为突出。
      相对于传统的波峰焊,选择性焊接的电力、焊料、助焊剂和氮气消耗降低了很多。在一个具体的个案研究中,通过生产一块通讯电路板,对比从前使用的波峰焊工艺生产,来计算选择性焊接节约的成本。装配总共需要焊接26个有引线器件,220个焊点。结果是,选择性焊接大大降低了能量和耗材的消耗:助焊剂消耗-97%;锡渣-95%;能量需求-55%;氮气消耗-95%。


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