電子工藝選擇性焊接：PCB設(shè)計(jì)者新選擇

　　回顧近年來(lái)電子工業(yè)工藝發(fā)展歷程，可以注意到一個(gè)很明顯的趨勢(shì)就是回流焊技術(shù)。原則上傳統(tǒng)插裝件也可用回流焊工藝，這就是通常所說(shuō)的通孔回流焊接。其優(yōu)點(diǎn)是有可能在同一時(shí)間內(nèi)完成所有的焊點(diǎn)，使生產(chǎn)成本降到最低。然而溫度敏感元件卻限制了回流焊接的應(yīng)用，無(wú)論是插裝件還是SMD。繼而人們把目光轉(zhuǎn)向選擇焊接。大多數(shù)應(yīng)用中都可以在回流焊接之后采用選擇焊接。這將成為經(jīng)濟(jì)而有效地完成剩余插裝件的焊接方法，而且與將來(lái)的無(wú)鉛焊接完全兼容。

　　選擇性焊接的工藝特點(diǎn)

　　可通過(guò)與波峰焊的比較來(lái)了解選擇性焊接的工藝特點(diǎn)。兩者間最明顯的差異在于波峰焊中PCB的下部完全浸入液態(tài)焊料中，而在選擇性焊接中，僅有部分特定區(qū)域與焊錫波接觸。由于PCB本身就是一種不良的熱傳導(dǎo)介質(zhì)，因此焊接時(shí)它不會(huì)加熱熔化鄰近元器件和PCB區(qū)域的焊點(diǎn)。在焊接前也必須預(yù)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(gè)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(shè)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(yù)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(jié)束時(shí)，助焊劑應(yīng)有足夠的活性防止橋接的產(chǎn)生并防止PCB產(chǎn)生氧化。助焊劑噴涂由X/Y機(jī)械手?jǐn)y帶PCB通過(guò)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(diǎn)/圖形噴霧多種方式?；亓骱腹ば蚝蟮?a target="_blank">微波峰選焊，最重要的是焊劑準(zhǔn)確噴涂。微孔噴射式絕對(duì)不會(huì)弄污焊點(diǎn)之外的區(qū)域。微點(diǎn)噴涂最小焊劑點(diǎn)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(yīng)商提供，技術(shù)說(shuō)明書(shū)應(yīng)規(guī)定焊劑使用量，通常建議100%的安全公差范圍。

　　預(yù)熱工藝

　　在選擇性焊接工藝中的預(yù)熱主要目的不是減少熱應(yīng)力，而是為了去除溶劑預(yù)干燥助焊劑，在進(jìn)入焊錫波前，使得焊劑有正確的黏度。在焊接時(shí)，預(yù)熱所帶的熱量對(duì)焊接質(zhì)量的影響不是關(guān)鍵因素，PCB材料厚度、器件封裝規(guī)格及助焊劑類(lèi)型決定預(yù)熱溫度的設(shè)置。在選擇性焊接中，對(duì)預(yù)熱有不同的理論解釋?zhuān)河行┕に?a target="_blank">工程師認(rèn)為PCB應(yīng)在助焊劑噴涂前，進(jìn)行預(yù)熱；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為不需要預(yù)熱而直接進(jìn)行焊接。使用者可根據(jù)具體的情況來(lái)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(gè)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(jìn)行焊接。例如：個(gè)別的焊點(diǎn)或引腳，單排引腳能進(jìn)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(dòng)達(dá)到最佳的焊接質(zhì)量。為保證焊接工藝的穩(wěn)定，焊嘴的內(nèi)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(yōu)化。機(jī)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(hù)能在電子組件上焊接各種器件，對(duì)大多數(shù)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(yùn)動(dòng)，使得在進(jìn)行焊接時(shí)的熱轉(zhuǎn)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(zhì)量小，只有焊錫波的溫度相對(duì)高，才能達(dá)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(qū)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(chǎn)生，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)增加了拖焊工藝的穩(wěn)定性與可靠性。

　　機(jī)器具有高精度和高靈活性的特性，模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以完全按照客戶(hù)特殊生產(chǎn)要求來(lái)定制，并且可升級(jí)滿(mǎn)足今后生產(chǎn)發(fā)展的需求。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)半徑可覆蓋助焊劑噴嘴、預(yù)熱和焊錫嘴，因而同一臺(tái)設(shè)備可完成不同的焊接工藝。機(jī)器特有的同步制程可以大大縮短單板制程周期。機(jī)械手具備的能力使這種選擇焊具有高精度和高質(zhì)量焊接的特性。首先是機(jī)械手高度穩(wěn)定的精確定位能力(±0.05mm)，保證了每塊板生產(chǎn)的參數(shù)高度重復(fù)一致；其次是機(jī)械手的5維運(yùn)動(dòng)使得PCB能夠以任何優(yōu)化的角度和方位接觸錫面，獲得最佳焊接質(zhì)量。機(jī)械手夾板裝置上安裝的錫波高度測(cè)針，由鈦合金制成，在程序控制下可定期測(cè)量錫波高度，通過(guò)調(diào)節(jié)錫泵轉(zhuǎn)速來(lái)控制錫波高度，以保證工藝穩(wěn)定性。

　　盡管具有上述這么多優(yōu)點(diǎn)，單嘴焊錫波拖焊工藝也存在不足：焊接時(shí)間是在焊劑噴涂、預(yù)熱和焊接三個(gè)工序中時(shí)間最長(zhǎng)的。并且由于焊點(diǎn)是一個(gè)一個(gè)的拖焊，隨著焊點(diǎn)數(shù)的增加，焊接時(shí)間會(huì)大幅增加，在焊接效率上是無(wú)法與傳統(tǒng)波峰焊工藝相比的。但情況正發(fā)生著改變，多焊嘴設(shè)計(jì)可最大限度地提高產(chǎn)量，例如，采用雙焊接噴嘴可以使產(chǎn)量提高一倍，對(duì)助焊劑也同樣可設(shè)計(jì)成雙噴嘴。

　　浸入選擇焊系統(tǒng)有多個(gè)焊錫嘴，并與PCB待焊點(diǎn)是一對(duì)一設(shè)計(jì)的，雖然靈活性不及機(jī)械手式，但產(chǎn)量卻相當(dāng)于傳統(tǒng)波峰焊設(shè)備，設(shè)備造價(jià)相對(duì)機(jī)械手式也較低。根據(jù)PCB的尺寸，可以進(jìn)行單板或多板并行傳送，所有待焊點(diǎn)都將以并行方式在同一時(shí)間內(nèi)完成助焊劑噴涂、預(yù)熱和焊接。但由于不同PCB上焊點(diǎn)的分布不同，因而對(duì)不同的PCB需制作專(zhuān)用的焊錫嘴。焊嘴的尺寸盡可能大，保證焊接工藝的穩(wěn)定，不影響PCB上的周邊相鄰器件，這一點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)工程師講是重要的，也是困難的，因?yàn)楣に嚨姆€(wěn)定性可能依賴(lài)于它。

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