选择性波峰焊适用方向

选择性波峰焊设备发明至今已有50多年的历史了,在通孔元件电路板的焊接中具有生产效率高,自动化程度高等优点,因此曾经是电子产品自动化大批量生产中最主要的焊接设备。随着电子产品高密度小型化的设计要求,近10多年来各种封装形式的表面安装元件的出现,电子产品的组装技术出现了以表面安装技术为主流的发展趋势,通孔元件的应用已越来越少。一些高端电子产品使用一些特殊的印制板以及细脚距连接器的应用使得波峰焊技术以及手工焊技术遇到越来越多的困难。选择性波峰焊适用方向是我们工作的方向,有必要透彻了解,小胡详解如下:

生产中的选择焊

大型电子计算机

大型电子计算机在天气预报、石油堪察、火箭发射、卫星跟踪及核爆模拟中具有极其重要的作用,因此大型电子计算机的发展水平代表了一个国家高科技水平的重要标志之一。大型电子计算机使用的一些多层印制电路板的层数已达30至50层,板厚达2至3mm,双面贴装有大量的BGA、QFP等表面安装的超大规模集成电路,但仍有一些高性能微处理器及连接器仍然是通孔元件。这类电路板往往先做好双面回流焊工艺,而个别通孔元件无法使用波峰焊工艺,只能用手工焊方法来解决的。由于50层的多层印制电路板具有很大的热容量,当烙铁头温度设定较低时,手工焊接很难使金属化孔中填满焊料,而烙铁头温度太高时又很容易造成焊盘与基板剥离使板子报废。

有些厂家为焊接这种板子上的通孔元件采用了带托盘的波峰焊工艺,托盘把已经回流焊接好的贴装元件掩盖住,只留出所要焊接通孔元件的引脚,电路班板随托盘一起过波峰焊。这种工艺的最大问题是托盘底面的凸出部分要高于通孔元件引脚的露出高度,焊料波峰流动时会产生阴影造成大量焊点空焊,若把波峰高度打得更高一些会使波峰不稳定而无法正常工作。

军用电子产品

军用电子产品往往在十分恶劣的环境条件下工作,环境温度由-55℃至+80℃,相对湿度达90%,盐雾气氛以及激烈的机械振动和大的冲击强度,因此对电子产品的焊点可靠性要求极高。美国军用标准MIL-STD-2000电气和电子组装焊接标准第5,4,21,11,3条规定“金属化孔必须被焊料填满,焊料凝固时不仅从印制板线路组件的一个面连续地流到另一个面,而且应延伸到印制线路组件两个面上的接线区”。

某些军用电子产品,如舰艇、军用飞机等电子产品由于湿热水气并带有腐蚀性盐雾,因此冷却气流往往不能直接进入电子产品的机壳内,电路板上的电子元件通常用热传导方法通过机壳向外界散热,一些DIP双列插装的集成电路封装体直接紧贴在条形散热板上,如美国军用标准MIL-STD-2000中5,3,19,10,5,4条推荐的一种印制板上粘结有铝制的散热板(冷板)结构,已在军用飞机上广泛使用。这种表面粘结有散热板的印制电路板给波峰焊工艺的实施带来很大困难,由于热量散失较快,焊料无法填满金属化孔,焊接时由于板子下表面温度高,板子上表面温度低产生的机械应力使印制板与散热板之间出现剥离。

汽车电子,开关电源产品

汽车电子以及开关电源等电子产品,由于使用的环境条件较恶劣并有很大的功耗,一些产品中已采用了金属芯印制电路板。金属芯印制电路板的基板或多层板中的某些层用金属材料制成,可以达到良好的散热效果。有些电子产品的设计选用了气密性及防潮性极好的陶瓷封装集成电路,如陶瓷封装的CBGA以及陶瓷封装的无引线集成电路LCC。陶瓷材料的温度膨胀系数较低(CTE=6-7ppm/℃)而常用的FR4环氧玻璃布基板的温度膨胀系数要大得多(CTE=14-18ppm/℃),由于元件封装体与印制电路板温度膨胀系数严重失配,若用波峰焊工艺来焊接板上的通孔元件,印制板热膨胀尺寸加大会把原先已回流焊好的陶瓷封装集成电路的焊点拉断,这种电路板与波峰焊工艺是不兼容的以往也只能采用手工焊接。即使这样若这些产品使用在恶劣的工作环境,在高低温激烈变化的环境,焊点同样承受很大的剪切机械应力作用而产生裂缝。为解决温度膨胀系数的匹配问题高端电子产品的电路板采用铜-因瓦-铜的金属芯印制电路板。这类电路板由于散热效果极好,板上的通孔元件用手工焊很难使金属化孔中填满焊料。

细脚距通孔连接器

以往通孔连接器引脚间距都是一个网格距离(2.54mm)而随着电子产品组装密度的提高半个网格距离(1.27mm)的细脚距通孔连接器已被广泛使用,在波峰焊工艺中焊点短路缺陷明显增多。

无铅焊料的应用

无铅焊料的熔点比锡铅焊料高40℃左右。在高温焊接环境板子更容易弯曲变形,电路板上的焊盘也更容易氧化,再加上无铅焊料的浸润能力比锡铅焊料差,因此无铅波峰焊和无铅手工焊实现高质量高可靠的焊点就更为困难,尤其是一些与电源或地连接的金属化孔中焊料的全部填充满很难实现。

      选择性波峰焊为高端电子产品中通孔元件的高质量焊接提供了最佳的解决方案。

世界上第一台选择性波峰焊设备是在1995年由德国ERSA公司发明的,为提高高端电子产品中通孔元件的焊点质量,ERSA公司的选择性波峰焊设备采用了多种有效的技术措施。包括助焊剂喷射位置及喷射量的精确控制,微波峰高度的精确控制,焊接位置的精确控制,微波峰表面的氮气保护,每一焊点工艺参数的优化,不同尺寸的喷嘴快速更换,单个焊点的定点焊接及通孔连接器引脚的顺序成排焊接相结合的技术,根据要求可以设定焊点形状“胖”“瘦”的程度,可选择多种预热模块(红外、热风)以及增加了在板子上方的预热模块,用免维护的电磁泵替代叶轮式焊料泵使锡波更加稳定,结构材料的选用完全适合无铅焊料的应用,模块化的结构设计减少了维护时间等。由于采用多种新技术使选择性波峰焊的缺陷率大大低于波峰焊的缺陷率。在细脚距连接器的焊接中不会出现短路缺陷,在多层电路板的通孔元件焊接中在金属化孔中达到完全填满焊料的最佳效果,喷嘴停留时间的不同可以得到不同的顶面焊料填充。

高端电子产品电路板具有高的组装密度和要求高可靠性的焊点质量,由板子的组装方式和高性能印制电路板的结构,波峰焊和手工焊已很难适应高端电子产品组装工艺的要求,用先进的选择性波峰焊来替代波峰焊和手工焊是提高高端电子产品通孔元件焊接质量的最佳选择。以上选择性波峰焊适用方向是从业者的一点浅见。欢迎有识之士来电来函交流。

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