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选择焊——实现通孔元器件的零缺陷焊接(二)

【来源:EM asia China电子制造中国】【作者:谢健浩—ERSA】【时间: 2008-3-21 10:19:35】【点击:


选择焊设备的组成及技术要点

助焊剂喷涂系统

选择焊采用选择性助焊剂喷涂系统,即助焊剂喷头 根据事先编制好的程序指令运行到指定位置后,仅对线路 板上需要焊接的区域进行助焊剂喷涂(可点喷和线喷), 不同区域的喷涂量可根据程序进行调节。由于是选择性喷 涂,不仅助焊剂用量比波峰焊有很大的节省,同时也避免 了对线路板上非焊接区域的污染。

因为是选择性喷涂,所以对助焊剂喷头控制的精度要 求非常高(包括助焊剂喷头的驱动方式),同时助焊剂喷 头也应具备自动校准功能。

此外,助焊剂喷涂系统中,在材料的选择上必须能要 考虑到非VOC助焊剂(即水溶性助焊剂)的强腐蚀性,因此, 凡有可能接触到助焊剂的地方,零部件都必须能抗腐蚀。

预热模块
预热模块的关键在于安全,可靠。

首先,整板预热是其中的关键。因为整板预热可以有 效地防止线路板的不同位置受热不均而造成线路板的变形。

其次,预热的安全可控非常重要。预热的主要作用 是活化助焊剂,由于助焊剂的活化是在一定温度范围下完 成的,过高和过低的温度对助焊剂的活化都是不利的。此 外,线路板上的热敏器件也要求预热的温度可控,不然热 敏器件将很有可能被损坏。

顶部预热模块

当我们焊接大热容量和多层线路板时,顶部预热模块 的使用至关重要。顶部 预热有两种方式:红外 和热风。由于线路板上 元器件高低不同,为防 止预热阴影,建议最好 采用热风对流的顶部预 热方式(见图9)。

顶部预热模块可以 考虑安装在两个位置, 即预热模块上方和焊接模块上方。

在线路板进入焊接模块后,整个焊接工艺的完成需要 一定的时间;因为当我们焊第一个焊点时,温度可能是理 想的,但是在焊接最后一个焊点时,有可能温度已经偏低 了。为了使所有焊点都在理想的温度下完成焊接,可以考 虑在焊接模块上方添加顶部热风预热模块。

在焊接大热容量和多层线路板时,仅有底部红外预热 是不够的。由于热容量大,底部热能很难完全传递到线路 板上方,焊接时焊料在从底部向顶部渗透的过程中温度越 来越低,最终焊料凝固而不能达到IPC的III标准所规定的 75%以上透锡。对于无铅焊接而言,由于焊料流动性差, 问题就更加突出,而顶部热风预热可以很明显地改善透锡 效果(见图10)。

试验表明,充分的顶部热风预热还可以缩短焊接时间 和降低焊接温度;而且这样一来,焊盘与基板的剥离、对 线路板的热冲击,以及熔铜的风险也降低了,焊接的可靠 性自然大大增加。

焊接模块

焊接模块通常由锡缸、机械/电磁泵、焊接喷嘴、氮气 保护装置和传动装置等构成。由于机械/电磁泵的作用,锡 缸中的焊料会从独立的焊接喷嘴中不断涌出,形成一个稳 定的动态锡波;氮气保护装置可以有效防止由于锡渣产生而堵塞焊接喷嘴;而传动装置则保证了锡缸或线路板的精 确移动以实现逐点焊接。

1. 氮气的使用。 氮气的使用可以将无铅焊料的可焊性提高4倍,这对全 面提高无铅焊接的质量是非常关键的。

2. 选择焊与浸焊的根本区别。 浸焊是将线路板浸在锡缸中依靠焊料的表面张力自然 爬升完成焊接。对于大热容量和多层线路板,浸焊是很难 达到透锡要求的。选择焊则不同,焊接喷嘴中冲出来的是 动态的锡波,它的动态强度会直接影响到通孔内的垂直透 锡度;特别是进行无铅焊接时,因为其润湿性差,更需要 动态强劲的锡波。此外,流动强劲的波峰上不容易残留氧 化物,这对提高焊接质量也会有帮助(见图11)。

3. 焊接参数的设定。

针对不同的焊点,焊接模块应能对焊接时间、波峰头 高度和焊接位置进行个性化设置,这将使操作工程师有足 够的空间来进行工艺调整,从而使每个焊点的焊接效果达 到最佳。有的选择焊设备甚至还能通过控制焊点的形状来 达到防止桥连的效果(见图12)。

线路板传送系统

选择焊对线路板传送系统的关键要求是精度。为了达 到精度要求,传送系统应满足以下两点:

1.轨道材料防变形,稳定耐用;

2. 在通过助焊剂喷涂模块和焊接模块的轨道上加装定 位装置。

选择焊所带来的低运行成本

选择焊的低运行成本是其迅速受到制造厂商欢迎的重要原因。

前面已提到过,现在的线路板通孔元器件的焊接往往 有可能只占整体线路板焊接的很小一部分,在这样的情况下,选择焊具有以下的成本优势:

: 较小的设备占地面积

: 较少的能源消耗

: 大量的助焊剂节省

: 大幅度减少锡渣产生

: 大幅度减少氮气使用量

: 没有工装夹具费用的发生

在一个具体的实际案例中,我们分别用选择焊和波峰焊对26个有铅器件的220个焊点进行了焊接,得出如下结果:

: 助焊剂消耗量 选择焊节省97%

: 锡渣产生 选择焊减少95%

: 能源消耗 选择焊节省51%

: 氮气消耗 选择焊节省92%

选择焊技术的发展前景

看看未来的电子组装行业给我们提出的要求:

: 100%的一次通过率

: 6 Sigma质量管理体系

: 设备的自我校准系统

: 智能化的操作系统以使生产对人的倚赖降到最低

: 一致性、重复性、可靠性和可追溯性

因此对未来选择焊设备的要求将是:

: 产品品质更高

: 运行成本更低

: 设备灵活性更强

: 设备的产量更高

不同行业对选择焊设备的要求已呈现多样化的趋势, 因此针对不同行业开发不同的选择焊设备是未来的发展趋 势。“要好,但更要适合”,我们看到的将是行业与设备的细分,这也是焊接行业发展的一个重要的标志。

 


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