八、SM焊接工藝技術(shù)

第6章SMT焊接工藝技術(shù)6.1SMT焊接方法與特點(diǎn)

6.1.1SMT焊接方法

焊接是表面組裝技術(shù)中的主要工藝技術(shù)。焊接質(zhì)量是SMA可靠性的關(guān)鍵，它直接影響電子裝備的性能可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。焊接質(zhì)量決定于所用的焊接方法、焊接材料、焊接工藝技術(shù)和焊接設(shè)備。焊接是使焊料合金和要結(jié)合的金屬表面之間形成合金層的一種連接技術(shù)。表面組裝采用軟釬焊技術(shù)，它將SMC/SMD焊接到PCB的焊盤圖形上，使元器件與PCB電路之間建立可靠的電氣和機(jī)械連接，從而實(shí)現(xiàn)具有一定可靠性的電路功能。這種焊接技術(shù)的主要工藝特征是：用焊劑將要焊接的金屬表面洗凈(去除氧化物等)，使之對(duì)焊料具有良好的潤濕性；供給熔融焊料潤濕金屬表面；在焊料和被焊金屬間形成金屬間化合物。根據(jù)熔融焊料的供給方式，在SMT中采用的軟釬焊技術(shù)主要有波峰焊（waveSoldering）和再流焊（ReflowSoldering）。一般情況下，波峰焊用于混合組裝方式，再流焊用于全表面組裝方式。波峰焊是通孔插裝技術(shù)中使用的傳統(tǒng)焊接工藝技術(shù)，根據(jù)波峰的形狀不同有單波峰焊、雙波峰焊等形式之分。根據(jù)提供熱源的方式不同，再流焊有傳導(dǎo)、對(duì)流、紅外、激光、汽相等方式。表6-1比較了在SMT中使用的各種軟釬焊方法。

波峰焊與再流焊之間的基本區(qū)別在于熱源與釬料的供給方式不同。在波峰焊中，釬料波峰有兩個(gè)作用：一是供熱，二是提供釬料。在再流焊中，熱是由再流焊爐自身的加熱機(jī)理決定的，焊膏首先是由專用的設(shè)備以確定的量涂覆的。波峰焊技術(shù)與再流焊技術(shù)是印制電路板上進(jìn)行大批量焊接元器件的主要方式。就目前而言，再流焊技術(shù)與裝備是SMT組裝廠商組裝SMD/SMC的主選技術(shù)與設(shè)備，但波峰焊仍不失為一種高效自動(dòng)化、高產(chǎn)量、可在生產(chǎn)線上串聯(lián)的焊接技術(shù)。因此，在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，波峰焊技術(shù)與再流焊技術(shù)仍然是電子組裝的首選焊接技術(shù)。6.1.2SMT焊接特點(diǎn)

由于SMC／SMD的微型化和SMA的高密度化，SMA上元器件之間和元器件與PCB之間的間隔很小，因此，表面組裝元器件的焊接與傳統(tǒng)引線插裝元器件的焊接相比，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：元器件本身受熱沖擊大；要求形成微細(xì)化的焊接連接；由于表面組裝元器件的電極或引線的形狀、結(jié)構(gòu)和材料種類繁多，因此要求能對(duì)各種類型的電極或引線都能進(jìn)行焊接。要求表面組裝元器件與PCB上焊盤圖形的接合強(qiáng)度和可靠性高。所以，SMT與THT相比，對(duì)焊接技術(shù)提出了更高的要求。然而，這并不是說獲得高可靠性的SMA是困難的，事實(shí)上，只要對(duì)SMA進(jìn)行正確設(shè)計(jì)和執(zhí)行嚴(yán)格的組裝工藝，其中包括嚴(yán)格的焊接工藝，SMA的可靠性甚至?xí)韧撞逖b組件的可靠性高。關(guān)鍵在于根據(jù)不同情況正確選擇焊接技術(shù)、方法和設(shè)備，嚴(yán)格控制焊接工藝。除了波峰焊接和再流焊接技術(shù)之外，為了確保SMA的可靠性，對(duì)于一些熱敏感性強(qiáng)的SMD常采用局部加熱方式進(jìn)行焊接。6.2波峰焊接工藝技術(shù)

6.2.1波峰焊的基本原理與分類波峰焊是利用波峰焊機(jī)內(nèi)的機(jī)械泵或電磁泵，將熔融釬料壓向波峰噴嘴，形成一股平穩(wěn)的釬料波峰，并源源不斷地從噴嘴中溢出。裝有元器件的印制電路板以直線平面運(yùn)動(dòng)的方式通過釬料波峰面而完成焊接的一種成組焊接工藝技術(shù)，如圖6-1所示。波峰焊技術(shù)術(shù)是由早期期的熱浸焊焊接(HotDipSoldering)技術(shù)發(fā)展展而來。幾幾十年來，，各國學(xué)者者與工程人人員對(duì)波峰峰動(dòng)力學(xué)進(jìn)進(jìn)行了大量量的實(shí)驗(yàn)與與研究，波波峰焊機(jī)的的波峰型式式從單波峰峰發(fā)展到雙雙波峰，雙雙波峰的波波型又可分分為、T、和“O”旋旋轉(zhuǎn)波四種種波型。按按波型個(gè)數(shù)數(shù)又可分成成單波峰、、雙波峰、、三波峰和和復(fù)合波峰峰四種。1、熱浸焊焊熱浸焊接是是把整塊插插好電子元元器件的PCB與釬釬料面平行行地浸入熔熔融釬料缸缸中，使元元器件引線線、PCB銅箔進(jìn)行行焊接的流流動(dòng)焊接方方法之一。。如圖6-2所示，，PCB組組件按傳送送方向浸入入熔融釬料料中，停留留一定時(shí)間間，然后再再離開釬料料缸，進(jìn)行行適當(dāng)冷卻卻。有時(shí)釬釬料缸還作作上下運(yùn)動(dòng)動(dòng)。熱浸焊焊接時(shí)，高高溫釬料大大面積暴露露在空氣中中，容易發(fā)發(fā)生氧化。。每焊接一一次，必須須刮去表面面的氧化物物與焊劑殘殘留物，因因而釬料消消耗量大。。熱浸焊接接必須正確確把握PCB浸入釬釬料中的深深度。過深深時(shí)，釬料料漫溢至PCB上面面，會(huì)造成成報(bào)廢；深深度不足時(shí)時(shí)，則會(huì)發(fā)發(fā)生大量漏漏焊接。另外，PCB翹曲不不平，也易易造成局部部漏焊。PCB熱浸浸焊接后，，須用快速速旋轉(zhuǎn)的專專用刀片（（稱為平頭頭機(jī)或切腳腳機(jī)）剪切切去元器件件引線的余余長，只要要留下2～～8mm長長度以檢查查焊接頭的的質(zhì)量，然然后進(jìn)行第第二次焊接接。第一次次焊接與切切余長后，，焊接質(zhì)量量難以保證證，必須以以第二次焊焊接來補(bǔ)充充完善。一一般第二次次焊接采用用波峰焊。。早期的國國產(chǎn)電視機(jī)機(jī)、收錄機(jī)機(jī)等一些家家用電子產(chǎn)產(chǎn)品PCB的焊接，，大多采用用如上的兩兩次焊接法法。2、單波峰峰焊單波峰焊是是借助釬料料泵把熔融融狀釬料不不斷垂直向向上地朝狹狹長出口涌涌出，形成成20～40mm高高的波峰。。這樣可使使釬料以一一定的速度度與壓力作作用于PCB上，充充分滲透入入待焊接的的元器件引引線與電路路板之間，，使之完全全濕潤并進(jìn)進(jìn)行焊接，，見圖6-3。它與與熱浸焊接接相比，可可明顯減少少漏焊的比比率。由于于釬料波峰峰的柔性，，即使PCB不夠平平整，只要要翹曲度在在3%以下下，仍可得得到良好的的焊接質(zhì)量量。單波峰峰焊的缺點(diǎn)點(diǎn)是釬料波波峰垂直向向上的力，，會(huì)給一些些較輕的元元器件帶來來沖擊，造造成浮動(dòng)或或空焊接。。3、雙波峰峰焊由于SMC/SMD沒有THD那樣的的安裝插孔孔，釬劑受受熱后揮發(fā)發(fā)出的氣體體無處散逸逸，如圖6-4(a)所示。。另外,SMD有一一定的高度度和寬度，，又是高密密度貼裝（（一般5～～8件/cm2）），而釬釬料表面有有其張力作作用，因而而釬料很難難及時(shí)濕潤潤并滲透到到待貼裝的的每個(gè)角落落，容易產(chǎn)產(chǎn)生“陰屏屏效應(yīng)”。。所以，如如果采用一一般的單波波峰與熱浸浸焊接方法法，會(huì)產(chǎn)生生大量漏焊焊接或橋連連。為了解解決這些問問題，必須須采用一種種新型的波波峰焊———雙波峰焊焊。如圖6-5所示，雙雙波峰焊接接有前后兩兩個(gè)波峰，，前一波峰峰較窄，波波高與波闊闊之比大于于1，峰端端有2～3排交錯(cuò)排排列的小峰峰頭，在這這樣多頭的的、上下左左右不斷快快速流動(dòng)的的湍流波作作用下，釬釬劑氣體都都被排除掉掉，表面張張力作用也也被削弱，，從而獲得得良好的焊焊接效果。。后一波峰峰為雙方向向?qū)捚讲ǎ?，釬料流動(dòng)動(dòng)平坦而緩緩慢，可以以去除多余余釬料，消消除毛刺、、橋連等不不良現(xiàn)象。。根據(jù)前一一波峰產(chǎn)生生的波形不不同，雙波波峰焊系統(tǒng)統(tǒng)有窄幅度度對(duì)稱湍流流波（如圖圖6-5示示）、穿孔孔擺動(dòng)湍流流波（用可可調(diào)節(jié)穿孔孔噴嘴產(chǎn)生生擺動(dòng)湍流流波）、穿穿孔固定湍湍流波（穿穿孔噴嘴固固定）之分分。雙波峰焊對(duì)對(duì)SMD可可以獲得良良好的焊接接效果，已已在插貼混混裝方式的的PCB上上普遍采用用。雙波峰峰軟焊接的的缺點(diǎn)是PCB兩次次經(jīng)過波峰峰，受熱量量較大，一一些耐熱性性較差的PCB易變變形翹曲。。為了適應(yīng)應(yīng)各類SMC/SMD以及高高密度組裝裝的需要，，在以上雙雙波峰的基基礎(chǔ)上，進(jìn)進(jìn)行了各種種各樣的改改進(jìn)，實(shí)際際采用的雙雙波峰類型型主要有以以下幾類。。（1）型波。型波是由一一個(gè)平坦的的主波峰區(qū)區(qū)和一個(gè)曲曲率的副波波峰組成。。其特點(diǎn)是是：印制板板是在高速速點(diǎn)開始與與波峰接觸觸，因此釬釬料的擦洗洗作用最佳佳。由于在在噴嘴前檔檔板控制波波峰形狀，，從而控制制波峰的速速度，這樣樣在噴嘴前前形成了很很大一部分分相對(duì)速度度為零的區(qū)區(qū)域。因此此，采用傾傾角可調(diào)范范圍較大的的傳送裝置置在噴嘴的的波峰上，，相對(duì)速度度為零的那那一點(diǎn)上釬釬焊印制板板。當(dāng)印制制板從波峰峰上離去之之后緊靠熱熱焊附近產(chǎn)產(chǎn)生的后熱熱作用，有有助于減小小焊點(diǎn)拉尖尖。如圖6-7所示示。6.2.2波峰焊機(jī)機(jī)的基本組組成與功能能傳統(tǒng)插裝元件件的波峰焊工工藝基本流程程如圖6-10所示示，包括準(zhǔn)備備、元器件插插裝、波峰焊焊、清洗等工工序。波峰焊機(jī)通常常由波峰發(fā)生生器、印制電電路板傳輸系系統(tǒng)、釬劑噴噴涂系統(tǒng)、印印制電路板預(yù)預(yù)熱、冷卻系系統(tǒng)與電氣控控制系統(tǒng)等基基本組成部分分。其它可添添加部分包括括風(fēng)刀（Airknife）、油攪攪拌（Oilintermix））和惰性氣體體氮等。1、釬劑噴涂涂裝置在波峰焊以前前將釬劑施加加至印制電路路板組件的底底部，可以考考慮選擇下面面一些方式來來實(shí)現(xiàn)：泡沫沫、波峰、刷刷子、鼓輪噴噴霧和噴嘴噴噴射。2、預(yù)熱系統(tǒng)統(tǒng)波峰焊設(shè)備采采用預(yù)熱系統(tǒng)統(tǒng)以升高印制制電路板組件件和釬劑的溫溫度，這樣做做有助于在印印制電路板進(jìn)進(jìn)入釬料波峰峰時(shí)降低熱沖沖擊，同時(shí)也也有助于活化化釬劑。這兩兩大因素在實(shí)實(shí)施大批量焊焊接時(shí)，是非非常關(guān)鍵的。。預(yù)熱處理能能使印制電路路板材料和元元器件上的熱熱應(yīng)力作用降降低至最小的的程度。當(dāng)印刷電路板板組件的質(zhì)量量較重時(shí)，例例如具有8層層或?qū)訑?shù)更多多的多層板，，通常情況下下要求采用頂頂部加熱措施施，以求給印印制電路板組組件帶來合適適的溫度，同同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生底部過熱熱的現(xiàn)象。有三種普遍采采用的預(yù)熱處處理形式：（1）強(qiáng)迫對(duì)對(duì)流。強(qiáng)迫熱熱空氣對(duì)流是是一種有效的的和高度均勻勻的預(yù)熱方式式，它尤其適適合于水基釬釬劑。這是因因?yàn)樗軌蛱崽峁┧蟮牡臏囟群涂諝鈿馊萘?，可以以將水蒸發(fā)掉掉。（2）石英燈燈。石英燈是是一種短波長長紅外線（IR）加熱源源，它能夠做做到快速地實(shí)實(shí)現(xiàn)任何所要要求的預(yù)熱溫溫度設(shè)置。（3）熱棒。。加熱棒的熱熱量由具有較較長波長的紅紅外線熱源所所提供。它們們通常用于實(shí)實(shí)現(xiàn)單一恒定定的溫度，這這是因?yàn)樗鼈儌儗?shí)現(xiàn)溫度變變化的速度較較為緩慢。這這種較長波長長的紅外線能能夠很好地滲滲透入印制電電路板材料之之中，以滿足足較快時(shí)間的的加熱。3、釬料波峰峰涂覆釬劑的印印制電路板組組件離開了預(yù)預(yù)熱階段，，通過傳輸帶帶穿過釬料波波峰。釬料波波峰是由來自自于容器內(nèi)的的熔化了的釬釬料上下往復(fù)復(fù)運(yùn)動(dòng)而形成成的，波形的的長度、高度度和特定的流流體動(dòng)態(tài)特性性（例如紊流流或?qū)恿鳎?，，可以通過擋擋板的強(qiáng)迫限限定來實(shí)施控控制。隨著涂涂覆釬劑的印印制電路板通通過釬料波峰峰，就可以形形成焊接點(diǎn)。。4、傳輸系統(tǒng)統(tǒng)傳輸系統(tǒng)是一一條安放在滾滾軸上的金屬屬傳送帶，它它支撐著印制制電路板移動(dòng)動(dòng)著通過波峰峰焊區(qū)域。在在該類傳輸帶帶上，印制電電路板組件通通過金屬機(jī)械械手予以支撐撐。托架能夠夠進(jìn)行調(diào)整，，以滿足不同同尺寸類型的的印制電路板板需求，或者者按特殊規(guī)格格尺寸進(jìn)行制制造。