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PCB板焊接缺陷產生的原因及解決方法

發布時間:2016-11-03 08:04:13 分類:企業新聞

  回顧近年來電子工業工藝發展歷程,可以注意到一個很明顯的趨勢就是回流焊技術。原則上傳統插裝件也可用回流焊工藝,這就是通常所說的通孔回流焊接。其優點是有可能在同一時間內完成所有的焊點,使生產成本降到低。然而溫度敏感元件卻限制了回流焊接的應用,無論是插裝件還是SMD。繼而人們把目光轉向選擇焊接。大多數應用中都可以在回流焊接之后采用選擇焊接。這將成為經濟而有效地完成剩余插裝件的焊接方法,而且與將來的無鉛焊接完全兼容。

選擇性焊接的工藝特點

可通過與波峰焊的比較來了解選擇性焊接的工藝特點。兩者間明顯的差異在于波峰焊中PCB的下部完全浸入液態焊料中,而在選擇性焊接中,僅有部分特定區域與焊錫波接觸。由于PCB本身就是一種不良的熱傳導介質,因此焊接時它不會加熱熔化鄰近元器件和PCB區域的焊點。在焊接前也必須預先涂敷助焊劑。與波峰焊相比,助焊劑僅涂覆在PCB下部的待焊接部位,而不是整個PCB。另外選擇性焊接僅適用于插裝元件的焊接。選擇性焊接是一種全新的方法,徹底了解選擇性焊接工藝和設備是成功焊接所必需的。

選擇性焊接的流程

典型的選擇性焊接的工藝流程包括:助焊劑噴涂,PCB預熱、浸焊和拖焊。

助焊劑涂布工藝

在選擇性焊接中,助焊劑涂布工序起著重要的作用。焊接加熱與焊接結束時,助焊劑應有足夠的活性防止橋接的產生并防止PCB產生氧化。助焊劑噴涂由X/Y機械手攜帶PCB通過助焊劑噴嘴上方,助焊劑噴涂到PCB待焊位置上。助焊劑具有單嘴噴霧式、微孔噴射式、同步式多點/圖形噴霧多種方式。回流焊工序后的微波峰選焊,重要的是焊劑準確噴涂。微孔噴射式絕對不會弄污焊點之外的區域。微點噴涂小焊劑點圖形直徑大于2mm,所以噴涂沉積在PCB上的焊劑位置精度為±0.5mm,才能保證焊劑始終覆蓋在被焊部位上面,噴涂焊劑量的公差由供應商提供,技術說明書應規定焊劑使用量,通常建議100%的安全公差范圍。

預熱工藝

在選擇性焊接工藝中的預熱主要目的不是減少熱應力,而是為了去除溶劑預干燥助焊劑,在進入焊錫波前,使得焊劑有正確的黏度。在焊接時,預熱所帶的熱量對焊接質量的影響不是關鍵因素,PCB材料厚度、器件封裝規格及助焊劑類型決定預熱溫度的設置。在選擇性焊接中,對預熱有不同的理論解釋:有些工藝工程師認為PCB應在助焊劑噴涂前,進行預熱;另一種觀點認為不需要預熱而直接進行焊接。使用者可根據具體的情況來安排選擇性焊接的工藝流程。

焊接工藝

選擇性焊接工藝有兩種不同工藝:拖焊工藝和浸焊工藝。

選擇性拖焊工藝是在單個小焊嘴焊錫波上完成的。拖焊工藝適用于在PCB上非常緊密的空間上進行焊接。例如:個別的焊點或引腳,單排引腳能進行拖焊工藝。PCB以不同的速度及角度在焊嘴的焊錫波上移動達到佳的焊接質量。為保證焊接工藝的穩定,焊嘴的內徑小于6mm。焊錫溶液的流向被確定后,為不同的焊接需要,焊嘴按不同方向安裝并優化。機械手可從不同方向,即0°~12°間不同角度接近焊錫波,于是用戶能在電子組件上焊接各種器件,對大多數器件,建議傾斜角為10°。

與浸焊工藝相比,拖焊工藝的焊錫溶液及PCB板的運動,使得在進行焊接時的熱轉換效率就比浸焊工藝好。然而,形成焊縫連接所需要的熱量由焊錫波傳遞,但單焊嘴的焊錫波質量小,只有焊錫波的溫度相對高,才能達到拖焊工藝的要求。例:焊錫溫度為275℃~300℃,拖拉速度10mm/s~25mm/s通常是可以接受的。在焊接區域供氮,以防止焊錫波氧化,焊錫波消除了氧化,使得拖焊工藝避免橋接缺陷的產生,這個優點增加了拖焊工藝的穩定性與可靠性。

機器具有高精度和高靈活性的特性,模塊結構設計的系統可以完全按照客戶特殊生產要求來定制,并且可升級滿足今后生產發展的需求。機械手的運動半徑可覆蓋助焊劑噴嘴、預熱和焊錫嘴,因而同一臺設備可完成不同的焊接工藝。機器特有的同步制程可以大大縮短單板制程周期。機械手具備的能力使這種選擇焊具有高精度和高質量焊接的特性。首先是機械手高度穩定的精確定位能力(±0.05mm),保證了每塊板生產的參數高度重復一致;其次是機械手的5維運動使得PCB能夠以任何優化的角度和方位接觸錫面,獲得佳焊接質量。機械手夾板裝置上安裝的錫波高度測針,由鈦合金制成,在程序控制下可定期測量錫波高度,通過調節錫泵轉速來控制錫波高度,以保證工藝穩定性。

盡管具有上述這么多優點,單嘴焊錫波拖焊工藝也存在不足:焊接時間是在焊劑噴涂、預熱和焊接三個工序中時間長的。并且由于焊點是一個一個的拖焊,隨著焊點數的增加,焊接時間會大幅增加,在焊接效率上是無法與傳統波峰焊工藝相比的。但情況正發生著改變,多焊嘴設計可大限度地提高產量,例如,采用雙焊接噴嘴可以使產量提高一倍,對助焊劑也同樣可設計成雙噴嘴。

浸入選擇焊系統有多個焊錫嘴,并與PCB待焊點是一對一設計的,雖然靈活性不及機械手式,但產量卻相當于傳統波峰焊設備,設備造價相對機械手式也較低。根據PCB的尺寸,可以進行單板或多板并行傳送,所有待焊點都將以并行方式在同一時間內完成助焊劑噴涂、預熱和焊接。但由于不同PCB上焊點的分布不同,因而對不同的PCB需制作專用的焊錫嘴。焊嘴的尺寸盡可能大,保證焊接工藝的穩定,不影響PCB上的周邊相鄰器件,這一點對設計工程師講是重要的,也是困難的,因為工藝的穩定性可能依賴于它。

使用浸入選擇焊工藝,可焊接0.7mm~10mm的焊點,短引腳及小尺寸焊盤的焊接工藝更穩定,橋接可能性也小,相鄰焊點邊緣、器件及焊嘴間的距離應大于5mm。

來源: PCB板焊接缺陷產生的原因及解決方法

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