選擇性波峰焊在LED車(chē)燈模組生產(chǎn)中的運(yùn)用

楊才生，尹曦田，蘭金耀，楊 彬

（1.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.湖南湖大艾盛汽車(chē)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司柳州分公司，廣西 柳州 545007）

隨著汽車(chē)造型越來(lái)犀利，汽車(chē)車(chē)燈作為汽車(chē)的重要組成部分，也會(huì)趨向于尺寸越來(lái)越小，功能越來(lái)越來(lái)復(fù)雜，性能越來(lái)越好的方向發(fā)展，相應(yīng)的LED模組會(huì)隨著車(chē)燈的更新而迭代。LED模組包含了LED光源和電子驅(qū)動(dòng)兩個(gè)重要組成部分。LED光源和驅(qū)動(dòng)以電子元器件表面貼裝（SMT）為主，但是，LED光源和電子驅(qū)動(dòng)的連接則是通過(guò)連接器和線束來(lái)連接。由于LED模組的產(chǎn)品強(qiáng)度、可靠性以及適用性等不同因素的制約，在LED模組的設(shè)計(jì)中，會(huì)根據(jù)實(shí)際情況使用一些通孔連接器或者其他插裝元器件，針對(duì)此類(lèi)元器件在PCB焊接面周邊有元器件時(shí)，目前采用的生產(chǎn)工藝方法通常是在回流焊后采用手工焊接或者采用機(jī)械手焊接連接器線束來(lái)完成LED模組的組裝。但是，手工焊接存在依賴(lài)員工熟練度較高、焊接品質(zhì)的一致性難以保證、生產(chǎn)效率低等不足；機(jī)械手焊接存在透錫率低，對(duì)工裝的一致性和PCB的尺寸精度要求高等劣勢(shì)。解決以上生產(chǎn)工藝難點(diǎn)的改善措施是在適當(dāng)?shù)那闆r下采用選擇性波峰焊工藝取代手工焊接技術(shù)和機(jī)器人焊接。

1 選擇性波峰焊

選擇性波峰焊與傳統(tǒng)波峰焊相比，選擇性波峰焊對(duì)于PCB上每個(gè)元器件焊點(diǎn)的焊接參數(shù)全部可以單獨(dú)設(shè)置，生產(chǎn)中我們不必再通過(guò)降低品質(zhì)而采用統(tǒng)一的焊接參數(shù)。工藝工程師有更多的生產(chǎn)工藝調(diào)整空間，可以把每個(gè)元器件焊點(diǎn)的焊接參數(shù)（焊接的時(shí)間長(zhǎng)短、助焊劑的噴涂量多少、焊接波峰高度等）調(diào)至最佳，產(chǎn)品合格率由此提高，選擇性波峰焊對(duì)于助焊劑的噴涂，可以“有的放矢”，PCB的表面清潔度因此可以提高，同時(shí)PCB的離子污染程度相應(yīng)降低。

焊接作為模組組裝的重要工序，很大程度上決定了產(chǎn)品的后期品質(zhì)。尤其是通孔連接器，在模組上有電氣連接和PCB結(jié)構(gòu)連接兩個(gè)作用。連接器的虛焊、漏焊等焊接不良情況，在功能檢測(cè)時(shí)能夠識(shí)別出來(lái)，但是焊接孔內(nèi)部錫的填充量較少時(shí)，電氣連接的作用體現(xiàn)了，結(jié)構(gòu)連接的可靠性又不能保證，功能檢測(cè)時(shí)，內(nèi)部錫的填充量較少的產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)又不能夠被有效識(shí)別，這樣的產(chǎn)品流出后，在車(chē)燈裝配過(guò)程中，加上后期高溫高濕的汽車(chē)燈具內(nèi)部環(huán)境以及汽車(chē)隨機(jī)振動(dòng)，有可能導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品功能失效，所以我們有必要對(duì)焊接工序重視并研究。

2 LED車(chē)燈模組選擇性波峰焊生產(chǎn)工藝

以后組合燈LED模組為例：LED、IC等電子元器件采用SMT貼片工藝，分板后，通孔連接器采用選擇性波峰焊，其組裝的完整選擇性波峰焊工序包括：PCB板放入工裝并掃碼—插通孔連接器線束—焊接—焊點(diǎn)檢驗(yàn)等4個(gè)步驟。

2.1 PCB板放入工裝并掃碼

合理的焊接工裝能夠保證焊接品質(zhì)和提高生產(chǎn)效率，焊接工裝的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循防靜電、PCB放置可靠、定位準(zhǔn)確、員工拿取方便快捷等原則。為了確保材料與工裝正確，我們需要對(duì)材料和工裝進(jìn)行二維碼綁定。拿取焊接工裝核對(duì)型號(hào)并點(diǎn)檢，用掃碼槍掃載具上的二維碼，然后用掃碼槍分別掃描吸塑里的兩塊線路板Fender Stop/Tail Driver，將其與工裝綁定，綁定完成之后，先將一套（上線綁定的六連板）線路板放置于選焊工裝的1號(hào)型腔，然后再將另一套放置于2號(hào)型腔，將放置好的線路板用旋轉(zhuǎn)壓塊將其固定。檢查線路板是否都已固定到位，再將其流轉(zhuǎn)至下道工序。

2.2 插通孔連接器線束

按通孔連接器線束型號(hào)與插針對(duì)應(yīng)順序先后依次插連接線束，將連接好線束的線路板按要求安裝在過(guò)爐載具上相應(yīng)的位置。插好線后，用手指輕輕按壓線束護(hù)套，確認(rèn)線束對(duì)插到位，并檢查連接線束是否與線路板表面服帖，插針引腳露出。無(wú)翹起、插錯(cuò)等不良安裝上蓋板。抬起一側(cè)工裝檢查工裝底部線束插針引腳是否都已露出、有無(wú)傾斜等現(xiàn)象。檢查完成后，通過(guò)接駁臺(tái)將其流入選擇性波峰焊爐中。

2.3 焊接

點(diǎn)檢設(shè)備

首先對(duì)波峰焊機(jī)進(jìn)行點(diǎn)檢，確認(rèn)設(shè)備正常運(yùn)行，調(diào)用編號(hào)與模組型號(hào)一致的程序同時(shí)確認(rèn)焊錫噴嘴錫型號(hào)、助焊劑、錫條等。

檢測(cè)助焊劑

用白紙對(duì)助焊劑噴射出的量進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，生產(chǎn)前用白紙對(duì)助焊劑噴射出的痕跡及形態(tài)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，要求助焊軌跡清晰，無(wú)斷流、雜質(zhì)等缺陷，檢測(cè)時(shí)需將白紙從載具中取出再進(jìn)行檢測(cè)。

爐溫曲線

爐溫曲線圖解（圖1）

圖1 爐溫曲線圖

波峰焊各個(gè)溫區(qū)與在溫區(qū)停留的時(shí)間，同樣是由波峰焊設(shè)備各區(qū)溫度設(shè)定、焊錫熔融溫度與軌道傳送帶的傳送快慢來(lái)決定的。波峰焊的爐溫曲線需要通過(guò)專(zhuān)用的測(cè)試工具，通過(guò)熱電偶測(cè)試確定，其測(cè)試方法和測(cè)試過(guò)程也與回流焊爐溫曲線測(cè)定類(lèi)似。測(cè)試點(diǎn)的選擇應(yīng)遵循能夠反映整個(gè)PCB的焊接點(diǎn)，同時(shí)要考慮到印刷線路板的正面貼裝密集等因素。測(cè)試時(shí)，首先確定傳送帶速度，然后使用能夠代表生產(chǎn)產(chǎn)品的試驗(yàn)板來(lái)測(cè)試，至少測(cè)試3個(gè)點(diǎn)的溫度。反復(fù)調(diào)整錫爐溫度值，使各點(diǎn)溫度達(dá)到焊接需要設(shè)定的曲線要求，然后再使用測(cè)試板進(jìn)行實(shí)際測(cè)試并進(jìn)行適當(dāng)?shù)摹⒈匾恼{(diào)整。工藝人員在編寫(xiě)工藝文件時(shí)，除了記錄爐溫曲線設(shè)定外，一般還要記錄包含設(shè)定溫度、波峰高度、助焊劑的噴量、移動(dòng)速度、預(yù)熱溫度、停留時(shí)間、焊錫噴頭自動(dòng)清洗頻率，根據(jù)不同的產(chǎn)品，設(shè)置參數(shù)有所不同。爐溫曲線的設(shè)定

根據(jù)焊接曲線，我們建議（以后組合燈LED模組為例）溫度：設(shè)定260℃；波峰高度：75%±5%；助焊劑噴量（Spray amount）：75%±5%；移動(dòng)速度：12±3mm/s；預(yù)熱溫度120℃，預(yù)熱時(shí)間55s。錫嘴移動(dòng)速度：4±1mm/s；停留時(shí)間1s；焊錫噴頭自動(dòng)清洗頻率：1h一次。設(shè)備爐溫曲線如圖2所示。預(yù)熱階段，PCB表面的溫度應(yīng)在75～110℃之間為宜；預(yù)熱時(shí)間：30～60s；焊接溫度：250～270℃。

圖2 設(shè)備爐溫曲線

焊接的形成過(guò)程

當(dāng)PCB（印刷線路板）進(jìn)入波峰面的前端處到尾端處時(shí)PCB（印刷線路板）的焊盤(pán)與電子元器件引腳全部浸在熔融狀態(tài)的焊錫中被焊料潤(rùn)濕，此時(shí)焊料開(kāi)始發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)，熔融狀態(tài)的焊錫是連成一片的，即錫膏橋連。當(dāng)PCB（印刷線路板）離開(kāi)波峰尾端處的一瞬間，由于PCB（印刷線路板）的焊盤(pán)和電子元器件的引腳表面與熔融狀態(tài)的焊錫之間的潤(rùn)濕力（金屬間合金層的結(jié)合力），使各PCB（印刷線路板）焊盤(pán)之間的焊錫分開(kāi)，并由于液體表面張力的作用使焊錫以電子元器件的引腳為中心，從而收縮到最小的狀態(tài)，最終形成飽滿、半月形的焊點(diǎn)。通過(guò)顯示屏監(jiān)控噴嘴噴流狀態(tài)及焊接過(guò)程，要求焊錫完全覆蓋噴嘴，噴錫表面光滑，噴嘴外壁無(wú)凸起、氧化膜等缺陷；焊接完成后需對(duì)產(chǎn)品首件進(jìn)行X-RAY檢驗(yàn)：要求助焊劑無(wú)殘留，無(wú)焊接不良，焊接填充率大于75%。

焊接完成后的設(shè)備維護(hù)

當(dāng)天生產(chǎn)結(jié)束后錫鍋內(nèi)的錫渣進(jìn)行清理：使用錫勺將錫鍋內(nèi)的錫渣清理干凈并放置在定制的箱內(nèi)，掏錫渣過(guò)程中，需戴耐高溫手套，不要將錫渣濺到腳上或地面，以免燙傷。每天2次對(duì)錫鍋周邊環(huán)境（錫槽面、軌道及周邊）進(jìn)行錫渣清理。

2.4 焊點(diǎn)檢驗(yàn)

先把工裝上蓋板取下，再將線路板壓塊移除，后將模組成品從工裝中取出檢查焊點(diǎn)外觀是否圓潤(rùn)、飽滿、無(wú)虛焊、漏焊、搭錫、漏錫等不良，線束接插件無(wú)翹起、偏移等不良現(xiàn)象。線束焊點(diǎn)若出現(xiàn)錫洞，則用黑點(diǎn)卡進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，單個(gè)錫洞最長(zhǎng)邊小于0.6mm錫洞可接受。

若出現(xiàn)線束翹起，則使用0.5mm塞尺進(jìn)行測(cè)量，浮高≥0.5mm則為不良品。人工操作判定合格后用掃碼槍掃碼，如人工判定不合格的放置在不合格品周轉(zhuǎn)箱中，等生產(chǎn)完畢后統(tǒng)一進(jìn)行處理。

2.5 焊接常見(jiàn)缺陷原因分析及改善措施

焊接完成后，排除了電子元器件焊腳氧化，PCB焊盤(pán)氧化等物料問(wèn)題后，我們可從表1中對(duì)工藝參數(shù)和工裝進(jìn)行檢查，并適當(dāng)優(yōu)化。

表1 焊接常見(jiàn)缺陷原因分析及改善措施

3 總結(jié)

要獲得PCB最佳的焊接品質(zhì)，提高產(chǎn)品可靠性，必須在保證物料都完好的前提下，控制焊接前、焊接中的每一道工藝步驟。尤其是選擇性波峰焊工藝步驟中的3個(gè)制造環(huán)節(jié)。根據(jù)不同種類(lèi)通孔連接器或者其他電子元器件的各自裝配和連接參數(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)符合各自產(chǎn)品要求的專(zhuān)用工裝以及可靠的固定涂覆方法進(jìn)行相互固定，滿足選擇性波峰焊生產(chǎn)工藝的必備條件，從而達(dá)到PCB（印刷線路板）通孔電子元器件最大化焊接，確保各種產(chǎn)品品質(zhì)一致性，有效解決假焊、漏焊、焊渣污染PCB等缺陷，選擇性焊接部錫的活性大大增強(qiáng)。同時(shí)如果采用選擇性噴霧方式，助焊劑消耗量比傳統(tǒng)波峰焊降低了70%。錫爐容量16kg，因極小的加錫量，又能夠有效降低成本。相關(guān)焊接不良率也可以小于80PPM。同時(shí)可提高焊接的品質(zhì)和PCB連接的牢固性，以及降低不良率和生產(chǎn)成本。