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(shè)計(jì)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(fù)性及高質(zhì)量的焊點(diǎn)，汽車電子制造業(yè)已普遍接受。選擇性焊接設(shè)備具有一個(gè)機(jī)械臂系統(tǒng)可攜帶待焊組件向不同角度移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)焊嘴，給焊接技術(shù)提供了一個(gè)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(jī)電器件如開關(guān)，連接器及一些插座采用常規(guī)波峰必須承受機(jī)械應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)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(jìn)行焊接，對(duì)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?yàn)橘|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)該了解焊接工藝新的技術(shù)，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，無鉛焊料及微型化等相關(guān)信息。電路組件可采用三種選擇性焊接方法進(jìn)行焊接；其一，模板波峰焊，為每種電路組件設(shè)計(jì)專用模板用于保護(hù)已焊的表面貼裝器件；其二，選擇性焊接設(shè)備-拖焊工藝，機(jī)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(shí)，助焊劑能防止PCB產(chǎn)生的氧化，且助焊劑也應(yīng)有足夠的活性。防止在PCB脫離焊錫時(shí)產(chǎn)生的橋接。為滿足這些要求，有關(guān)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(yīng)均勻u組件予熱一為下道焊接工序準(zhǔn)備u焊接溫度與接觸時(shí)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(yīng)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(dòng)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(dòng)噴霧，有些焊劑將會(huì)回濺。在我們的鉛/錫實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jī)按發(fā)物焊劑，在焊接前，PCB涂布的焊劑需要在100℃—130℃進(jìn)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(cè)試板上涂布的焊劑量是：
　　◆測(cè)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(shí)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?yàn)橥坎荚赑CB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(gè)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(shí)際用量=0.8*1.3*0.117=0.121ml/單元板
　　◆焊劑實(shí)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(shí)現(xiàn)可靠的焊縫連接。在常規(guī)波峰焊設(shè)備中，設(shè)計(jì)裝有三個(gè)予熱區(qū)，全長(zhǎng)1.800m，三個(gè)予熱區(qū)的配置如下；第一區(qū)Calrod加熱器，第二區(qū)強(qiáng)對(duì)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(shè)定為250℃，無鉛焊料屬高熔點(diǎn)合金，因此在焊接溫度范圍，無鉛焊料與鉛錫焊料相比濕潤(rùn)性差，為達(dá)到可靠的焊接，接觸時(shí)間或焊接溫度需要提高。在本實(shí)驗(yàn)，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(shí)間。勢(shì)必減少產(chǎn)量。
　　6、焊接產(chǎn)量
　　選擇性焊接工藝另一個(gè)指標(biāo)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(shí)間在整個(gè)工藝過程仍然是重要的。實(shí)驗(yàn)測(cè)試板布置84個(gè)待焊通孔焊點(diǎn)。手工焊接的平均時(shí)間為2.7秒。無鉛焊料因高熔點(diǎn)及較差的濕潤(rùn)性，所以手工焊接時(shí)間增加到3.5秒。
　　6.1選擇性焊接
　　選擇性焊接設(shè)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(shí)間是在焊劑噴涂，予熱，焊接三個(gè)工序選擇其中最長(zhǎng)的時(shí)間。鉛/錫焊接工藝，焊接工序?yàn)樽铋L(zhǎng)時(shí)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(shí)組件仍以同樣速度(25mm/sec)進(jìn)行焊接。多嘴焊錫波浸焊工藝予熱時(shí)間延長(zhǎng)(VOC，水溶性焊劑需要較高的溫度)，使得焊接時(shí)間增加到36秒(予熱；30秒，傳送時(shí)間6秒)。
　　6.2波峰焊
　　波峰焊工藝中，組件進(jìn)行焊接的傳動(dòng)速度為20cm/sec，每塊板間隔160mm，最終焊接時(shí)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(fèi)用；焊劑，氮?dú)猓�焊膏；人工費(fèi)用；投資類費(fèi)用(設(shè)備，工具投資利息，折舊；場(chǎng)地。這些成本計(jì)算應(yīng)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(shí)間及人工成本有關(guān)。專用的計(jì)算模型可用來評(píng)價(jià)每次焊接工藝過程的焊點(diǎn)總量與年成本的比率。
　　7.1人工成本
　　人工成本包括；工時(shí)；編程時(shí)間，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間。模板波峰焊還有傳動(dòng)系統(tǒng)的輔助操作時(shí)間(PCB的裝載/卸載，清洗)
　　7.2投資成本
　　選擇性焊接設(shè)備的成本包括；設(shè)備，多焊嘴模板，備用件。波峰焊設(shè)備還應(yīng)包括傳動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)每一種組裝工藝盡可能減少對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求。傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命估計(jì)在20，000次。一塊好的模板取決于設(shè)計(jì)及尺寸。成本在￥2001000間，模板承裝平均時(shí)間大約20秒。
　　7.3場(chǎng)地
　　一臺(tái)選擇性焊接設(shè)備需占用的場(chǎng)地大約在5m3，常規(guī)的波峰焊設(shè)備需要4m3，手工焊接設(shè)備需要2m3。采用通用的方法對(duì)不同焊接工藝的盈虧平衡點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算是不可能的。例如；工時(shí)成本，耗氮量，占是面積等只是一個(gè)范圍。在選擇性焊接中。與波峰焊相比其能源及工時(shí)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(jià)的傳動(dòng)系統(tǒng)條件下，實(shí)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(dāng)?shù)暮噶蠅毫�。波峰的高度達(dá)12mm，這樣增加了錫渣的產(chǎn)生提高了耗氮量的費(fèi)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(dāng)，焊劑殘留物及焊點(diǎn)上的熱應(yīng)力等。與高工時(shí)成本的手工焊接工藝相比，選擇性焊接設(shè)備極大降低了缺陷率能很好地回報(bào)了投資。今天生產(chǎn)線上大多數(shù)產(chǎn)品的焊點(diǎn)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(shè)計(jì)提供一種焊接的新方法，為設(shè)計(jì)師提供一條新的工藝途徑。