選擇性波峰焊在LED車燈模組生產中的運用

楊才生，尹曦田，蘭金耀，楊 彬

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.湖南湖大艾盛汽車技術開發有限公司柳州分公司，廣西 柳州 545007）

隨著汽車造型越來犀利，汽車車燈作為汽車的重要組成部分，也會趨向于尺寸越來越小，功能越來越來復雜，性能越來越好的方向發展，相應的LED模組會隨著車燈的更新而迭代。LED模組包含了LED光源和電子驅動兩個重要組成部分。LED光源和驅動以電子元器件表面貼裝（SMT）為主，但是，LED光源和電子驅動的連接則是通過連接器和線束來連接。由于LED模組的產品強度、可靠性以及適用性等不同因素的制約，在LED模組的設計中，會根據實際情況使用一些通孔連接器或者其他插裝元器件，針對此類元器件在PCB焊接面周邊有元器件時，目前采用的生產工藝方法通常是在回流焊后采用手工焊接或者采用機械手焊接連接器線束來完成LED模組的組裝。但是，手工焊接存在依賴員工熟練度較高、焊接品質的一致性難以保證、生產效率低等不足；機械手焊接存在透錫率低，對工裝的一致性和PCB的尺寸精度要求高等劣勢。解決以上生產工藝難點的改善措施是在適當的情況下采用選擇性波峰焊工藝取代手工焊接技術和機器人焊接。

1 選擇性波峰焊

選擇性波峰焊與傳統波峰焊相比，選擇性波峰焊對于PCB上每個元器件焊點的焊接參數全部可以單獨設置，生產中我們不必再通過降低品質而采用統一的焊接參數。工藝工程師有更多的生產工藝調整空間，可以把每個元器件焊點的焊接參數（焊接的時間長短、助焊劑的噴涂量多少、焊接波峰高度等）調至最佳，產品合格率由此提高，選擇性波峰焊對于助焊劑的噴涂，可以“有的放矢”，PCB的表面清潔度因此可以提高，同時PCB的離子污染程度相應降低。

焊接作為模組組裝的重要工序，很大程度上決定了產品的后期品質。尤其是通孔連接器，在模組上有電氣連接和PCB結構連接兩個作用。連接器的虛焊、漏焊等焊接不良情況，在功能檢測時能夠識別出來，但是焊接孔內部錫的填充量較少時，電氣連接的作用體現了，結構連接的可靠性又不能保證，功能檢測時，內部錫的填充量較少的產品風險又不能夠被有效識別，這樣的產品流出后，在車燈裝配過程中，加上后期高溫高濕的汽車燈具內部環境以及汽車隨機振動，有可能導致整個產品功能失效，所以我們有必要對焊接工序重視并研究。

2 LED車燈模組選擇性波峰焊生產工藝

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—焊點檢驗等4個步驟。

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和提高生產效率，焊接工裝的設計應遵循防靜電、PCB放置可靠、定位準確、員工拿取方便快捷等原則。為了確保材料與工裝正確，我們需要對材料和工裝進行二維碼綁定。拿取焊接工裝核對型號并點檢，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號型腔，然后再將另一套放置于2號型腔，將放置好的線路板用旋轉壓塊將其固定。檢查線路板是否都已固定到位，再將其流轉至下道工序。

2.2 插通孔連接器線束

按通孔連接器線束型號與插針對應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爐載具上相應的位置。插好線后，用手指輕輕按壓線束護套，確認線束對插到位，并檢查連接線束是否與線路板表面服帖，插針引腳露出。無翹起、插錯等不良安裝上蓋板。抬起一側工裝檢查工裝底部線束插針引腳是否都已露出、有無傾斜等現象。檢查完成后，通過接駁臺將其流入選擇性波峰焊爐中。

2.3 焊接

點檢設備

首先對波峰焊機進行點檢，確認設備正常運行，調用編號與模組型號一致的程序同時確認焊錫噴嘴錫型號、助焊劑、錫條等。

檢測助焊劑

用白紙對助焊劑噴射出的量進行對比檢測，生產前用白紙對助焊劑噴射出的痕跡及形態進行實際檢測，要求助焊軌跡清晰，無斷流、雜質等缺陷，檢測時需將白紙從載具中取出再進行檢測。

爐溫曲線

爐溫曲線圖解（圖1）

圖1 爐溫曲線圖

波峰焊各個溫區與在溫區停留的時間，同樣是由波峰焊設備各區溫度設定、焊錫熔融溫度與軌道傳送帶的傳送快慢來決定的。波峰焊的爐溫曲線需要通過專用的測試工具，通過熱電偶測試確定，其測試方法和測試過程也與回流焊爐溫曲線測定類似。測試點的選擇應遵循能夠反映整個PCB的焊接點，同時要考慮到印刷線路板的正面貼裝密集等因素。測試時，首先確定傳送帶速度，然后使用能夠代表生產產品的試驗板來測試，至少測試3個點的溫度。反復調整錫爐溫度值，使各點溫度達到焊接需要設定的曲線要求，然后再使用測試板進行實際測試并進行適當的、必要的調整。工藝人員在編寫工藝文件時，除了記錄爐溫曲線設定外，一般還要記錄包含設定溫度、波峰高度、助焊劑的噴量、移動速度、預熱溫度、停留時間、焊錫噴頭自動清洗頻率，根據不同的產品，設置參數有所不同。爐溫曲線的設定

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

圖2 設備爐溫曲線

焊接的形成過程

當PCB（印刷線路板）進入波峰面的前端處到尾端處時PCB（印刷線路板）的焊盤與電子元器件引腳全部浸在熔融狀態的焊錫中被焊料潤濕，此時焊料開始發生擴散反應，熔融狀態的焊錫是連成一片的，即錫膏橋連。當PCB（印刷線路板）離開波峰尾端處的一瞬間，由于PCB（印刷線路板）的焊盤和電子元器件的引腳表面與熔融狀態的焊錫之間的潤濕力（金屬間合金層的結合力），使各PCB（印刷線路板）焊盤之間的焊錫分開，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，最終形成飽滿、半月形的焊點。通過顯示屏監控噴嘴噴流狀態及焊接過程，要求焊錫完全覆蓋噴嘴，噴錫表面光滑，噴嘴外壁無凸起、氧化膜等缺陷；焊接完成后需對產品首件進行X-RAY檢驗：要求助焊劑無殘留，無焊接不良，焊接填充率大于75%。

焊接完成后的設備維護

當天生產結束后錫鍋內的錫渣進行清理：使用錫勺將錫鍋內的錫渣清理干凈并放置在定制的箱內，掏錫渣過程中，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次對錫鍋周邊環境（錫槽面、軌道及周邊）進行錫渣清理。

2.4 焊點檢驗

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外觀是否圓潤、飽滿、無虛焊、漏焊、搭錫、漏錫等不良，線束接插件無翹起、偏移等不良現象。線束焊點若出現錫洞，則用黑點卡進行對比測量，單個錫洞最長邊小于0.6mm錫洞可接受。

若出現線束翹起，則使用0.5mm塞尺進行測量，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箱中，等生產完畢后統一進行處理。

2.5 焊接常見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焊盤氧化等物料問題后，我們可從表1中對工藝參數和工裝進行檢查，并適當優化。

表1 焊接常見缺陷原因分析及改善措施

3 總結

要獲得PCB最佳的焊接品質，提高產品可靠性，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個制造環節。根據不同種類通孔連接器或者其他電子元器件的各自裝配和連接參數，通過設計符合各自產品要求的專用工裝以及可靠的固定涂覆方法進行相互固定，滿足選擇性波峰焊生產工藝的必備條件，從而達到PCB（印刷線路板）通孔電子元器件最大化焊接，確保各種產品品質一致性，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。同時如果采用選擇性噴霧方式，助焊劑消耗量比傳統波峰焊降低了70%。錫爐容量16kg，因極小的加錫量，又能夠有效降低成本。相關焊接不良率也可以小于80PPM。同時可提高焊接的品質和PCB連接的牢固性，以及降低不良率和生產成本。