選擇性焊接工藝的正確定義

1.引言
　　選擇性焊接工藝不僅可作為波峰焊的一種取代，而且其也為電子產(chǎn)品設計的創(chuàng)新提供了一種全新的焊接方法。選擇性焊接工藝能焊接顯示器，平面電纜各種形式的異型器件，也能將幾塊印制板(PCB)焊接到另外一塊印制板上。
　　選擇性焊接工藝優(yōu)良的重復性及高質(zhì)量的焊點，汽車電子制造業(yè)已普遍接受。選擇性焊接設備具有一個機械臂系統(tǒng)可攜帶待焊組件向不同角度移動對準焊嘴，給焊接技術提供了一個新的空間。由于電子產(chǎn)品朝著小型化方向發(fā)展，再流焊工藝已成為大批量生產(chǎn)的主流。但有些機電器件如開關，連接器及一些插座采用常規(guī)波峰必須承受機械應力，損害器件通孔互連的牢固連接。而通孔焊膏再流焊工藝在某些應用領域，由于再流焊溫度太高也不適用，成本又高等受到一定的限制。通孔器件是可采用不同原方法進行焊接，對不同焊接工藝及成本比較，從中作出決擇。比如通孔器件可以手工焊接，但往往因為質(zhì)量標準及成本等問題不采用。今天的電子組件正在不斷的變化，工藝工程師應該了解焊接工藝新的技術，質(zhì)量標準，無鉛焊料及微型化等相關信息。電路組件可采用三種選擇性焊接方法進行焊接；其一，模板波峰焊，為每種電路組件設計專用模板用于保護已焊的表面貼裝器件；其二，選擇性焊接設備-拖焊工藝，機械臂攜帶待焊PCB浸入固定位置焊嘴組的焊錫波上(多焊錫波)。這三種選擇性焊接工藝都可用于小批量或大批量生產(chǎn)。
　　2.助焊劑
　　涂布工藝在上述三種焊接工藝中，助焊劑涂布工藝起到重要作用。在焊接加熱及工藝結(jié)束時，助焊劑能防止PCB產(chǎn)生的氧化，且助焊劑也應有足夠的活性。防止在PCB脫離焊錫時產(chǎn)生的橋接。為滿足這些要求，有關助焊劑涂布工藝的一些重要因素必須考慮；uPCB待焊部位助焊劑正確的涂布量u助焊劑涂應均勻u組件予熱一為下道焊接工序準備u焊接溫度與接觸時間u焊后組件清洗
　　3.模板波峰焊
　　波峰焊工藝已有許多不同規(guī)格的專用焊劑系列。例；鉛/錫焊接工藝，常用的免清洗焊劑，建議其固體含量近于2%，且焊劑應具有良好的鋪展性及表面張力的作用。在波峰焊工藝中，焊劑的鋪展是使用氣壓噴嘴自動完成的。不同所有噴霧的焊劑全部沉積在PCB上。噴嘴噴霧的圖形是圓形或橢圓形，以確保在組件的前后都能涂布焊劑。由于使用氣壓自動噴霧，有些焊劑將會回濺。在我們的鉛/錫實驗中，選用低固體含量，免清洗助焊劑。在焊接前，PCB涂布的焊劑需要在70℃-100℃進行予熱。焊劑密度0.8g/ml,固體含量1.5%.錫/銀/銅基無鉛焊料，使用水溶性，無有機按發(fā)物焊劑，在焊接前，PCB涂布的焊劑需要在100℃—130℃進行予熱。焊劑密度工0995g/ml，固體含量1.8%。鉛錫焊料的PCB焊接面焊劑的最小用量為1600μg/in2。免清洗，酒精基焊劑固體含量1.5%,在測試板上涂布的焊劑量是：
　　◆測試樣板面積100*160mm2=24.8mm2
　　◆每塊PCB焊劑量(濕)=固體焊劑量×每塊板需要的固體焊劑量=100/0.5*24.8*0.0016=2.645g
　　◆焊劑需要量=密度×（焊劑量+30%損失)×2.645=2.751mi/單板
　　◆無鉛焊料涂布用量小于40%，在水中分解速度比在酒精中快得多
　　◆每塊PCB板焊劑(濕)量1.8*24.8*0.001=1.377g
　　◆焊劑實際用量0.997*1.3*1.377=1/784ml/單板4.選擇性焊接工藝選擇性焊接工藝是用微滴焊劑噴涂器，因為涂布在PCB待焊部位的焊劑很小，涂布焊劑的位置是PCB與焊錫熔液接觸的位置。其他地方不需要涂布焊劑。選擇性焊劑沒有專用焊劑，可使用波峰焊的焊劑，焊劑用量也相同。在選擇性焊接工藝中，每個焊接部位需要的焊劑量為：
　　◆待焊部位面積(鉛/錫)=3*(8*5)+16*6+32*6+50*6=708mm2
　　◆每塊板的焊劑需要量100/1.5*1.097*0.00016=0.117g
　　◆焊劑實際用量=0.8*1.3*0.117=0.121ml/單元板
　　◆焊劑實際用量(無鉛焊料)=0.079ml/單板
　　5、焊接工藝
　　焊劑涂布后下道工序是干燥焊劑，蒸發(fā)中的溶劑，待焊部位獲得足夠的熱量保證實現(xiàn)可靠的焊縫連接。在常規(guī)波峰焊設備中，設計裝有三個予熱區(qū)，全長1.800m，三個予熱區(qū)的配置如下；第一區(qū)Calrod加熱器，第二區(qū)強對流加熱器，第三區(qū)紅外燈加熱區(qū)。焊錫鍋裝有雙波發(fā)生器，焊錫溫度設定為250℃，無鉛焊料屬高熔點合金，因此在焊接溫度范圍，無鉛焊料與鉛錫焊料相比濕潤性差，為達到可靠的焊接，接觸時間或焊接溫度需要提高。在本實驗，使用SnAg3.8Cu0.5焊料，焊接溫度260℃。較高的焊接溫度足以保證焊接高質(zhì)量，采用通過降低傳送速度方法來增加接觸時間。勢必減少產(chǎn)量。
　　6、焊接產(chǎn)量
　　選擇性焊接工藝另一個指標是工藝必須滿足用戶需要的產(chǎn)量，雖然焊接工藝不是大多數(shù)組裝生產(chǎn)線的瓶頸，但焊接時間在整個工藝過程仍然是重要的。實驗測試板布置84個待焊通孔焊點。手工焊接的平均時間為2.7秒。無鉛焊料因高熔點及較差的濕潤性，所以手工焊接時間增加到3.5秒。
　　6.1選擇性焊接
　　選擇性焊接設備，助焊劑噴涂與予熱工序是在傳送區(qū)域完成的。定義焊接時間是在焊劑噴涂，予熱，焊接三個工序選擇其中最長的時間。鉛/錫焊接工藝，焊接工序為最長時間。單嘴焊錫波拖焊工藝需要59.3秒。多嘴焊錫波浸焊工藝需要27.4秒。使用無鉛焊料，單嘴焊錫波拖焊工藝仍需要59.3秒，此時組件仍以同樣速度(25mm/sec)進行焊接。多嘴焊錫波浸焊工藝予熱時間延長(VOC，水溶性焊劑需要較高的溫度)，使得焊接時間增加到36秒(予熱；30秒，傳送時間6秒)。
　　6.2波峰焊
　　波峰焊工藝中，組件進行焊接的傳動速度為20cm/sec，每塊板間隔160mm，最終焊接時間為16.5秒。
　　7.成本比較
　　選擇性焊接的成本可分為幾種類型；消耗類費用；焊劑，氮氣，焊膏；人工費用；投資類費用(設備，工具投資利息，折舊；場地。這些成本計算應包括在工藝過程中，產(chǎn)品的焊接加工產(chǎn)出與需要的加工時間及人工成本有關。專用的計算模型可用來評價每次焊接工藝過程的焊點總量與年成本的比率。
　　7.1人工成本
　　人工成本包括；工時；編程時間，維護保養(yǎng)時間。模板波峰焊還有傳動系統(tǒng)的輔助操作時間(PCB的裝載/卸載，清洗)
　　7.2投資成本
　　選擇性焊接設備的成本包括；設備，多焊嘴模板，備用件。波峰焊設備還應包括傳動系統(tǒng)。對每一種組裝工藝盡可能減少對傳動系統(tǒng)的要求。傳動系統(tǒng)的使用壽命估計在20，000次。一塊好的模板取決于設計及尺寸。成本在￥2001000間，模板承裝平均時間大約20秒。
　　7.3場地
　　一臺選擇性焊接設備需占用的場地大約在5m3，常規(guī)的波峰焊設備需要4m3，手工焊接設備需要2m3。采用通用的方法對不同焊接工藝的盈虧平衡點進行計算是不可能的。例如；工時成本，耗氮量，占是面積等只是一個范圍。在選擇性焊接中。與波峰焊相比其能源及工時成本是低的，而與手工焊接相比其真正的收益是缺陷率的減少。
　　8.結(jié)論
　　選擇性焊接工藝是模板波峰焊很好的取代工藝，其能沒有高價的傳動系統(tǒng)條件下，實現(xiàn)高度靈活的電路組件焊接。雖然波峰焊能得到很高的產(chǎn)量，但受到焊接面已焊器件高度及SMD器件限制。除了高的模板及裝載成本，焊錫波峰必須有足夠的高度才能在模板窗口有適當?shù)暮噶蠅毫�。波峰的高度達12mm，這樣增加了錫渣的產(chǎn)生提高了耗氮量的費用成本。手工焊接是人工操作，所以容易產(chǎn)生缺陷，如焊錫過量，通孔灌錫不當，焊劑殘留物及焊點上的熱應力等。與高工時成本的手工焊接工藝相比，選擇性焊接設備極大降低了缺陷率能很好地回報了投資。今天生產(chǎn)線上大多數(shù)產(chǎn)品的焊點數(shù)量在20-400左右。選擇性焊接工藝的靈活性，可編程能力為新產(chǎn)品設計提供一種焊接的新方法，為設計師提供一條新的工藝途徑。