選擇性波峰焊接工藝的應用分析

盧鍇 黃曉惠

1. 廣州賽寶認證中心服務有限公司 廣東 廣州 510610；

2. 工業和信息化部電子第五研究所 廣東 廣州 510610

引言

市場上的電子產品插裝器件種類繁多，焊接工藝的選擇和應用與產品性能、質量息息相關，波峰焊接與手工焊接工藝的應用頻次高、范圍廣，但在多通孔器件的焊接處理方面，常規的焊接工藝無法保障產品性能，選擇性波峰焊接工藝的技術優勢突出，因為這一工藝的自動化程度高，完全可以滿足焊接質量的要求。但選擇性波峰焊接工藝應用時因為存在熱沖擊過大的問題，嚴重限制了產品質量目標的實現。因此，在選擇性波峰焊接工藝應用的過程中，專業人員要加強各個技術要點的掌握，充分發揮這一焊接工藝的優勢。

1 選擇性波峰焊接技術的發展現狀

在SMT在長期的發展過程中，選擇性波峰焊接技術進入了嶄新的發展階段，已然成為SMT領域的核心技術，就當下選擇性波峰焊接技術的發展現狀來看，該種焊接技術下需配備選擇性波峰焊機，而選擇性波峰焊機中，單點波峰發生器是關鍵性的構件，承擔著重要的焊接任務，是單點波峰的動力驅動方式，根據當下的驅動方式細分，市場上主要有機械驅動和電磁驅動兩種。從國內外的發展下現狀來看，我國在SMT行業內的技術起步較晚，且總體的技術發展水平與國外也存在著巨大的差距，研究和應用電磁泵的廠家數量十分有限，就國內市場來看，SMT設備生產廠家普遍采用的是機械驅動單點波峰技術，當然，也有部分廠家采用的是德國的單點波峰電磁泵。由于電磁驅動單點波峰的控制精度高、波峰更為穩定，因此，在未來有著巨大的市場潛力[1]。

傳統波峰焊設備在通孔元件電路板的焊接作業中，表現出高質量的焊接效果、高效的焊接施工和自動化焊接流程的特點，在SMT領域，市場占有率偏高。波峰焊機中的核心構件中，就有波峰發生器，而波峰發生器的驅動動力方式有兩種：電機調動機械機構驅動方式、電磁感應驅動方式，當下的研究領域，部分學者對電磁泵波峰發生器和波峰焊機展開了研究，不論為單相感應電磁泵還是三相感應電磁泵，都屬于平面感應電磁泵的范疇。隨著電子產品的精密化發展，電子產品組裝方面提出了新的標準，選擇性波峰焊接工藝卻是重點性的焊接技術，在這一技術應用時，為保障選擇性波峰焊接良好的焊接質量，相關人員需加強對焊接參數的控制。

2 選擇性波峰焊技術的特點

選擇性波峰焊接工藝屬于波峰焊接的范疇，在利用這一特殊的焊接工藝開展焊接作業的過程中，通過使用微小噴嘴，所產生的直徑為幾毫米的柱狀波或小的矩形波，為單點、局部的焊接作業提供了便捷。當下的市場上，各類的電子產品非常多，不同的電子產品存在性能、功能、用途等的巨大差異性，如果采用選擇性波峰焊接工藝來進行焊接處理時，完全可以根據產品焊點的基本要求，來進行工藝參數的科學設置，對各個工藝參數精準設置的基礎上，也就可以提高各個焊點的質量；對于同類元件或者相似焊盤尺寸的焊接部位，采用選擇性波峰焊接工藝時，完全可以設置同樣參數來開展相應的焊接作業。如果同樣產品開展第二塊板的焊接作業，可以直接調用前期所存儲的焊接程序來實施焊接作業，不需要再次編程，也就提升了焊接效率。

針對當下很多產品的多層板、大熱容量器件焊接作業，為使得產品的整體質量可以達到相應的施工要求，必須要在元件面形成高質量的焊點。與其他的焊接技術相比，選擇性波峰焊接工藝的優勢明顯，具體表現為焊錫熱容量大、焊錫溫度穩定、整板預熱，正是因為這一焊接工藝的特點，使得在利用該焊接工藝進行焊接作業時，焊料填充高度大大提升，在元件面形成的焊點質量良好[2]。

3 選擇性波峰焊工藝參數

3.1 錫鍋溫度

選擇性波峰焊接技術應用的過程中包含了多個工藝參數，其中，錫鍋溫度設置是否合理，直接關系到焊接成功與否，該溫度參數過大或者過小都不利于焊接工藝標準的實現。錫鍋溫度為其錫鍋內可以恰好將焊錫熔融的溫度條件，當焊接作業開展時，錫鍋內的焊錫在依次經由泵、噴嘴噴出的階段，存在或多或少的溫度損失，這一條件下，導致經由噴嘴處噴出的熔融焊錫溫度遠遠低于預期的溫度值。為盡可能保障錫鍋溫度的合理性，要結合印制板層數、覆銅寬度等條件。

3.2 氮氣加熱溫度

氮氣加熱溫度對于選擇性波峰焊接工藝的應用效果也極為重要，在整個焊接過程中，氮氣加熱系統的存在是為了使得噴嘴處的焊錫溫度符合要求，提高錫柱的穩定性，可以有效避免在焊接過程中出現焊錫噴濺的現象。此外，氮氣加熱溫度的科學控制還能夠減少錫渣的產生，對預防焊點橋連、拉尖等缺陷極為有效。根據當下選擇性波峰焊接工藝的應用經驗，通常都將氮氣加熱溫度控制在錫鍋溫度的上下10℃，一旦在焊接過程中存在較多的錫渣或者助焊劑殘留物，要適當提高氮氣加熱溫度。

3.3 預熱溫度及時間

選擇性波峰焊接工藝中的預熱系統采用的是紅外預熱系統，預熱溫度和時間的確定方面，一般要綜合考慮印制板層數、覆銅寬度和元器件種類等因素。為達到良好的焊接處理消耗，正式的焊接作業實施之前，選擇一塊試驗板，并將該試驗板安裝于固定夾具上，設定對應的預熱溫度和時間，用熱電偶對PCB板的表面溫度加以測量，如果高溫度不符合焊接要求，應根據實際需求來進行相應的調整。

3.4 噴嘴型號

選擇性波峰焊接工藝應用中，噴嘴型號同樣是需要關注的一個重點方面，一般要根據用戶的切實需求來配備特定型號的噴嘴。事實上，噴嘴型號與噴嘴內徑尺寸有著直接的關系，噴嘴內徑尺寸是決定噴嘴型號的關鍵性因素，同樣也是決定噴出焊錫直徑、焊接區域大小的因素。在焊接作業進行的過程中，相應的焊接人員需開展規范化的焊接作業時，要依據焊接規范中的待焊元器件焊盤與相鄰元器件焊盤之間的安全距離，選用大直徑噴嘴來開展焊接作業，因為直徑越大的噴嘴，意味著越大的熱容量，也就使得焊錫所形成的柱狀波更具穩定性，即使產生了錫渣，多余物也不會導致噴嘴內部的堵塞，減少了焊接缺陷的出現[3]。

4 選擇性波峰焊接工藝應用

4.1 助焊劑涂布工藝

助焊劑涂布工藝是選擇性波峰焊接中的關鍵工序，在焊接加熱和焊接作業全部結束以后，助焊劑的活動要達標，以避免在焊點處出現橋接現象，并避免PWB的氧化。助焊劑噴涂環節，應由專業人員攜帶PWB通過助焊劑噴嘴，將助焊劑噴涂到PWB待焊接部位。助焊劑具包含了多種類型，比如，單噴嘴霧式、微孔噴射式、同步式等，在實際的焊接作業中，應根據具體需求來選擇。

選擇性波峰焊接工藝下，助焊劑涂覆方式從本質上游噴霧法和發泡法，如果采用的是噴霧法，就可以在助焊劑涂覆過程中表現出良好的均勻性，覆量可控性、穩定性和可重復性的特點。從噴霧法的具體工作原理來分析，液態助焊劑經由氣壓作用被傳送到了噴嘴部位，當在高壓和噴嘴特殊結構的相互配合下，也就形成了噴霧并被噴射到了印制板上。在噴霧過程中，助焊劑在印制板上的噴涂位置、噴涂方式和噴涂速度，都是經由程序的自動執行來實現的。

4.2 預熱工藝

預熱作為焊接工藝中的關鍵工序，對于選擇性波峰焊接工藝而言，因為工藝的特殊性，預熱工序的實施也同樣具有其特殊的作用，終極目標是要去除溶劑預干燥助焊劑，使得助焊劑性能與工藝要求相一致。預熱處理的過程勢必同步產生一定的熱量，最終的焊接質量和效果往往會受該熱量干擾，但其干擾性微乎其微。預熱環節重點是要進行預熱溫度的科學設定，結合各種因素，保障合理性。

4.3 選擇性焊接工藝

選擇性焊接工藝中有拖焊和浸焊之分，當面臨的是單個小焊嘴焊錫波焊接任務時，拖焊工藝更為合適，尤其是在PWB上緊密空間焊接上，焊接效果十分理想，比如，個別焊點、引腳的焊接任務中，在這一工藝應用時，焊錫波上存在PWB的多角度、多速度移動，焊接十分高效。拖焊工藝下，焊錫溶液與PWB板的運動都熱轉換效率提升的關鍵因素，焊錫波作為熱量傳送中介，單焊嘴的焊錫波質量輕，極高的溫度條件下，才有助于焊接工藝質量目標的實現，根據焊接經驗，275～300℃的焊錫溫度、10～25mm/s的拖拉速度下，焊接效果更佳。

因為機械的精度較高，且具有極高的靈活性，這就使得在電子產品等的生產過程中，直接利用模塊結構理念所設計的生產系統就能夠根據用戶的切實需求，來開展定制化、個性化生產，這一特點為生產規模的擴大以及行業的發展都起到了重要的作用。機械手在運行的過程中，其運行范圍相對較大，僅僅從運動半徑的角度來看，就可以實現對助焊劑噴嘴、預熱、焊錫嘴的全面覆蓋，因此，正是因為這一特點，使得在生產作業的進行中，利用同一臺設備就可以實現對不同焊接工藝的應用。此外，因為在機械中存在同步制程，使得在整個的生產、焊接過程中，單板制程周期相對較短，機械手所具備的這些特征使得選擇性焊接工藝下，焊接的質量得以保障，具體來說，主要表現在以下方面：①機械手具備精準定位的功能，其在履行這一功能的過程中，定位精度高，且操作相對穩定，也就保持了每塊板所生產參數的高度一致性；②機械手呈現出5維運動的特征，這一運動特性使得PWB能夠在此運動狀態下，可以通過各種優化的角度和方位來與錫面直接接觸，進而來達到焊接的質量標準和技術要求。

拖焊工藝存在著各個方面的優勢，但是，在實際的應用過程中，單嘴焊錫波拖焊工藝同樣存在著一定的技術缺陷，具體表現為：整個焊接工藝進行時，與焊劑噴涂、預熱和焊接工序的時間相比，單嘴焊錫波短時間消耗最長，因為在焊接作業進行時，焊點為一個個的拖焊，當焊點數逐步增多的過程中，也就意味著焊接時間相對較長，這也意味著這一焊接工藝效率相對偏低，焊接時間消耗要比傳統波峰焊工藝的焊接時間長很多。現階段，隨著技術的日漸進步，多焊嘴設計方式下恰好可以大大提升效率，比如，利用雙焊接噴嘴下，產量大大提升。

對于浸入選擇焊系統而言，在該系統內包含了多個的焊錫嘴，這一設計下，與PWB待焊點之間存在著一一對應的關系，雖然這一系統下的靈活性相對較差，但是其與傳統波峰焊設備相比，其產量卻是相對較高的，且設備成本投入也遠低于機械手式。結合焊接工藝下的PWB尺寸，完全可以借助于單板或者多板來實現并行傳送，這一傳送方式下，全部的待焊點都以并行方式在相同的時間段內依次高效完成助焊劑噴涂、預熱、焊接。但現實情況下，不同的PWB上往往存在著焊點分布的巨大差別，為保障良好的處理效果，應結合PWB來進行焊錫嘴的針對性設計。

5 結束語

當下的產品焊接領域，選擇性波峰焊接工藝極為常用，在一些特殊的產品焊接任務中，選擇性波峰焊接工藝的優勢凸顯，隨著技術的不斷進步，選擇性波峰焊接工藝必將得到進一步的發展和應用。