選擇性波峰焊適用方向
作者：
2022-11-08 11:02
選擇性波峰焊設備發明至今已有50多年的歷史了，在通孔元件電路板的焊接中具有生產效率高，自動化程度高等優點，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。隨著電子產品高密度小型化的設計要求，近10多年來各種封裝形式的表面安裝元件的出現，電子產品的組裝技術出現了以表面安裝技術為主流的發展趨勢，通孔元件的應用已越來越少。一些高端電子產品使用一些特殊的印制板以及細腳距連接器的應用使得波峰焊技術以及手工焊技術遇到越來越多的困難。選擇性波峰焊適用方向是我們工作的方向，有必要透徹了解：
生產中的選擇焊
大型電子計算機
大型電子計算機在天氣預報、石油堪察、火箭發射、衛星跟蹤及核爆模擬中具有極其重要的作用，因此大型電子計算機的發展水平代表了一個國家高科技水平的重要標志之一。大型電子計算機使用的一些多層印制電路板的層數已達30至50層，板厚達2至3mm，雙面貼裝有大量的BGA、QFP等表面安裝的超大規模集成電路，但仍有一些高性能微處理器及連接器仍然是通孔元件。這類電路板往往先做好雙面回流焊工藝，而個別通孔元件無法使用波峰焊工藝，只能用手工焊方法來解決的。由于50層的多層印制電路板具有很大的熱容量，當烙鐵頭溫度設定較低時，手工焊接很難使金屬化孔中填滿焊料，而烙鐵頭溫度太高時又很容易造成焊盤與基板剝離使板子報廢。
有些廠家為焊接這種板子上的通孔元件采用了帶托盤的波峰焊工藝，托盤把已經回流焊接好的貼裝元件掩蓋住，只留出所要焊接通孔元件的引腳，電路班板隨托盤一起過波峰焊。這種工藝的最大問題是托盤底面的凸出部分要高于通孔元件引腳的露出高度，焊料波峰流動時會產生陰影造成大量焊點空焊，若把波峰高度打得更高一些會使波峰不穩定而無法正常工作。
軍用電子產品
軍用電子產品往往在十分惡劣的環境條件下工作，環境溫度由-55℃至+80℃，相對濕度達90％，鹽霧氣氛以及激烈的機械振動和大的沖擊強度，因此對電子產品的焊點可靠性要求極高。美國軍用標準MIL－STD－2000電氣和電子組裝焊接標準第5，4，21，11，3條規定“金屬化孔必須被焊料填滿，焊料凝固時不僅從印制板線路組件的一個面連續地流到另一個面，而且應延伸到印制線路組件兩個面上的接線區”。
某些軍用電子產品，如艦艇、軍用飛機等電子產品由于濕熱水氣并帶有腐蝕性鹽霧，因此冷卻氣流往往不能直接進入電子產品的機殼內，電路板上的電子元件通常用熱傳導方法通過機殼向外界散熱，一些DIP雙列插裝的集成電路封裝體直接緊貼在條形散熱板上，如美國軍用標準MIL－STD－2000中5，3，19，10，5，4條推薦的一種印制板上粘結有鋁制的散熱板（冷板）結構，已在軍用飛機上廣泛使用。這種表面粘結有散熱板的印制電路板給波峰焊工藝的實施帶來很大困難，由于熱量散失較快，焊料無法填滿金屬化孔，焊接時由于板子下表面溫度高，板子上表面溫度低產生的機械應力使印制板與散熱板之間出現剝離。
汽車電子,開關電源產品
汽車電子以及開關電源等電子產品，由于使用的環境條件較惡劣并有很大的功耗，一些產品中已采用了金屬芯印制電路板。金屬芯印制電路板的基板或多層板中的某些層用金屬材料制成，可以達到良好的散熱效果。有些電子產品的設計選用了氣密性及防潮性極好的陶瓷封裝集成電路，如陶瓷封裝的CBGA以及陶瓷封裝的無引線集成電路LCC。陶瓷材料的溫度膨脹系數較低（CTE＝6-7ppm/℃）而常用的FR4環氧玻璃布基板的溫度膨脹系數要大得多（CTE＝14-18ppm/℃），由于元件封裝體與印制電路板溫度膨脹系數嚴重失配，若用波峰焊工藝來焊接板上的通孔元件，印制板熱膨脹尺寸加大會把原先已回流焊好的陶瓷封裝集成電路的焊點拉斷，這種電路板與波峰焊工藝是不兼容的以往也只能采用手工焊接。即使這樣若這些產品使用在惡劣的工作環境，在高低溫激烈變化的環境，焊點同樣承受很大的剪切機械應力作用而產生裂縫。為解決溫度膨脹系數的匹配問題高端電子產品的電路板采用銅－因瓦－銅的金屬芯印制電路板。這類電路板由于散熱效果極好，板上的通孔元件用手工焊很難使金屬化孔中填滿焊料。
細腳距通孔連接器
以往通孔連接器引腳間距都是一個網格距離（2.54mm）而隨著電子產品組裝密度的提高半個網格距離（1.27mm）的細腳距通孔連接器已被廣泛使用，在波峰焊工藝中焊點短路缺陷明顯增多。
無鉛焊料的應用
無鉛焊料的熔點比錫鉛焊料高40℃左右。在高溫焊接環境板子更容易彎曲變形，電路板上的焊盤也更容易氧化，再加上無鉛焊料的浸潤能力比錫鉛焊料差，因此無鉛波峰焊和無鉛手工焊實現高質量高可靠的焊點就更為困難，尤其是一些與電源或地連接的金屬化孔中焊料的全部填充滿很難實現。
選擇性波峰焊為高端電子產品中通孔元件的高質量焊接提供了最佳的解決方案。
世界上第一臺選擇性波峰焊設備是在1995年由德國ERSA公司發明的，為提高高端電子產品中通孔元件的焊點質量，ERSA公司的選擇性波峰焊設備采用了多種有效的技術措施。包括助焊劑噴射位置及噴射量的精確控制，微波峰高度的精確控制，焊接位置的精確控制，微波峰表面的氮氣保護，每一焊點工藝參數的優化，不同尺寸的噴嘴快速更換，單個焊點的定點焊接及通孔連接器引腳的順序成排焊接相結合的技術，根據要求可以設定焊點形狀“胖”“瘦”的程度，可選擇多種預熱模塊（紅外、熱風）以及增加了在板子上方的預熱模塊，用免維護的電磁泵替代葉輪式焊料泵使錫波更加穩定，結構材料的選用完全適合無鉛焊料的應用，模塊化的結構設計減少了維護時間等。由于采用多種新技術使選擇性波峰焊的缺陷率大大低于波峰焊的缺陷率。在細腳距連接器的焊接中不會出現短路缺陷，在多層電路板的通孔元件焊接中在金屬化孔中達到完全填滿焊料的最佳效果，噴嘴停留時間的不同可以得到不同的頂面焊料填充。
高端電子產品電路板具有高的組裝密度和要求高可靠性的焊點質量，由板子的組裝方式和高性能印制電路板的結構，波峰焊和手工焊已很難適應高端電子產品組裝工藝的要求，用先進的選擇性波峰焊來替代波峰焊和手工焊是提高高端電子產品通孔元件焊接質量的最佳選擇。以上選擇性波峰焊適用方向是從業者的一點淺見。歡迎有識之士來電來函交流。
