AST埃斯特選擇性波峰焊技術(shù)
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2023-02-22 10:21
電子工業(yè)，包括元器件領(lǐng)域的迅速發(fā)展，逐步使電子產(chǎn)品提高功能和小型化成為可能。例如移動電子產(chǎn)品，全球化的競爭促使這類產(chǎn)品的制造商們通過縮短其產(chǎn)品的市場反應(yīng)時(shí)間來應(yīng)對客戶對產(chǎn)品不斷增長的期望和新要求，從而激化了挑戰(zhàn)。但是全球化競爭也使企業(yè)承受了巨大的降低成本的壓力。面對不斷提高的質(zhì)量要求，生產(chǎn)成本和資金消耗的降低是個永恒的課題。似乎這還不夠，不斷出臺的全球環(huán)境保護(hù)的法律規(guī)范也在給電子產(chǎn)品制造商設(shè)置障礙。對于消費(fèi)類產(chǎn)品，另一個問題是產(chǎn)品需求的季節(jié)性波動，只能通過靈活多變的生產(chǎn)來解決。
擺在企業(yè)面前的這些嚴(yán)格的要求自然反映在生產(chǎn)設(shè)備上，這也正好說明了為什么在過去幾年中，選擇性波峰焊接技術(shù)會在電子生產(chǎn)領(lǐng)域比其它工藝發(fā)展得更迅速。由于無鉛焊接技術(shù)的要求，新的生產(chǎn)工藝問題在不斷出現(xiàn)。例如，無鉛焊接工藝需要更高的焊接溫度;無鉛焊料冷凝得更快;金屬和銅在無鉛合金焊料中要比在錫鉛焊料中溶解得快。這些更嚴(yán)格的條件意味著，生產(chǎn)中需要合適的焊接設(shè)備來有效、可靠地應(yīng)對無鉛焊接所帶來的腐蝕性。選擇性波峰焊一貫堅(jiān)持其特性必須符合無鉛選擇性焊接工作藝的要求，并向用戶提供了針對各種類型選擇性焊接應(yīng)用的多種產(chǎn)品選擇范圍。
從根本上說，質(zhì)量問題已促使選擇性焊接成為一個不可缺少的工藝。生產(chǎn)工藝和參數(shù)在應(yīng)用中是必需的，一致性也是一個方面，人工焊接因而落伍了，因?yàn)橐粋€好的工藝在人工焊接中很難完全重復(fù)，完全依賴于操作者的主觀能力。焊接結(jié)果還受到烙鐵頭磨損的影響。還有一個重要因素是烙鐵頭上的高溫。遺憾的是對人工焊接工藝的研究顯示，許多操作者根本沒有意識到烙鐵頭溫度和接觸時(shí)間會影響到基材和焊點(diǎn)的形成。焊臺也經(jīng)常被設(shè)置在最高溫度，因?yàn)檫@樣焊接會很“快”，眾所周知，“時(shí)間就是金錢”。而這可能會導(dǎo)致低質(zhì)量高成本的生產(chǎn)工藝，以及不良的工藝重復(fù)性。如果遇到敏感的器件和PCB板，這樣會極其危險(xiǎn)。而且從視覺上來說，人們在看一個成品時(shí)，很難區(qū)分人工焊接的焊點(diǎn)和返修過的焊點(diǎn)之間的區(qū)別。
在要求高質(zhì)量和高可靠性的組裝電路板領(lǐng)域中，如汽車行業(yè)的安全裝置的組裝電路板，使用人工焊接工具的焊接是不允許的。事實(shí)上，在這些應(yīng)用中人工焊接被視為影響質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)。
1.由于可以對逐個焊點(diǎn)或器件進(jìn)行精確的參數(shù)設(shè)定，焊接缺陷幾乎不存在了。
2.精確設(shè)置過的助焊劑噴涂，只施用于焊盤和插腳上，可以確保PCB板的高潔凈度，無須另外清潔。
另外，在用波峰焊焊接雙面PCB板時(shí)，錫槽中升高的焊料溫度經(jīng)常會使頂部器件重復(fù)熔化。在與焊錫波接觸中發(fā)生的PCB板彎曲會導(dǎo)致多點(diǎn)SMD器件在冷卻過程中的機(jī)械應(yīng)力。這對BGA器件很重要，因?yàn)檫@個應(yīng)力是無法通過視覺檢查、ICT或功能測試識別的。這樣，產(chǎn)品在使用中發(fā)生故障顯然是由不良焊接造成的。
3.選擇性焊接則只將熱傳導(dǎo)到需要焊接的焊盤和插腳處，這樣就極大地消除了電路板彎曲造成的缺陷。這些特性在使用無鉛焊料和水溶性助焊劑時(shí)也尤為重要。由于無鉛焊接需要相對高的溫度，多重焊接過程給器件和基材帶來更大損害，會超出允許的范圍。這都是由于無鉛焊料更高的熔解溫度和許多器件的熔解溫度和許多器件的耐熱溫度限制引起的。這樣就會縮小熔點(diǎn)(217-227)和工作溫度(260-280)之間的溫差，從而顯著地縮小工藝窗口。
選擇性波峰焊工藝中出色的噴嘴設(shè)計(jì)可使焊接參數(shù)對應(yīng)確定的焊點(diǎn)，而無須讓整個組裝件承受不必要的熱應(yīng)力。這樣可以基本上消除損壞表面貼裝器件的風(fēng)險(xiǎn)。鑒于其工作方式，選擇性焊接在相對低的溫度下可以減少銅的溶解。錫槽中銅的溶解性所導(dǎo)致的擴(kuò)散在無鉛焊料中要遠(yuǎn)高于錫鉛合金焊料，擴(kuò)散率取決于焊接溫度、接觸時(shí)間和波峰和動態(tài)性。測試明確顯示了具有高效的預(yù)熱系統(tǒng)的選擇性波峰焊接設(shè)備可以在相對低的焊接溫度下工作。有了選擇性焊接工藝，可以在提高通孔填充時(shí)減少銅的溶解。
選擇性焊接工藝得以快速傳播的原因除了上述的質(zhì)量優(yōu)點(diǎn)以外，還歸功于它的經(jīng)濟(jì)效益。
以前一直用波峰焊來焊接THT(通孔技術(shù))器件的公司現(xiàn)在也開始改用選擇性焊接，這主要是由于資產(chǎn)成本和技術(shù)利益之間的差異推動的。組裝電路板中通常是99%的SMD器件和少數(shù)的異形器件，如連接器、變壓器、繼電器、電解電容器等，這些器件的組裝都是由SMT以外的設(shè)備和加工系統(tǒng)協(xié)同全套波峰焊生產(chǎn)線來補(bǔ)充完成的。高能量、更多的廠房要求以及大量的助焊劑、焊料和氮?dú)獾南模共ǚ搴腹に囘^程很不經(jīng)濟(jì)。在不得不使用復(fù)雜的阻焊掩模板來保護(hù)PCB焊接面上的器件避免接觸到助焊劑和焊料時(shí)，這一矛盾就更為突出。
相對于傳統(tǒng)的波峰焊，選擇性焊接的電力、焊料、助焊劑和氮?dú)庀慕档土撕芏?。在一個具體的個案研究中，通過生產(chǎn)一塊通訊電路板，對比從前使用的波峰焊工藝生產(chǎn)，來計(jì)算選擇性焊接節(jié)約的成本。裝配總共需要焊接26個有引線器件，220個焊點(diǎn)。結(jié)果是，選擇性焊接大大降低了能量和耗材的消耗：助焊劑消耗-97%;錫渣-95%;能量需求-55%;氮?dú)庀?95%。
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