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使用气动点胶机控制焊料/焊膏出料

【来源:现代表面贴装资讯】【编辑:smta】【时间: 2004-9-29 11:13:49】【点击:

概述

在本文件中,您将了解到气动点焊的一些重要影响因素,并学习到如何控制这些因素,获得最佳的点焊效果。

· 焊膏/锡膏/焊料

· 针头种类

· 气压

· 出料周期

· 温度

· 工装位置

· 针筒容量

介绍

气动点焊系统使用可控的气压脉冲将针筒包装内的焊膏点涂到工件上。点涂量可以保持很高的一致性。

气动点焊设备有各种形状和尺寸。但每一种设备都有两个基本功能:气压调节和出料时间控制。

相比焊丝和焊条,针筒包装点焊锡膏配合气压应用起来更简单也更灵活。有人可能以为既然这种点焊过程仅仅需要调节点胶机的两个参数(时间和气压),那么气动点焊应该是非常简单的。然而,这种观点是错误的。

本文件逐次详细说明了每一个相关因素。

焊膏/锡膏/焊料

焊膏是由球形焊料合金颗粒(Solder Powder)和凝胶状的助焊剂混合而成的。助焊剂作为一种媒介将所有合金颗粒分别包裹住。这样可以保护合金不被氧化,并且使合金颗粒悬浮于助焊剂中。

焊膏不是液体。当气压作用于焊膏上时,实际受力的是包容合金颗粒的助焊剂介质。助焊剂介质在气压作用下带着合金颗粒移动,非常类似凝脂状水果冻以及包含其中的葡萄干颗粒。

助焊剂的品质越好,助焊剂及包含其中的合金颗粒的启动时间差就越短。这个特征直接会影响到焊膏的点焊性能以及助焊剂是否容易和合金颗粒分离。

针头种类

对于每一个点焊锡膏应用,都可以找到一种最佳的针头种类和口径。比较困难的是如何确认哪种针头是最佳选择。

当选择针头时,请注意出料焊点的直径通常大于针头内径的1.5倍。虽然从纯技术角度来看,可以获得比上述公式更小的焊点直径,但在批量生产中很难做到。

作为一个选择依据,您应该选择能满足出料量要求的最小口径的EFD GP不锈钢针头。较大口径针头可以提高出料量并减少针头回阻力。短针头比长针头的回阻力更小。TT斜式针头也比GP不绣钢针头提供更少的回阻力。硬质TT斜式针头比普通TT斜式针头更不容易变形并提供更一致的出料效果。

如果选择的针头口径太小,可能会导致回阻力过大而出现针头堵塞现象。

¼”不锈钢 ½”不锈钢 斜式

较长的针头用于远距离的应用。焊料从小口径针头的出料量会较慢,这可以使单位时间内的出料量变得更少。

上述特性可被用于高精度点焊。在这种工艺流程中需要低流量针头配合较长的出料时间。在点焊应用中,针头的选择是至关重要的,它可以带来一个理想的点焊作业,也可以使点焊作业一团糟。

气压

在气动点焊系统中,压力是通过气体作用在焊料上的。如果对在气压作用下焊料是如何反应的有所了解,这会帮助您理解怎样设定气压。

如果气压太小,焊料将很难被打出针筒。如果气压太大,将会导致助焊剂和合金颗粒分离。

对于大部分应用来说,气压范围设定在20psi至40psi是比较合适的。但这并不是必须的。根据针头种类、焊料包装和焊料配方,气压可能会超过或低于这个范围。

如果气压超出了20psi至40psi这个范围,请咨询您的焊膏供应商,从而确定可能的风险。

出料周期

在气压和针头确定后,出料量将取决于出料周期的长短。当周期太短时,可能会产生一些问题。这些问题经常会发生,也应该能够避免。为此,我们有必要了解一下为什么会发生这些问题。首先,您需要了解在每一个加压出料周期中,系统会完成的六个步骤:

1)气管和针筒的无焊料部分被加压。

2)助焊剂被加压,并且开始向针筒出口移动。

3)被推动的助焊剂克服了系统的回阻力,携带合金颗粒移动。

4)在焊膏被推动时,焊膏开始变薄(粘度降低),直到助焊剂和合金颗粒以相同的稳定速率移动。

5)气压被撤消,焊膏减速直到停止。

6)接着,焊膏逐渐变稠并回到原有的粘度。

注:如果点胶机带有真空吸力功能,需要禁止使用。

请务必注意:对出料周期的每一步来说,都需要最少的完成时间。这些最少时间受到针头规格和针筒内焊膏量的影响。针头回阻力越小,上述第4步所需的时间越短。这些时间也受针筒长度和剩余焊膏的影响,因为针筒内空气多少会影响到加压过程。

对于每一种焊膏配方来说,都有一个最小的出料周期。实际出料周期小于这个周期会导致助焊剂和合金颗粒分离加剧。同样,在这种状况下,将无法达到步骤3,同时无法获得一个稳定的流量。

另外,如果过量的助焊剂被从针筒中打出,合金颗粒将从助焊剂中被分离出来。这些合金将在针筒出料口和针头处堆积起来,形成一个过滤层。助焊剂仍旧可以被打出,但合金颗粒将被阻塞住。

为了达到稳定一致的出料量并避免分离现象,出料时间需要足够长,从而达到步骤4。对于许多焊膏来说,出料周期小于0.25秒,但有些焊膏可能需要长达0.50秒来达到步骤4。

结合高压所带来的对焊料的冲击,过短的出料周期将回在短短数百次出料后严重破坏焊料的性质。

温度

在点焊锡膏时,温度的影响对于大多数出料方式是一样的,即使螺杆阀也不例外。温度的变化会产生三种影响:

1)焊膏粘度发生变化。温度的升高会软化焊膏内的成份,使焊膏变薄,粘度变低。温度降低会产生相反的作用,使焊膏变稠。

注:温度超过27˚C (80˚F),这种软化进程将导致焊膏中合金颗粒与助焊剂分离。

2)当温度变化时,焊点尺寸也会发生变化。粘度的变化会影响焊膏流动率,从而在某一组特定参数下,改变出料量大小,使出料量不稳定。保持温度变化在最小范围内,可以尽可能减少因温度变化而引起的出料量的变化。

3)当温度升高时,助焊剂内部的化学反应会加剧。从某种程度上说,即使在低储藏温度条件下,助焊剂仍然是活性的。在温度超过27˚C (80˚F)时,这种化学反应是相当快的。

除非使用温度控制系统,焊膏温度将会因两种原因而上升。一种是环境温度,比方说室温和焊接热源。另一种是在出料周期内应摩擦动能而转换成的热能。

工装位置

这是一个在工艺设计和问题分析过程中经常被忽视的问题。事实上针筒安装位置是一个非常重要的要点。错误的安装方式会导致点焊锡膏的寿命大幅降低。

经常发生的安装位置的错误是把出料设备放置在回流焊所需要的热源附近。过于靠近热源会造成焊膏温度的上升,产生相关的不良影响。在无法避免靠近热源时,采用温度控制设备、改善空气流通和屏蔽热量可以作为

备选方案来尽可能减小或消除热量对焊膏品质的负面影响。

外部物理上的变化,比如:晃动、撞击和震动,都会对焊膏产生不利作用。在这三种情况中影响最恶劣的是振动。产生剧烈振动的设备,如:振动盘式喂料器,应该和点焊出料系统隔离,从而避免分离现象的出现。如果点焊出料设备无法隔离,应该采用较小的针筒,在焊膏还未变质前,将焊膏打完。

在许多次出料周期后,由滑轨和高速XYZ定位系统产生的撞击和持续晃动可以累积出焊料分离问题。通常,同样可以选用较小尺寸的针筒来避免浪费。

针筒容量

选择针筒容量是一个多种因素互相妥协的过程。您需要考虑针筒更换频率、温度和出料量。

举例来说,在一个应用中,焊膏的用量是每小时10克。这时3CC针筒便不是一个很好的选择,因为几乎每一个小时就需要换一个针筒。对于这个应用来说,30CC/75克—30CC/125克将会大量减少因更换针筒而造成的停机时间。然而,如果10克焊料将被使用两天,采用3CC针筒可以减少因环境温度等外部原因而造成的浪费,

在较高环境温度下,要重点考虑的问题是如何恰好在一个班次内将焊膏用完,从而减少因变质产生的浪费。

打完一筒焊膏所需要的加压出料周期是由每次出料量的多少决定的。当每次出料量较少时,就需要更多的出料周期。此时,焊膏就被更多次和更长时间地加压,这可能降低焊膏的性能。当每次出料量较大时,打完一筒焊膏所需要的出料周期减少,这会减少焊膏变质的风险。

对于大多数焊膏,在变质以前承受至少一万次出料压力应该是没有问题的。如果使用较大的针筒或容器,并需要超过一万次周期,请注意可能发生的问题。

结论

因为气动点胶机适用于各种不同的出料量,在很多应用点焊锡膏的场合,点胶机成为了理想的工具。

在点焊锡膏应用中,当每点出料量在3毫克至0.5克之间,或者换句话说,在大多数情况下,直径介于1毫米和10毫米之间时,气动点胶机提供了一个最佳的方案。

 


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