液态焊接技术和工艺优化 .pdfVIP

液态焊接技术和工艺优化 Denis Barbini ，Ursula Marquez de Tino ，Kaustubh Kalkundri ， Gerjan Diepstraten—Vitronics Soltec —低缺 陷波峰焊和选择焊工艺案例分析 [2020.1.1] 摘要： 在实施液态焊接工艺 〔liquid soldering process 〕中，对关键参数的操纵关于 获得优良的焊 点是专门重要的。在本案例中，采纳一块专门的电路板，使用波峰 焊和选择性波峰焊这两种 工艺进行焊接。前期的研究中比较了波峰焊和选择性波峰焊所形成的焊点，并通过热循环试 验显示出它们在焊点强度方面的要紧差异，进而分析对产品寿命的阻碍以及所使用材料的性 能。而在观测焊点质量和强度方 面，针对镀通孔有引脚元器件推出的新型及改良型液态焊接 技术，如选择性波峰焊和组合波波峰焊，要比一般的无铅波峰焊技术更具优势。焊接工艺类 型对电子组装质量的阻碍，能够通过像通孔透锡不良、桥接、漏焊、锡珠等这类的特定的缺 陷进行描述。 关于波峰焊，这项研究将确定工艺参数包括助焊剂使用量、预热温度、锡缸温度和接触时刻 等对缺陷形成的阻碍。关于选择性波峰焊，我们分为单喷嘴工艺的和多喷嘴工艺两类。关于 每一类选择性波峰焊工艺，第一步是设计一个试验来确定测试板的特性。元器件的温度曲线 将决定焊接的温度区间。与波峰焊试验类 似，要紧的四项参数包括助焊剂使用量、预热温度、 锡缸温度和接触时刻，这四个参数能够通过拖曳速度 〔drag speed 〕和浸锡时刻来定义。通 过分析包括通孔透锡不良、顶面不润湿、桥接、锡珠等要紧缺陷，来优化每一个元器件的焊 接工艺。这项研究的一个关键目标是确定和优化关键参数，以查找到一个高效稳固的 工艺。 更进一步，是期望了解通孔透锡率/ 或孔的润湿程度与焊点所能承担的张力之间的关系特性。 在本文中将逐一介绍使用每一种技术将元器件组装到印刷电路板上发生的情形，以及对这些 电路板进行不同循环次数的热疲劳试验和针对通孔元器件的引脚进行拉力测试及失效分析的 结果。 当为这三种液态焊接技术优化的工艺确定之后，为了描述无铅通孔焊点的特性以及特定焊接 技术的阻碍，采纳了一种大尺寸的组件分别进行了试验。最后，这项研究让我们了解了可用 于焊接印刷电路板的各种方法。 尽管在目前的市场上，表面贴装技术 〔SMT 〕在元器件组装中居于统治地位，然而在绝大多 数电子产品中，通孔技术 〔THT 〕应用仍有一定的增长空间，专门是在需求弹性和专门组装 有要求的领域；其中就包括航空航天，资产类，以及互连密度要求不高，以及一些专门难用 表贴元器件替代通孔元器件的产品，THT 依旧大有可为的。这在 iNEMI 的液态焊接路线图中 有所描述 1 〔见表 1 〕。 由于自动操纵技术的进步和对传统波峰焊工艺的不断改进，能够使无铅波峰焊 〔由不同的工 艺和材料参数组成〕获得与锡铅波峰焊相比美的工艺窗口，像单喷嘴的和多喷嘴的选择性波 峰焊这类液态焊接技术也差不多被开发同时被 EMS 业界所采纳，这些技术完全能够满足 PCB 组装中不断上升的从表面贴装到通孔元器件的互连要求 2 ，3 。 特定电路板的材料选择、工艺优化、焊点强度和质量，关于评估和分析使用这些技术的利弊 是专门必要的。如此一来，不仅对每种技术来说专门重要的焊点强度方面的定性研究得以进 行，而且还为在最小缺陷 〔电路板和元器件得到爱护〕下更高温度的无铅组装 〔通过工艺和 材料参数选择和验证〕建立起了工艺窗口2 。 液态焊接技术利用传统的波峰焊的导轨系统，在焊接的过程中将被焊接的电路板在液态焊接 波上传送 3 ，4 。选择波包括单波和组合波，多喷嘴的焊接是另一种选择性焊接技术。选择性 焊接是一种焊接电路板正反面通孔元器件的液态焊接技术，它是利用一个机器人系统来拾取、 夹持和 拖曳电路板组件在单个喷嘴上方进行焊接。同样地，那个 机器人系统也能够用在一 个装有多个喷嘴的专门加工的喷嘴盘上进行浸焊组装。 在无铅焊接工艺中，选择焊专门有效地仅使那些需要焊接的元器件和待焊部位暴露在高温中， 而其它的元器件和区域那么保持在临界温度之下，这归功于这类系统能够局部喷涂助焊剂、 预热和灵活地焊接 3 ，4 。本文描述了每种液态焊接工艺的优化：单喷嘴，多喷嘴的和传统的 波峰焊 〔基于排除了各种焊接缺陷〕。此外，还会进行一个对比实验，来测量通