选择性波峰焊接工艺的应用分析

2021-12-23卢锴黄晓惠

科学与信息化 2021年22期

卢锴黄晓惠

1. 广州赛宝认证中心服务有限公司广东广州 510610；

2. 工业和信息化部电子第五研究所广东广州 510610

引言

市场上的电子产品插装器件种类繁多，焊接工艺的选择和应用与产品性能、质量息息相关，波峰焊接与手工焊接工艺的应用频次高、范围广，但在多通孔器件的焊接处理方面，常规的焊接工艺无法保障产品性能，选择性波峰焊接工艺的技术优势突出，因为这一工艺的自动化程度高，完全可以满足焊接质量的要求。但选择性波峰焊接工艺应用时因为存在热冲击过大的问题，严重限制了产品质量目标的实现。因此，在选择性波峰焊接工艺应用的过程中，专业人员要加强各个技术要点的掌握，充分发挥这一焊接工艺的优势。

1 选择性波峰焊接技术的发展现状

在SMT在长期的发展过程中，选择性波峰焊接技术进入了崭新的发展阶段，已然成为SMT领域的核心技术，就当下选择性波峰焊接技术的发展现状来看，该种焊接技术下需配备选择性波峰焊机，而选择性波峰焊机中，单点波峰发生器是关键性的构件，承担着重要的焊接任务，是单点波峰的动力驱动方式，根据当下的驱动方式细分，市场上主要有机械驱动和电磁驱动两种。从国内外的发展下现状来看，我国在SMT行业内的技术起步较晚，且总体的技术发展水平与国外也存在着巨大的差距，研究和应用电磁泵的厂家数量十分有限，就国内市场来看，SMT设备生产厂家普遍采用的是机械驱动单点波峰技术，当然，也有部分厂家采用的是德国的单点波峰电磁泵。由于电磁驱动单点波峰的控制精度高、波峰更为稳定，因此，在未来有着巨大的市场潜力[1]。

传统波峰焊设备在通孔元件电路板的焊接作业中，表现出高质量的焊接效果、高效的焊接施工和自动化焊接流程的特点，在SMT领域，市场占有率偏高。波峰焊机中的核心构件中，就有波峰发生器，而波峰发生器的驱动动力方式有两种：电机调动机械机构驱动方式、电磁感应驱动方式，当下的研究领域，部分学者对电磁泵波峰发生器和波峰焊机展开了研究，不论为单相感应电磁泵还是三相感应电磁泵，都属于平面感应电磁泵的范畴。随着电子产品的精密化发展，电子产品组装方面提出了新的标准，选择性波峰焊接工艺却是重点性的焊接技术，在这一技术应用时，为保障选择性波峰焊接良好的焊接质量，相关人员需加强对焊接参数的控制。

2 选择性波峰焊技术的特点

选择性波峰焊接工艺属于波峰焊接的范畴，在利用这一特殊的焊接工艺开展焊接作业的过程中，通过使用微小喷嘴，所产生的直径为几毫米的柱状波或小的矩形波，为单点、局部的焊接作业提供了便捷。当下的市场上，各类的电子产品非常多，不同的电子产品存在性能、功能、用途等的巨大差异性，如果采用选择性波峰焊接工艺来进行焊接处理时，完全可以根据产品焊点的基本要求，来进行工艺参数的科学设置，对各个工艺参数精准设置的基础上，也就可以提高各个焊点的质量；对于同类元件或者相似焊盘尺寸的焊接部位，采用选择性波峰焊接工艺时，完全可以设置同样参数来开展相应的焊接作业。如果同样产品开展第二块板的焊接作业，可以直接调用前期所存储的焊接程序来实施焊接作业，不需要再次编程，也就提升了焊接效率。

针对当下很多产品的多层板、大热容量器件焊接作业，为使得产品的整体质量可以达到相应的施工要求，必须要在元件面形成高质量的焊点。与其他的焊接技术相比，选择性波峰焊接工艺的优势明显，具体表现为焊锡热容量大、焊锡温度稳定、整板预热，正是因为这一焊接工艺的特点，使得在利用该焊接工艺进行焊接作业时，焊料填充高度大大提升，在元件面形成的焊点质量良好[2]。

3 选择性波峰焊工艺参数

3.1 锡锅温度

选择性波峰焊接技术应用的过程中包含了多个工艺参数，其中，锡锅温度设置是否合理，直接关系到焊接成功与否，该温度参数过大或者过小都不利于焊接工艺标准的实现。锡锅温度为其锡锅内可以恰好将焊锡熔融的温度条件，当焊接作业开展时，锡锅内的焊锡在依次经由泵、喷嘴喷出的阶段，存在或多或少的温度损失，这一条件下，导致经由喷嘴处喷出的熔融焊锡温度远远低于预期的温度值。为尽可能保障锡锅温度的合理性，要结合印制板层数、覆铜宽度等条件。

3.2 氮气加热温度

氮气加热温度对于选择性波峰焊接工艺的应用效果也极为重要，在整个焊接过程中，氮气加热系统的存在是为了使得喷嘴处的焊锡温度符合要求，提高锡柱的稳定性，可以有效避免在焊接过程中出现焊锡喷溅的现象。此外，氮气加热温度的科学控制还能够减少锡渣的产生，对预防焊点桥连、拉尖等缺陷极为有效。根据当下选择性波峰焊接工艺的应用经验，通常都将氮气加热温度控制在锡锅温度的上下10℃，一旦在焊接过程中存在较多的锡渣或者助焊剂残留物，要适当提高氮气加热温度。

3.3 预热温度及时间

选择性波峰焊接工艺中的预热系统采用的是红外预热系统，预热温度和时间的确定方面，一般要综合考虑印制板层数、覆铜宽度和元器件种类等因素。为达到良好的焊接处理消耗，正式的焊接作业实施之前，选择一块试验板，并将该试验板安装于固定夹具上，设定对应的预热温度和时间，用热电偶对PCB板的表面温度加以测量，如果高温度不符合焊接要求，应根据实际需求来进行相应的调整。

3.4 喷嘴型号

选择性波峰焊接工艺应用中，喷嘴型号同样是需要关注的一个重点方面，一般要根据用户的切实需求来配备特定型号的喷嘴。事实上，喷嘴型号与喷嘴内径尺寸有着直接的关系，喷嘴内径尺寸是决定喷嘴型号的关键性因素，同样也是决定喷出焊锡直径、焊接区域大小的因素。在焊接作业进行的过程中，相应的焊接人员需开展规范化的焊接作业时，要依据焊接规范中的待焊元器件焊盘与相邻元器件焊盘之间的安全距离，选用大直径喷嘴来开展焊接作业，因为直径越大的喷嘴，意味着越大的热容量，也就使得焊锡所形成的柱状波更具稳定性，即使产生了锡渣，多余物也不会导致喷嘴内部的堵塞，减少了焊接缺陷的出现[3]。

4 选择性波峰焊接工艺应用

4.1 助焊剂涂布工艺

助焊剂涂布工艺是选择性波峰焊接中的关键工序，在焊接加热和焊接作业全部结束以后，助焊剂的活动要达标，以避免在焊点处出现桥接现象，并避免PWB的氧化。助焊剂喷涂环节，应由专业人员携带PWB通过助焊剂喷嘴，将助焊剂喷涂到PWB待焊接部位。助焊剂具包含了多种类型，比如，单喷嘴雾式、微孔喷射式、同步式等，在实际的焊接作业中，应根据具体需求来选择。

选择性波峰焊接工艺下，助焊剂涂覆方式从本质上游喷雾法和发泡法，如果采用的是喷雾法，就可以在助焊剂涂覆过程中表现出良好的均匀性，覆量可控性、稳定性和可重复性的特点。从喷雾法的具体工作原理来分析，液态助焊剂经由气压作用被传送到了喷嘴部位，当在高压和喷嘴特殊结构的相互配合下，也就形成了喷雾并被喷射到了印制板上。在喷雾过程中，助焊剂在印制板上的喷涂位置、喷涂方式和喷涂速度，都是经由程序的自动执行来实现的。

4.2 预热工艺

预热作为焊接工艺中的关键工序，对于选择性波峰焊接工艺而言，因为工艺的特殊性，预热工序的实施也同样具有其特殊的作用，终极目标是要去除溶剂预干燥助焊剂，使得助焊剂性能与工艺要求相一致。预热处理的过程势必同步产生一定的热量，最终的焊接质量和效果往往会受该热量干扰，但其干扰性微乎其微。预热环节重点是要进行预热温度的科学设定，结合各种因素，保障合理性。

4.3 选择性焊接工艺

选择性焊接工艺中有拖焊和浸焊之分，当面临的是单个小焊嘴焊锡波焊接任务时，拖焊工艺更为合适，尤其是在PWB上紧密空间焊接上，焊接效果十分理想，比如，个别焊点、引脚的焊接任务中，在这一工艺应用时，焊锡波上存在PWB的多角度、多速度移动，焊接十分高效。拖焊工艺下，焊锡溶液与PWB板的运动都热转换效率提升的关键因素，焊锡波作为热量传送中介，单焊嘴的焊锡波质量轻，极高的温度条件下，才有助于焊接工艺质量目标的实现，根据焊接经验，275～300℃的焊锡温度、10～25mm/s的拖拉速度下，焊接效果更佳。

因为机械的精度较高，且具有极高的灵活性，这就使得在电子产品等的生产过程中，直接利用模块结构理念所设计的生产系统就能够根据用户的切实需求，来开展定制化、个性化生产，这一特点为生产规模的扩大以及行业的发展都起到了重要的作用。机械手在运行的过程中，其运行范围相对较大，仅仅从运动半径的角度来看，就可以实现对助焊剂喷嘴、预热、焊锡嘴的全面覆盖，因此，正是因为这一特点，使得在生产作业的进行中，利用同一台设备就可以实现对不同焊接工艺的应用。此外，因为在机械中存在同步制程，使得在整个的生产、焊接过程中，单板制程周期相对较短，机械手所具备的这些特征使得选择性焊接工艺下，焊接的质量得以保障，具体来说，主要表现在以下方面：①机械手具备精准定位的功能，其在履行这一功能的过程中，定位精度高，且操作相对稳定，也就保持了每块板所生产参数的高度一致性；②机械手呈现出5维运动的特征，这一运动特性使得PWB能够在此运动状态下，可以通过各种优化的角度和方位来与锡面直接接触，进而来达到焊接的质量标准和技术要求。

拖焊工艺存在着各个方面的优势，但是，在实际的应用过程中，单嘴焊锡波拖焊工艺同样存在着一定的技术缺陷，具体表现为：整个焊接工艺进行时，与焊剂喷涂、预热和焊接工序的时间相比，单嘴焊锡波短时间消耗最长，因为在焊接作业进行时，焊点为一个个的拖焊，当焊点数逐步增多的过程中，也就意味着焊接时间相对较长，这也意味着这一焊接工艺效率相对偏低，焊接时间消耗要比传统波峰焊工艺的焊接时间长很多。现阶段，随着技术的日渐进步，多焊嘴设计方式下恰好可以大大提升效率，比如，利用双焊接喷嘴下，产量大大提升。

对于浸入选择焊系统而言，在该系统内包含了多个的焊锡嘴，这一设计下，与PWB待焊点之间存在着一一对应的关系，虽然这一系统下的灵活性相对较差，但是其与传统波峰焊设备相比，其产量却是相对较高的，且设备成本投入也远低于机械手式。结合焊接工艺下的PWB尺寸，完全可以借助于单板或者多板来实现并行传送，这一传送方式下，全部的待焊点都以并行方式在相同的时间段内依次高效完成助焊剂喷涂、预热、焊接。但现实情况下，不同的PWB上往往存在着焊点分布的巨大差别，为保障良好的处理效果，应结合PWB来进行焊锡嘴的针对性设计。