選擇性波峰焊:技術發展,手工焊接,設備歷程,相關問題,選擇焊接,技術要點,產品優勢

選擇性波峰焊也稱選擇焊，套用PCB外掛程式通孔焊接領域的設備，因不同的焊接優勢，在近年的PCB通孔焊接領域，有逐步成為通孔焊接的流行趨勢，套用範圍不限於：軍工電子、航天輪船電子、汽車電子、數位相機、印表機等高焊接要求且工藝複雜的多層PCB通孔焊接。

選擇性波峰焊分為離線式選擇性波峰焊和線上式選擇性波峰焊兩種

離線式選擇性波峰焊：離線式即指與生產線脫機的方式，組焊劑噴塗機和選擇性焊接機為分體式1+1，其中預熱模組跟隨焊接部，人工傳輸，人機結合，設備占用空間較小。

線上式選擇性波峰焊：線上式系統可以實時接收生產線數據全自動對接，組焊劑模組預熱模組焊接模組一體式結構，特點是全自動鏈條傳輸，設備占用空間較大，適合自動化要求較高的生產模式。

基本介紹

中文名：選擇性波峰焊
特徵：適用有鉛、無鉛焊接
優點：減少引腳區域錫橋的產生
屬性：短時間裡將產品推向市場

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技術發展

在現代電子焊接技術的發展歷程中，經歷了兩次歷史性的變革：第一次是從通孔焊接技術向表面貼裝焊接技術的轉變；第二次便是我們正在經歷的從有鉛焊接技術向無鉛焊接技術的轉變。焊接技術的演變直接帶來了兩個結果：一是線路板上所需焊接的通孔元器件越來越少；二是通孔元器件（尤其是大熱容量或細間距元器件）的焊接難度越來越大，特別是對無鉛和高可靠性要求的產品。再來看看全球電子組裝行業目前所面臨的新挑戰：全球競爭迫使生產廠商必須在更短時間裡將產品推向市場，以滿足客戶不斷變化的要求；產品需求的季節性變化，要求靈活的生產製造理念；全球競爭迫使生產廠商在提升品質的前提下降低運行成本；無鉛生產已是大勢所趨。上述挑戰都自然地反映在生產方式和設備的選擇上，這也是為什麼選擇性波峰焊（以下簡稱選擇焊）在近年來比其他焊接方式發展得都要快的主要原因；當然，無鉛時代的到來也是推動其發展的另一個重要因素。

通孔元器件的焊接主要採用手工焊、波峰焊和選擇焊等幾種焊接技術，它們的特點各不相同，下面我們進行一下簡單的介紹：

手工焊接

手工焊接由於具有歷史悠久、成本低、靈活性高等優勢，至今仍被廣泛採用。但是，在可靠性要求高、焊接難度大的一些套用中，由於下述原因受到相當的制約：

1、烙鐵頭的溫度難以精確控制，這是一個最根本的問題。如果烙鐵頭溫度過低，容易造成焊接溫度低於工藝視窗的下限而形成冷焊或虛焊；同時，由於烙鐵的熱回復性畢竟有限，非常容易導致金屬化通孔內透錫不良。烙鐵頭溫度過高，容易使焊接溫度高於工藝視窗上限而形成過厚的金屬間化合物層，從而導致焊點變脆、強度下降，並可能導致焊盤脫落使線路板報廢；

2、焊點質量的好壞往往受到操作者的知識、技能和情緒的影響，很難進行控制；

3、勞動力較機器設備的成本優勢正在逐漸喪失。

設備歷程

波峰焊設備發明至今已有50多年的歷史了，在通孔元器件電路板的製造中具有生產效率高和產量大等優點，因此曾經是電子產品自動化大批量生產中最主要的焊接設備。但是，在其套用中也存在有一定的局限性：

焊接參數不同。

同一塊線路板上的不同焊點因其特性不同(如熱容量、引腳間距、透錫要求等），其所需的焊接參數可能大相逕庭。但是，波峰焊的特點是使整塊線路板上的所有焊點在同一設定參數下完成焊接，因而不同焊點間需要彼此“將就”，這使得波峰焊較難完全滿足高品質線路板的焊接要求；

在實際套用中比較容易出現問題。

選擇焊接

由於使用選擇焊進行焊接時，每一個焊點的焊接參數都可以“度身定製”，我們不必再“將就”。工程師有足夠的工藝調整空間把每個焊點的焊接參數（助焊劑的噴塗量、焊接時間、焊接波峰高度等）調至最佳，缺陷率由此降低，我們甚至有可能做到通孔元器件的零缺陷焊接。

選擇焊只是針對所需要焊接的點進行助焊劑的選擇性噴塗，線路板的清潔度因此大大提高，同時離子污染量大大降低。助焊劑中的NA+離子和CL-離子如果殘留線上路板上，時間一長會與空氣中的水分子結合形成鹽從而腐蝕線路板和焊點，最終造成焊點開路。因此，傳統的生產方式往往需要對焊接完的線路板進行清洗，而選擇焊則從根本上解決了這一問題。

焊接中的升溫和降溫過程都會給線路板帶來熱衝擊，其強度在無鉛焊接中尤為突出。無鉛波峰焊的波峰溫度一般為260℃左右，比有鉛波峰焊高10～15℃。在焊接時，整塊線路板的溫度經歷了從室溫到260℃，再冷卻到室溫的過程，這一升一降的兩個溫度變化過程所帶來的熱衝擊會使線路板上不同材質的物體因為熱脹冷縮係數不同而形成剪下應力，比如說BGA器件，在承受熱衝擊時便會在焊球的頂部與底部形成剪下應力，當這個剪下應力大到一定程度時便會使BGA形成分層和微裂縫。這樣的缺陷很難檢測（即使藉助X光機和AOI），而且焊點在物理連線上仍然導通（也無法通過功能測試檢測），但是當產品在實際使用中該焊點受到震動等外來因素影響時，很容易形成開路。選擇焊只是針對特定點的焊接，無論是在點焊和拖焊時都不會對整塊線路板造成熱衝擊，因此也不會在BGA等表面貼裝器件上形成明顯的剪下應力，從而避免了熱衝擊所帶來的各類缺陷。無鉛焊接所需溫度高，焊料可焊性和流動性差，焊料的熔銅性強。

技術要點

*助焊劑噴塗系統

選擇焊採用選擇性助焊劑噴塗系統，即助焊劑噴頭根據事先編制好的程式指令運行到指定位置後，僅對線路板上需要焊接的區域進行助焊劑噴塗（可點噴和線噴），不同區域的噴塗量可根據程式進行調節。由於是選擇性噴塗，不僅助焊劑用量比波峰焊有很大的節省，同時也避免了對線路板上非焊接區域的污染。

因為是選擇性噴塗，所以對助焊劑噴頭控制的精度要求非常高（包括助焊劑噴頭的驅動方式），同時助焊劑噴頭也應具備自動校準功能。

此外，助焊劑噴塗系統中，在材料的選擇上必須能要考慮到非VOC助焊劑(即水溶性助焊劑)的強腐蝕性，因此，凡有可能接觸到助焊劑的地方，零部件都必須能抗腐蝕。

*預熱模組

預熱模組的關鍵在於安全，可靠。

首先，整板預熱是其中的關鍵。因為整板預熱可以有效地防止線路板的不同位置受熱不均而造成線路板的變形。

其次，預熱的安全可控非常重要。預熱的主要作用是活化助焊劑，由於助焊劑的活化是在一定溫度範圍下完成的，過高和過低的溫度對助焊劑的活化都是不利的。此外，線路板上的熱敏器件也要求預熱的溫度可控，不然熱敏器件將很有可能被損壞。

試驗表明，充分的預熱還可以縮短焊接時間和降低焊接溫度；而且這樣一來，焊盤與基板的剝離、對線路板的熱衝擊，以及熔銅的風險也降低了，焊接的可靠性自然大大增加。

*焊接模組

焊接模組通常由錫缸、機械/電磁泵、焊接噴嘴、氮氣保護裝置和傳動裝置等構成。由於機械/電磁泵的作用，錫缸中的焊料會從獨立的焊接噴嘴中不斷湧出，形成一個穩定的動態錫波；氮氣保護裝置可以有效防止由於錫渣產生而堵塞焊接噴嘴；而傳動裝置則保證了錫缸或線路板的精確移動以實現逐點焊接。

1.氮氣的使用。氮氣的使用可以將無鉛焊料的可焊性提高4倍，這對全面提高無鉛焊接的質量是非常關鍵的。

2.選擇焊與浸焊的根本區別。浸焊是將線路板浸在錫缸中依靠焊料的表面張力自然爬升完成焊接。對於大熱容量和多層線路板，浸焊是很難達到透錫要求的。選擇焊則不同，焊接噴嘴中衝出來的是動態的錫波，它的動態強度會直接影響到通孔內的垂直透錫度；特別是進行無鉛焊接時，因為其潤濕性差，更需要動態強勁的錫波。此外，流動強勁的波峰上不容易殘留氧化物，這對提高焊接質量也會有幫助。

3.焊接參數的設定。

針對不同的焊點，焊接模組應能對焊接時間、波峰頭高度和焊接位置進行個性化設定，這將使操作工程師有足夠的空間來進行工藝調整，從而使每個焊點的焊接效果達到最佳。有的選擇焊設備甚至還能通過控制焊點的形狀來達到防止橋連的效果。

*線路板傳送系統

選擇焊對線路板傳送系統的關鍵要求是精度。為了達到精度要求，傳送系統應滿足以下兩點：

1.軌道材料防變形，穩定耐用；

2.在通過助焊劑噴塗模組和焊接模組的軌道上加裝定位裝置。

選擇焊所帶來的低運行成本

選擇焊的低運行成本是其迅速受到製造廠商歡迎的重要原因。

產品優勢

前面已提到過，現在的線路板通孔元器件的焊接往往有可能只占整體線路板焊接的很小一部分，在這樣的情況下，選擇焊具有以下的成本優勢：

:較小的設備占地面積

:較少的能源消耗

:大量的助焊劑節省

:大幅度減少錫渣產生

:大幅度減少氮氣使用量

:沒有工裝夾具費用的發生

產品劣勢

1、購買成本偏高

一個原因選擇性波峰焊實現的功能比一般的波峰焊複雜，所以機器結構就會比較複雜，製造成本比較高。另一個原因就是現在主流的選擇性波峰焊還是進口產品，國產化剛開始，市場的需求逐步增加，市場的競爭逐漸加強。

2、效率低

選擇性波峰焊在焊點質量控制上的優勢很顯著，但同時它和傳統的波峰焊相比在產量上面的不足也表現的非常明顯，因為一個噴嘴同時只可能焊接一個焊點，雖然現在有的機器，通過加多噴嘴的數量來提高產量，但在產量上還是選擇性波峰焊一個重要的不足

選擇性波峰焊