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混装电路板焊接工艺技术探讨-中国最大钣金展-锻压展-2016第十七届广州国际钣金、锻压工业展览会-巨浪展览- The 17th China（Guangzhou）Int’l Sheet metal machinery,Forging, Stamping and Setting Equipment Exhibition
2016年1月13日 钣金展-锻压展-sheet metal expo |
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再流焊与波峰焊接工艺及应用比较表主要工艺波峰焊接应用范围和特点1、纯SMD焊装工艺，省时，质量有保证；2、凡SMD引脚间距在0.635mm及以下者，用此法才能达到焊接标准，质量好、合格率篼；3、各种类型的SMD均能焊接，特别适用于高外形或不密封器件的焊接。少量插装元件SMT混装PCB的焊接常采用手工补焊。
1、SMD与插装元件混装时，用此法可省时且成本也低，焊点强度篼，质量也好；2、只有当引脚间距在0.635mm以上的SMD，低外形，密封性好者，才可选用此法；3、特别适用于无源片状元件SHIP、SOT以及插装元件比例大的混装板焊接，效率篼，可与生产线接驳，自动化程度篼。
随着厦华篼清晰数字彩电与变频彩电的研发投产，表面贴装技术（SMT）和双面混装多层印制板的日趋成熟，传统贯穿孔，而我们的卸车机从1994年至今，已有8个年头，才换一个，还不是螺旋磨损的原因，而是因为螺旋轴疲劳断裂。
混合的SMT波焊中，由于SMD焊盘并无贯穿孔，由助焊剂以及粘胶受熔锡加热产生的气体无法通过贯穿孔排出，往往会滞留于焊盘附近，阻碍了熔锡接触零件端面或PCB板上焊盘。同时，由于SMD浸人培融锡波，其本身的立体障碍造成了遮蔽效应和阴影效应（见）。因此，采用传统的平稳波峰焊接将无法完全润湿焊盘并形成饱满的焊点，其缺陷主要表现在SMD漏焊（未焊、空焊）或针气孔。
另外，对于高密度的元件焊点和四方扁平封装器件（QFP）的引脚间距小于0.65mm波焊中，连焊问题也是不可避免的。
对此，在波峰焊机的设备选型上，尤其是波峰嘴结构选择方面，需让PCB在平稳波峰前先经过特殊设计的焊锡波（如振荡冲击波、喷射波等），使熔锡能顺利突破其阴影效应，并润湿焊盘。实现这一方案的有多波峰焊机、振荡波焊机、气泡式锡波焊机和喷流式锡波焊机等，从厦华彩电厂实施对SMT混装电路板的焊接质量的情况来看，采用双波峰焊机（见）效果甚佳。
其第一道波是汹涌狂烈、蓬勃向上的三排密集喷泉式的锡柱波，它可以深入到死角并驱走积集在阴影部分由焊剂等蒸发的气体并实现初焊。第二道波是标准可调式平稳的宽锡波，它真正最后完成了焊接工作，也使得搭桥短路减少到最少，两道波峰电机均采用变频调速。但是在SMT的波峰焊接中也出现SMD连焊，尤其是QFP器件。这主要是因为第一道喷射柱波在润湿焊盘的同时，也冲刷掉助焊剂，使得二次波峰着锡时易造成过多的焊锡，在引脚处容易形成搭桥而短路。
为此，有的波峰焊机在二次波峰焊接后（元件刚脱离焊料后）加装一热空气刀（HAK）处理装置。它是通过一束高温高速的氮气或空气，吹去过多焊料以减少桥接连焊，但这在操作上要求较为严格，控制也比较复杂，因此必须有选择性地使用。综上所述，选择带有热空气刀（HAK）的可单独控制的双波峰焊机仍是目前SMT波焊的首选，当然如能在氮气等惰性气体下焊接更佳。
2波峰焊接工艺参数对焊接质置的彩响虽然，目前大多数SMD均能符合耐焊要求和抗热要求，元件端面金属熔融问题基本解决，但我们仍应采用短插波峰焊接工艺（就是采用双波峰焊接，其一二次喷流也不能距离太远），以避免元器件受热不连续，造成二次热冲击，从而导致元器件的损坏或焊接面粘胶失效元件的移位和掉片。基于SMT混装电路板波峰焊接的几个主要工艺参数对焊接质量的影响进行一些探讨。
2.1预热温度预热的设定与焊剂的选择有很大关系，一般来说，由于助焊剂受一次喷流的冲刷，要求预热温度比焊普通PTH基板来得高一些，以120~160丈为宜（太低焊剂活化不充分，易产生锡珠，太篼焊剂易恶化，润湿性差，酚醛类PCB可取120~140弋，环氧类PCB可取140~160T. 2.2焊接温度在助焊剂不变坏的范围内和SMD不过热的前提下，焊锡的温度最好篼一些（极限温度270），以加快焊锡流速，减少搭接和漏焊。一般可按：锡铅合金熔点+60~65丈来取值，以Sn60Pb40为例可定为250~255（新锡可设定250，旧锡可适当篼些如255）。2.3焊接角度0（传动方向与波峰水平的夹角）角度0将影响焊点焊料在脱离焊锡时被拉回的多少，即决定发生搭接短路的可能性，一般取4~6（过小易造成连焊搭桥，过大易造成锡薄）。
2.4浸焊深度在防止漏焊方面，一次喷流时采用深一些（以不冒锡珠为限，必要时采用挡锡条保护），在防止连焊方面二次波峰宜设定浅点，喷流速度可适当加强。一般来说，单面板压焊料深度为板厚的1/2~2/3，双面板压焊料深度为板厚的2/3 2.5传动速度在SMT波焊中，为有效克服SMD的遮蔽效应和元件焊盘的连焊，在缓解PCB、SMD热冲击，应尽可能慢一些，使得温升小于3T：/s，可选在1.1 ~1.5m/min左右。此参数的设定对以上参数均有影响，必要时须修正。
通过几年的摸索我们发现，在二元Sn/Pb合金焊料的焊接过程中Cu含量的增加最快，并且影响最为显著，而其它元素含量却变化不大。因此焊料中的含Cu量是制约因焊料污染影响焊锡继续使用的瓶颈，定期科学取样化验Cu的含量（在SnPb合金焊料中警戒值为0.3%）是决定是否换锡的关键指标。
3.2焊剂的选用使用焊剂的目的在于除去待焊物表面的氧化物，当焊接时它能在预热温度和焊锡熔点以下的温度活化，对金属焊锡表面进行化学清洁工作（溶解氧化物），使焊料能润湿并扩散在被焊金属表面上。目前在印刷电路板上使用的助焊剂多为有机化合物焊剂，它可分为松香类和非松香类，理想的焊剂应该是常温下非常稳定而在焊接温度下又具有活性，其残留物在常温下不具有腐蚀性，松香类焊剂较为符合这个要求。在此类焊剂上又可分为无活性焊剂（R）、中活性焊剂（RMA）、活性焊剂（RA）和超活性焊剂（RSA）等。前二者为免清洗焊剂，表面张力相对较小；而后二者为须清洗焊剂，表面张力相对较大。对于SMT波焊来说，应选用低残留物，而且其固态含量应较低3%为宜），无卤化物，表面张力较低的RMA类型免清洗焊剂。助焊剂的涂覆方式宜采用超声喷雾或空气喷雾4PCB设计及元器件对焊接质置的影响对于SMT混装电路的焊接质量问题，印刷电路板（PCB）设计的好坏，元器件的可焊性、耐焊性以及SMD排列分布十分重要。在PCBCAD的设计时，一般应注意以下问题：4.1元器件的分布元器件的分布应尽可能将所有的大器件（如PGA，BGA，QFP，PLCC等）安放在同一面（A面），而且尽量均匀分布，而B面（焊接面）最好是片状元件，如CHIP、SOT元件。
4.2PCB上元器件的排列PCB上的元器件，宜采用如排列。对于细脚元器件排列示意图间距的1C件者可在1C引脚后（锡流方向最后两个焊脚处，两边各1个），增加两个窃锡焊盘，以减少搭桥连焊的可能性。
SMT混装电路板焊接效果对比我们在厦华彩电厂的DW-300短插双波峰焊机上（已加大锡炉的热容量，以稳定锡温，同时便于清除氧化物），采用改进后的双波峰焊接工艺技术参数与原单波峰传统工艺技术参数进行对照比较，SMT焊接缺陷显著减少（见表2）。在解决QFP引脚搭桥方面，采取了以加快焊锡脱离瞬间焊料的回流速度为目的的工艺参数调整。其主要工艺参数如下（选用不同的设备，焊料焊剂，工艺参数略有差异）：适当调整波峰嘴的挡板并加大焊接角度e使用焊料为云锡EAOS-60A，焊剂为深圳同方TF- 96-5（喷雾式）。
SMT焊接技术展望从表2可以看出，作为SMT混装PCB的波焊质量可以通过正确的设备选型，焊料焊剂的合理选用以及优化工艺参数等措施来获得不同程度的提篼，但其消除缺陷毕竟有限。从某种角度上说，波峰焊接方式仍有一定的局限性，很难做到零缺陷。为适应SMT焊接技术的发展，其焊接方式，焊料焊剂也在不断研究与探索中。
6.1穿孔回流焊工艺（PIHR）PIHR是先由定位系统对准管嘴（针管）孔，然后用刮板将焊料盘上的焊裔涂布在PCB的焊盘上进行焊料分配漏印，经翻板和插人元件后，最后用再流焊焊接通孔引线元器件的新工艺。该工艺可避免热效应对PCB和元器件的不良影响，节约能源，最近几年发展很快。
6.2选择性焊接工艺选择性焊接是利用离心泵系统将已熔融的焊料压送到输送管道和喷嘴中，通过喷嘴形成一定的流量和形状，以润湿PCB的焊盘和待焊的元件，来实现有选择性的焊接。此工艺技术常由一可编程控制器（PLC）进行控制定位，可同时进行多点焊接。工艺比较宽容，一致性好，可与全自动生产整合在一起。
6.3选择性去桥连技术工艺的新发展选择性去桥连技术是在我们力荐的带热空气刀的波峰焊设备上的改进，可通过微机控制并选择易出桥接缺陷的区域进行去桥连处理，而不会破坏其它好的焊点。必要时须在PCB加装一焊托架。
6.4SMT的焊接工艺材料总体正向环保型产品发展常用的SnPb合金焊料向无铅、低铅和低温合金焊料发展，如99.3Sn/0.7Cu，95Sn/5Sb等。焊剂虽然正向免清洗、不含挥发性有机物（VOC）、无松香型等环保材料发展。但无助焊剂波峰焊接工艺是解决PCB洁净度的有效方式，只有免助焊剂波峰焊接才能彻底解决PCB残留污染问题。这项技术是当前波峰焊接技术工艺主攻课题之一，在国外已有使用，相信在不久的将来国内会开始采用该工艺设备。
7结束语虽然再流焊工艺在SMT组装中起着重要作用，但对于通孔元件组装及通孔和SMT混装电路板的焊接，在相当长的时间内，波峰焊接仍然是最有效的自动化、高产量的在线焊接方式。采用特殊波峰焊接设备（如带有HAK充氮式双波峰焊机），选用优质焊剂焊料，优化和调整焊接工艺技术参数，可使焊接缺陷降到最低限度。
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