焊接工藝的正確定義

1、焊接工藝的正確定義作者:未知 來自:未知 點擊:67 時間:2003-11-15 0:04:17Defining the Correct Soldering Process 1. 引言 選擇性焊接工藝不僅可作為波峰焊的一種取代，而且其也為電子產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新提供了一種全新的焊接方法。選擇性焊接工藝能焊接顯示器，平面電纜各種形式的異型器件，也能將幾塊印制板（PCB）焊接到另外一塊印制板上。 選擇性焊接工藝優(yōu)良的重復(fù)性及高質(zhì)量的焊點，汽車電子制造業(yè)已普遍接受。選擇性焊接設(shè)備具有一個機械臂系統(tǒng)可攜帶待焊組件向不同角度移動對準(zhǔn)焊嘴，給焊接技術(shù)提供了一個新的空間。由于電子產(chǎn)品朝著小型化方向發(fā)展，再流焊工藝

2、已成為大批量生產(chǎn)的主流。但有些機電器件如開關(guān)，連接器及一些插座采用常規(guī)波峰必須承受機械應(yīng)力，損害器件通孔互連的牢固連接。而通孔焊膏再流焊工藝在某些應(yīng)用領(lǐng)域，由于再流焊溫度太高也不適用，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進行焊接，對不同焊接工藝及成本比較，從中作出決擇。比如通孔器件可以手工焊接，但往往因為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及成本等問題不采用。今天的電子組件正在不斷的變化，工藝工程師應(yīng)該了解焊接工藝新的技術(shù)，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，無鉛焊料及微型化等相關(guān)信息。 電路組件可采用三種選擇性焊接方法進行焊接；其一，模板波峰焊，為每種電路組件設(shè)計專用模板用于保護已焊的表面貼裝器件；其二，選擇性焊接設(shè)備-拖焊工藝

3、，機械臂攜帶待焊PCB浸入固定位置焊嘴組的焊錫波上（多焊錫波）。這三種選擇性焊接工藝都可用于小批量或大批量生產(chǎn)。 2. 助焊劑涂布工藝 在上述三種焊接工藝中，助焊劑涂布工藝起到重要作用。在焊接加熱及工藝結(jié)束時，助焊劑能防止PCB產(chǎn)生的氧化，且助焊劑也應(yīng)有足夠的活性。防止在PCB脫離焊錫時產(chǎn)生的橋接。為滿足這些要求，有關(guān)助焊劑涂布工藝的一些重要因素必須考慮； u PCB待焊部位助焊劑正確的涂布量 u 助焊劑涂應(yīng)均勻 u 組件予熱一為下道焊接工序準(zhǔn)備 u 焊接溫度與接觸時間 u 焊后組件清洗 3. 模板波峰焊 波峰焊工藝已有許多不同規(guī)格的專用焊劑系列。例；鉛/錫焊接工藝，常用的免清洗焊劑，建議其固

4、體含量近于2%，且焊劑應(yīng)具有良好的鋪展性及表面張力的作用。 在波峰焊工藝中，焊劑的鋪展是使用氣壓噴嘴自動完成的。不同所有噴霧的焊劑全部沉積在PCB上。噴嘴噴霧的圖形是圓形或橢圓形，以確保在組件的前后都能涂布焊劑。由于使用氣壓自動噴霧，有些焊劑將會回濺。 在我們的鉛/錫實驗中，選用低固體含量，免清洗助焊劑。在焊接前，PCB涂布的焊劑需要在70-100進行予熱。焊劑密度0.8g/ml,固體含量1.5%.錫/銀/銅基無鉛焊料，使用水溶性，無有機按發(fā)物焊劑，在焊接前，PCB涂布的焊劑需要在100130進行予熱。焊劑密度工0995g/ml，固體含量1.8%。鉛錫焊料的PCB焊接面焊劑的最小用量為1600

5、µg/in²。免清洗，酒精基焊劑固體含量1.5%,在測試板上涂布的焊劑量是： 測試樣板面積100*160mm²=24.8mm² 每塊PCB焊劑量（濕）=固體焊劑量×每塊板需要的固體焊劑量=100/0.5*24.8*0.0016=2.645g 焊劑需要量=密度×（焊劑量+30%損失）×2.645=2.751mi/單板 無鉛焊料涂布用量小于40%，在水中分解速度比在酒精中快得多 每塊PCB板焊劑（濕）量1.8*24.8*0.001=1.377g 焊劑實際用量0.997*1.3*1.377=1/784ml/單板 4. 選擇性焊接工

6、藝 選擇性焊接工藝是用微滴焊劑噴涂器，因為涂布在PCB待焊部位的焊劑很小，涂布焊劑的位置是PCB與焊錫熔液接觸的位置。其他地方不需要涂布焊劑。選擇性焊劑沒有專用焊劑，可使用波峰焊的焊劑，焊劑用量也相同。在選擇性焊接工藝中，每個焊接部位需要的焊劑量為： 待焊部位面積（鉛/錫）=3*（8*5）+16*6+32*6+50*6=708mm² 每塊板的焊劑需要量100/1.5*1.097*0.00016=0.117g 焊劑實際用量=0.8*1.3*0.117=0.121ml/單元板 焊劑實際用量（無鉛焊料）=0.079ml/單板 5、焊接工藝 焊劑涂布后下道工序是干燥焊劑，蒸發(fā)中的溶劑，待焊部

7、位獲得足夠的熱量保證實現(xiàn)可靠的焊縫連接。在常規(guī)波峰焊設(shè)備中，設(shè)計裝有三個予熱區(qū)，全長1.800m，三個予熱區(qū)的配置如下；第一區(qū)Calrod加熱器，第二區(qū)強對流加熱器，第三區(qū)紅外燈加熱區(qū)。 焊錫鍋裝有雙波發(fā)生器，焊錫溫度設(shè)定為250，無鉛焊料屬高熔點合金，因此在焊接溫度范圍，無鉛焊料與鉛錫焊料相比濕潤性差，為達到可靠的焊接，接觸時間或焊接溫度需要提高。在本實驗，使用SnAg3.8Cu0.5焊料，焊接溫度260。較高的焊接溫度足以保證焊接高質(zhì)量，采用通過降低傳送速度方法來增加接觸時間。勢必減少產(chǎn)量。見表1 Alloy Preheat Solder pot Zone 2 Zone 3 AolderT

8、emp. ContactTimechipwave ContactTimeMainwave Tin/lead 250 150 25% 250 0.5sec 2.9sec Tin/silver/copper 450 180 25% 260 0.5 sec 2.9sec 選擇性焊接設(shè)備配置裝有紅外線燈的兩個區(qū)，第二個區(qū)僅僅為減少因予熱而影響產(chǎn)量時使用。對整個焊接周期來講，予熱不是瓶頸，可采用多個予熱單元或提高工率解決。 選擇波鉛/錫焊接工藝，焊接工序需要長達40秒，予熱可一節(jié)在一個區(qū)內(nèi)完成。多波焊接工藝，焊接時間短，予熱可分為兩節(jié)，以閏少焊接時間。 加熱溫度曲線來區(qū)別工藝的加熱溫度對器件，材料的影響

9、。 在組件頂部安裝熱點偶，測量PCB頂部的溫度鑒別焊劑的工藝要求。 6、焊接產(chǎn)量 選擇性焊接工藝另一個指標(biāo)是工藝必須滿足用戶需要的產(chǎn)量，雖然焊接工藝不是大多數(shù)組裝生產(chǎn)線的瓶頸，但焊接時間在整個工藝過程仍然是重要的。實驗測試板布置84個待焊通孔焊點。手工焊接的平均時間為2.7秒。無鉛焊料因高熔點及較差的濕潤性，所以手工焊接時間增加到3.5秒。 6.1選擇性焊接 選擇性焊接設(shè)備，助焊劑噴涂與予熱工序是在傳送區(qū)域完成的。定義焊接時間是在焊劑噴涂，予熱，焊接三個工序選擇其中最長的時間。 鉛/錫焊接工藝，焊接工序為最長時間。單嘴焊錫波拖焊工藝需要59.3秒。多嘴焊錫波浸焊工藝需要27.4秒。使用無鉛焊料

10、，單嘴焊錫波拖焊工藝仍需要59.3秒，此時組件仍以同樣速度（25mm/sec）進行焊接。多嘴焊錫波浸焊工藝予熱時間延長（VOC，水溶性焊劑需要較高的溫度），使得焊接時間增加到36秒（予熱；30秒，傳送時間6秒） 。 6.2波峰焊 波峰焊工藝中，組件進行焊接的傳動速度為20cm/sec，每塊板間隔160mm，最終焊接時間為16.5秒。 7. 成本比較 選擇性焊接的成本可分為幾種類型；消耗類費用；焊劑，氮氣，焊膏；人工費用；投資類費用（設(shè)備，工具投資利息，折舊；場地。這些成本計算應(yīng)包括在工藝過程中，產(chǎn)品的焊接加工產(chǎn)出與需要的加工時間及人工成本有關(guān)。專用的計算模型可用來評價每次焊接工藝過程的焊點總量

11、與年成本的比率。 7.1人工成本 人工成本包括；工時；編程時間，維護保養(yǎng)時間。模板波峰焊還有傳動系統(tǒng)的輔助操作時間（PCB的裝載/卸載，清洗） 7.2投資成本 選擇性焊接設(shè)備的成本包括；設(shè)備，多焊嘴模板，備用件。波峰焊設(shè)備還應(yīng)包括傳動系統(tǒng)。對每一種組裝工藝盡可能減少對傳動系統(tǒng)的要求。傳動系統(tǒng)的使用壽命估計在20，000次。一塊好的模板取決于設(shè)計及尺寸。成本在¥200 1000間，模板承裝平均時間大約20秒。 7.3場地 一臺選擇性焊接設(shè)備需占用的場地大約在5m³，常規(guī)的波峰焊設(shè)備需要4m³，手工焊接設(shè)備需要2m³。 采用通用的方法對不同焊接工藝的盈虧平衡點進行計算是不可能的。例如；工時成本，耗氮量，占是面積等只是一個范圍。在選擇性焊接中。與波峰焊相比其能源及工時成本是低的，而與手工焊接相比其真正的收益是缺陷率的減少。 8.結(jié)論 選擇性焊接工藝是模板波峰焊很好的取代工藝，其能沒有高價的傳動系統(tǒng)條件下，實現(xiàn)高度靈活的電路組件焊接。雖然波峰焊能得到 很高的產(chǎn)量，但受到焊接面已焊器件高度及SMD器件限制。除了高的模板及裝載成本，焊錫波峰必須有足夠 的高度才能在模板窗口有適當(dāng)?shù)暮噶蠅毫?。波峰的高度達12mm，這樣增加了錫渣的產(chǎn)生提高了耗氮量的費用成本