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自动焊接技术 1 自动焊接技术随着电子技术的发展 电子产品向多功能 小型化 高可靠性方向发展 电路越来越复杂 产品组装密度也越来越高 手工焊接虽能满足高可靠性的要求 但很难同时满足焊接高效率的要求 因此 高效的自动焊接技术就应运而生 自动焊接技术基本分三种 一 浸焊二 波峰焊三 再流焊 回流焊 2 一 浸焊浸焊是将插好元器件的印制电路板浸入熔融状态的锡锅中 一次完成印制电路板上所有焊点的焊接 它比手工焊接生产效率高 操作简单 适于批量生产 浸焊包括手工浸焊和机器自动浸焊两种形式 3 1 全自动浸焊机流程如下 印制板安装到夹具 喷涂助焊剂 预热 浸焊 冷却 切脚 4 2 手工浸焊手工浸焊是由操作工人手持夹具将已插好元器件 涂好助焊剂的印制电路板浸入锡锅中焊接 下图手工浸焊机 5 浸焊要点如下 1 焊锡有环保与不环保之分 不环保现在基本被淘汰了 象锡铅合金 环保的如锡银铜合金 现在环保焊锡的熔点一般为227 232 锡锅熔化焊锡的温度在230 250 为宜 一般设定在240 上下 但有些元器件和印制板较大 可将焊锡的温度提高到260 左右 为了及时去除焊锡层表面的氧化层 可随时加入松香助焊剂 6 2 浸锡 用夹具夹住印制电路板的边缘 以与锡锅内的焊锡液成30 45 的倾角 且与锡液保持平行浸入锡锅内 浸入的深度以印制板厚度的50 70 为宜 浸锡的时间约3 5S 浸焊后仍按原浸入的角度缓慢取出如下图所示 7 3 冷却 刚焊接完成的印制板上有大量余热未散 如不及时冷却 可能会损坏印制板上的元器件 可采用风冷或其他方法降温 4 检查焊接质量 焊接后可能会出现连焊 虚焊 假焊等 可用手工焊接补焊 如果大部分未焊好 应检查原因 重复浸焊 但印制电路板上只能浸焊两次 否则 会造成印制电路板变形 铜箔脱落 元器件性能变差 8 5 虚焊与假焊都是指焊件表面没有充分镀上锡层 焊件之间没有被锡固住 是由于焊件表面没有清除干净或焊剂用得太少以及焊接时间过短 焊接温度过低所引起的 它的焊点成为有接触电阻的连接状态 导致电路工作不正常 出现时好时坏的不稳定现象 噪声增加而没有规律性 给电路的调试 使用和维护带来重大隐患 此外 也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内 保持接触尚好 因此不容易发现 9 但在温度 湿度和振动等环境条件作用下 接触表面逐步被氧化 接触慢慢地变得不完全起来 虚焊点的接触电阻会引起局部发热 局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化 最终甚至使焊点脱落 电路完全不能正常工作 这一过程有时可长达一 二年 据统计数字表明 在电子整机产品故障中 有将近一半是由于焊接不良引起的 10 二 波峰焊波峰焊是利用焊锡槽内的机械式或电磁式离心泵 将熔融焊料压向喷嘴 形成一股向上平稳喷涌的焊料波峰并源源不断地从喷嘴中溢出 装有元器件的印制电路板以平面直线匀速运动的方式通过焊料波峰 在焊接面上形成润湿焊点而完成焊接 11 波峰焊机波峰焊机是在浸焊机的基础上发展起来的自动焊接设备 两者最主要的区别在于设备的焊锡槽 波峰焊机通常由波峰发生器 印制电路板传输系统 焊剂喷涂装置 印制电路板预热 冷却装置与电气控制系统等基本部分组成 12 波峰焊工艺流程 准备 装件 喷涂焊剂 预热 波峰焊 冷却 切脚 清洗 13 波峰发生器 波峰发生器是波峰焊机的核心 是衡量一台波峰系统性能优劣的主要依据 而波峰动力学又是波峰发生器技术水平的标志 传输系统 传输系统是一条安放在滚轴上的金属传送带 它支撑着印制电路板移动通过波峰焊区域 助焊剂喷涂装置 焊助剂喷涂装置的作用是在波峰焊接之前将焊剂施加至印制电路板组件底部 助焊剂喷嘴既可以实现连续喷涂 也可以被设置成检测到有电路板通过时才进行喷涂的经济模式 14 预热装置 预热装置由热管组成 波峰焊机采用预热系统以升高印刷电路板组件和焊剂的温度 这样做有助于在印刷电路板进入焊料波峰时降低热冲击 同时也有助于活化焊剂 预热温度一般为90 100 预热处理能使印刷电路板材料和元器件上的热应力作用降低至最小的程度 并且可以蒸发掉所有可能吸收的潮气或稀释助焊剂的载体溶剂 如果这些东西不被去除的话 它们会在过波峰时沸腾并造成焊锡溅射 或者产生蒸汽留在焊锡里面形成中空的焊点或砂眼 另外 由于双面板和多层板的热容量较大 因此它们比单面板需要更高的预热温度 15 目前波峰焊机基本上采用热辐射方式进行预热 最常用的波峰焊预热方法有强制热风对流 电热板对流 电热棒加热及红外加热等 在这些方法中 强制热风对流通常被认为是大多数工艺里波峰焊机最有效的热量传递方法 16 焊料波峰 涂覆助焊剂的印刷电路板组件离开了预热阶段 通过传输带穿过焊料波峰 焊料波峰是由来自于容器内熔化了的焊料上下往复运动而形成的 线路板用单波 波 或双波 扰流波和 波 方式进行焊接 对穿孔式元件来讲单波就足够了 印刷电路板通过焊料波峰 就可以形成焊接点 线路板进入波峰时 焊锡流动的方向和板子的行进方向相反 可在元件引脚周围产生涡流 这就象是一种洗刷 将上面所有助焊剂和氧化膜的残余物去除 在焊点到达浸润温度时形成浸润 下图情形需用双波焊接 即同时开扰流波和 波 17 控制系统 随着当代控制技术 微电子技术和计算机技术的迅猛发展 波峰焊控制技术也不例外 波峰焊采用计算机控制实现对系统进行最优的实时自适应控制 18 三 再流焊 1 再流焊接原理再流焊亦称回流焊 再流焊是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的焊接技术 主要应用于各类表面组装元器件的焊接 19 再流焊技术的焊料是焊锡膏 是预先在PCB焊盘上施放适量和适当形式的焊料 然后贴放表面组装元器件 经固化后 再利用外部热源使焊料再次流动达到焊接目的的一种成组或逐点焊接工艺 再流焊工艺流程 涂敷焊剂 贴装表面组装元器件 烘干 预热 再流焊 冷却 20 2 再流焊的特点再流焊与波峰焊技术相比 再流焊具有以下技术特点 元件不直接浸渍在熔融的焊料中 所以元件受到的热冲击小 仅在需要部位施放焊料 能控制焊料施放量 能避免桥接等缺陷的产生 所以焊接质量好 节省焊料 焊点的一致性好 可靠性高 21 只要施放焊料的位置正确而贴放元器件的位置有一定偏离 在再流焊过程中 由于熔融焊料表面张力的作用 能够自动校正偏差 把元器件拉回到近似准确的位置 焊料中一般不会混入不纯物 使用焊膏时 能正确地保持焊料的组成 22 3 再流焊设备的主要结构和工作方式再流焊设备的主要由PCB传输装置 加热源 空气循环装置 冷却装置 排风装置 温度控制装置以及计算机控制系统等基本部分组成 4 再流焊的分类再流焊技术主要按照加热方法进行分类 主要包括 气相再流焊 原理是利用含有碳氟化物的液体加热至沸点 约215 汽化后产生的蒸气 红外再流焊 热风炉再流焊 热