焊接工艺的正确定义

1、焊接工艺的正确定义2003-6-10 8:48:45 阅读 1009 次击鼠标自动滚屏，单击停止Defining the Correct Soldering Process1. 引言 选择性焊接工艺不仅可作为波峰焊的一种取代， 而且其也为电子产品设计的创 新提供了一种全新的焊接方法。 选择性焊接工艺能焊接显示器， 平面电缆各种 形式的异型器件，也能将几块印制板（PCB）焊接到另外一块印制板上。选择性焊接工艺优良的重复性及高质量的焊点，汽车电子制造业已普遍接受。 选择性焊接设备具有一个机械臂系统可携带待焊组件向不同角度移动对准焊 嘴，给焊接技术提供了一个新的空间。 由于电子产品朝着小型化方向发展

2、， 再 流焊工艺已成为大批量生产的主流。 但有些机电器件如开关， 连接器及一些插 座采用常规波峰必须承受机械应力， 损害器件通孔互连的牢固连接。 而通孔焊 膏再流焊工艺在某些应用领域， 由于再流焊温度太高也不适用， 成本又高等受 到一定的限制。 通孔器件是可采用不同原方法进行焊接， 对不同焊接工艺及成 本比较， 从中作出决择。 比如通孔器件可以手工焊接， 但往往因为质量标准及 成本等问题不采用。 今天的电子组件正在不断的变化， 工艺工程师应该了解焊 接工艺新的技术，质量标准，无铅焊料及微型化等相关信息。 电路组件可采用三种选择性焊接方法进行焊接；其一， 模板波峰焊， 为每种电路组件设计专用模板

3、用于保护已焊的表面贴装器件；其二，选择性焊接设备 - 拖焊工艺，机械臂携带待焊 PCB 浸入固定位置焊嘴组的焊锡波上 （多焊锡波） 。 这三种选择性焊接工艺都可用于小批量或大批量生产。2. 助焊剂涂布工艺在上述三种焊接工艺中， 助焊剂涂布工艺起到重要作用。 在焊接加热及工艺结 束时，助焊剂能防止 PCB 产生的氧化，且助焊剂也应有足够的活性。防止在 PCB 脱离焊锡时产生的桥接。为满足这些要求，有关助焊剂涂布工艺的一些 重要因素必须考虑；u PCB 待焊部位助焊剂正确的涂布量u 助焊剂涂应均匀u 组件予热一为下道焊接工序准备u 焊接温度与接触时间u 焊后组件清洗3. 模板波峰焊 波峰焊工艺已有

4、许多不同规格的专用焊剂系列。例；铅/锡焊接工艺，常用的免清洗焊剂，建议其固体含量近于 2%，且焊剂应具有良好的铺展性及表面张 力的作用。在波峰焊工艺中， 焊剂的铺展是使用气压喷嘴自动完成的。 不同所有喷雾的焊 剂全部沉积在 PCB 上。喷嘴喷雾的图形是圆形或椭圆形，以确保在组件的前 后都能涂布焊剂。由于使用气压自动喷雾，有些焊剂将会回溅。在我们的铅 /锡实验中，选用低固体含量，免清洗助焊剂。在焊接前，PCB 涂布的焊剂需要在 70-100进行予热。 焊剂密度 0.8g/ml, 固体含量 1.5%.锡/银/ 铜基无铅焊料，使用水溶性，无有机按发物焊剂，在焊接前， PCB 涂布的焊 剂需要在 10

5、0 130进行予热。焊剂密度工 0995g/ml ，固体含量 1.8%。铅 锡焊料的 PCB 焊接面焊剂的最小用量为 1600g/in2。免清洗，酒精基焊剂固 体含量 1.5%, 在测试板上涂布的焊剂量是： 测试样板面积 100*160mm2=24.8mm2 每块 PCB 焊剂量（湿） = 固体焊剂量 每块板需要的固体焊剂量=100/0.5*24.8*0.0016=2.645g 焊剂需要量 =密度 （焊剂量 +30% 损失） 2.645=2.751mi/ 单板 无铅焊料涂布用量小于 40% ，在水中分解速度比在酒精中快得多 每块 PCB 板焊剂（湿）量 1.8*24.8*0.001=1.377

6、g 焊剂实际用量 0.997*1.3*1.377=1/784ml/ 单板4. 选择性焊接工艺选择性焊接工艺是用微滴焊剂喷涂器， 因为涂布在 PCB 待焊部位的焊剂很小， 涂布焊剂的位置是 PCB 与焊锡熔液接触的位置。其他地方不需要涂布焊剂。 选择性焊剂没有专用焊剂， 可使用波峰焊的焊剂， 焊剂用量也相同。 在选择性 焊接工艺中，每个焊接部位需要的焊剂量为： 待焊部位面积（铅 /锡） =3* （8*5）+16*6+32*6+50*6=708mm2 每块板的焊剂需要量 100/1.5*1.097*0.00016=0.117g 焊剂实际用量 =0.8*1.3*0.117=0.121ml/ 单元板

7、焊剂实际用量（无铅焊料） =0.079ml/ 单板5、焊接工艺 焊剂涂布后下道工序是干燥焊剂， 蒸发中的溶剂， 待焊部位获得足够的热量保 证实现可靠的焊缝连接。在常规波峰焊设备中，设计装有三个予热区，全长 1.800m，三个予热区的配置如下；第一区Calrod 加热器，第二区强对流加热器，第三区红外灯加热区。焊锡锅装有双波发生器，焊锡温度设定为250，无铅焊料属高熔点合金，因此在焊接温度范围，无铅焊料与铅锡焊料相比湿润性差，为达到可靠的焊接， 接触时间或焊接温度需要提高。在本实验，使用 SnAg3.8Cu0.5 焊料，焊接温 度 260 。较高的焊接温度足以保证焊接高质量，采用通过降低传送速度

8、方法 来增加接触时间。势必减少产量。见表 1Alloy Preheat Solder potZone 2 Zone 3 AolderTemp. ContactTimechipwave ContactTimeMainwaveTin/lead 250 150 25% 250 0.5sec 2.9secTin/silver/copper 450 180 25% 260 0.5 sec 2.9sec 选择性焊接设备配置装有红外线灯的两个区， 第二个区仅仅为减少因予热而影 响产量时使用。 对整个焊接周期来讲， 予热不是瓶颈， 可采用多个予热单元或 提高工率解决。选择波铅 /锡焊接工艺， 焊接工序需要长达

9、 40 秒，予热可一节在一个区内完成。 多波焊接工艺，焊接时间短，予热可分为两节，以闰少焊接时间。 加热温度曲线来区别工艺的加热温度对器件，材料的影响。在组件顶部安装热点偶，测量 PCB 顶部的温度鉴别焊剂的工艺要求。6、焊接产量选择性焊接工艺另一个指标是工艺必须满足用户需要的产量， 虽然焊接工艺不 是大多数组装生产线的瓶颈， 但焊接时间在整个工艺过程仍然是重要的。 实验 测试板布置 84 个待焊通孔焊点。手工焊接的平均时间为2.7秒。无铅焊料因高熔点及较差的湿润性，所以手工焊接时间增加到 3.5 秒。6.1 选择性焊接 选择性焊接设备， 助焊剂喷涂与予热工序是在传送区域完成的。 定义焊接时间

10、 是在焊剂喷涂，予热，焊接三个工序选择其中最长的时间。铅 /锡焊接工艺，焊接工序为最长时间。单嘴焊锡波拖焊工艺需要59.3 秒。多嘴焊锡波浸焊工艺需要 27.4 秒。使用无铅焊料，单嘴焊锡波拖焊工艺仍需要 59.3 秒，此时组件仍以同样速度（ 25mm/sec）进行焊接。多嘴焊锡波浸焊工 艺予热时间延长（ VOC ，水溶性焊剂需要较高的温度），使得焊接时间增加 到 36 秒（予热； 30 秒，传送时间 6 秒） 。6.2 波峰焊 波峰焊工艺中，组件进行焊接的传动速度为20cm/sec，每块板间隔 160mm ，最终焊接时间为 16.5 秒。7. 成本比较 选择性焊接的成本可分为几种类型；消耗类

11、费用；焊剂，氮气，焊膏；人工费 用；投资类费用（设备，工具投资利息，折旧；场地。这些成本计算应包括在 工艺过程中， 产品的焊接加工产出与需要的加工时间及人工成本有关。 专用的 计算模型可用来评价每次焊接工艺过程的焊点总量与年成本的比率。7.1 人工成本 人工成本包括； 工时； 编程时间，维护保养时间。 模板波峰焊还有传动系统的 辅助操作时间（ PCB 的装载 /卸载，清洗）7.2 投资成本 选择性焊接设备的成本包括；设备，多焊嘴模板， 备用件。 波峰焊设备还应包 括传动系统。 对每一种组装工艺尽可能减少对传动系统的要求。 传动系统的使 用寿命估计在 20，000 次。一块好的模板取决于设计及尺

12、寸。 成本在 ￥200 1000 间，模板承装平均时间大约 20 秒。7.3 场地 一台选择性焊接设备需占用的场地大约在5m3，常规的波峰焊设备需要 4m3，手工焊接设备需要 2m3。采用通用的方法对不同焊接工艺的盈亏平衡点进行计算是不可能的。例如； 工时成本，耗氮量， 占是面积等只是一个范围。 在选择性焊接中。与波峰焊相比 其能源及工时成本是低的，而与手工焊接相比其真正的收益是缺陷率的减少。8. 结论 选择性焊接工艺是模板波峰焊很好的取代工艺， 其能没有高价的传动系统条件 下，实现高度灵活的电路组件焊接。虽然波峰焊能得到 很高的产量，但受到 焊接面已焊器件高度及 SMD 器件限制。除了高的模板及装载成本，焊锡波峰 必须有足够 的高度才能在模板窗口有适当的焊料压力。 波峰的高度达 12mm ， 这样增加了