Making Selective Soldering Work for You 根據(jù)產(chǎn)品的全部要求，你可在選擇性拖焊或浸焊工藝中選用其一

1．引言在你的電子制造廠中，是否正在計(jì)劃采用選擇性焊接工藝？如果回答是的。那么有兩個(gè)錯(cuò)誤的看法必須糾正。一個(gè)是認(rèn)為采用選擇性焊接工藝，只要買一臺合適的選擇性焊接設(shè)備就可以了，其實(shí)不僅此，工藝要比設(shè)備更為重要。所有的選擇性焊接工藝都有其特殊性，需要專用的加工方法及焊接工具。要滿足這些要求，用戶必須完全懂得工藝，與供應(yīng)商間建立相互溝通的良好聯(lián)系，及對生產(chǎn)中發(fā)生的任何問題和要求作出快速反應(yīng)的技術(shù)支持系統(tǒng)。二個(gè)錯(cuò)誤碼看法是選擇性焊接僅僅是一些變異的波峰焊，其實(shí)這兩者存在很大判別。也許大的差別是；波峰焊是整PCB板，包括不需要焊接的部位完全通過高溫焊錫波峰。而選擇性焊接只是需要焊接的器件等部位與熔融焊錫接觸，而PCB板材料本身導(dǎo)熱料性能較差。選擇性焊接就能為鄰近的器件及PCCB區(qū)域不會受到焊接的高溫影響。選擇性焊接工藝的缺點(diǎn)是；例如，連接器件外排插針與內(nèi)排插針相比，前者向PCB傳導(dǎo)的熱量要多得多；這樣使得外排插針的溫度偏低。在連接器的內(nèi)外排插針間出現(xiàn)溫度差（△T） 。由此，焊接工藝必須優(yōu)化，保證連接器持久戰(zhàn)排插針能達(dá)到可靠的焊接質(zhì)量。成功的選擇性焊接需要全新的傳動方法，因此對焊接工藝的了解以及設(shè)備如何滿足這些要求是用戶與供應(yīng)商間建立 良好溝通關(guān)系相互協(xié)商一起工作的關(guān)鍵。

2.何為選擇性焊接 PCB板上插裝的一些通孔器件，其引腳在PCB底面被選擇焊接，不像波峰焊，PCB承載在傳送帶上，被傳動通過固定的焊錫波峰。選擇性焊接是使用機(jī)械機(jī)構(gòu)在焊嘴或工具上單獨(dú)移動每塊PCB板完成焊接工藝。選擇性焊接有兩種不同工藝；拖焊工藝，浸焊工藝焊接PCB上各別部位或器件。選擇性焊接設(shè)備的機(jī)械臂能全方向移動每一塊PCB到需要焊接的部位，焊錫造波器固定安裝，PCB在其上面移動焊接。對各種PCB及器件，焊接工具是專用定制，規(guī)格的變化也大。這也可看作選擇性焊接增加成本的缺點(diǎn)，所以焊接工具應(yīng)創(chuàng)新及可變性，具有更大的靈活性能滿足各種PCB設(shè)計(jì)的要求。但焊接工具并非唯一，PCB的設(shè)計(jì)與焊接工藝適應(yīng)，電子制造廠應(yīng)與PCB設(shè)計(jì)者相互協(xié)商起工作。選擇性焊接另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是；對每塊PCB直至器件編程制專用焊接程序文件。且為實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的重復(fù)性，一致性。系統(tǒng)能自動對一塊PCB板，一批PCB板，生產(chǎn)批量進(jìn)行編程。

3． 焊接工藝的設(shè)置在選擇性焊接工藝中，只有通孔器件被焊接，關(guān)鍵的因素是焊接過程對周邊鄰近SMD器件及PCB基材的影響減小到低程度。每塊PCB的布局布線設(shè)計(jì)及PCB材料不同，因此選擇性焊接設(shè)備可使用系統(tǒng)軟件進(jìn)行工藝配置。選擇性焊接工藝有兩種不同工藝；拖焊工藝，浸焊工藝。簡單地講，選擇性拖焊工藝是在單個(gè)小焊嘴焊錫波上完成的。拖焊工藝適用于PCCB上非常緊密的空間進(jìn)行焊接。例如；個(gè)別的焊點(diǎn)或引腳，單排引腳能進(jìn)行拖焊工藝。PCB以不同的速度及角度在焊嘴的焊錫波上移動達(dá)到佳的焊接質(zhì)量。對比之下，選擇性浸焊設(shè)備裝有一塊專用焊嘴定位板，整塊PCB板浸在板上，所有焊點(diǎn)一次操作完成。多焊點(diǎn)一次完成焊接，但因每塊PCB設(shè)計(jì)的不同，需要各自相配的專用定位板，這是與波峰焊工藝大區(qū)別。當(dāng)然，被焊接的器件的引腳必須涂布助焊劑，PCB不需要焊接的任何部位，則不必涂布。于是，根據(jù)焊接工藝可選用點(diǎn)滴焊劑噴涂器。使用選擇型焊劑噴涂器，單頭或雙頭涂器固定安裝，PCB在其上面通過，一種多點(diǎn)助焊劑噴涂器，PCB固定安裝，噴涂頭在PCB下方移動，在予編程位置進(jìn)行焊劑噴涂。焊接工藝的流程由用戶定義，通常，典型焊接工藝的流程是；涂布助焊劑，予熱，浸焊或拖焊。然而，有些情況，免去予熱，或直接選擇拖焊。另一種工藝流程是；予熱，涂布助焊劑，予加熱，焊接。

4.PCB設(shè)計(jì)新規(guī)則選擇性焊接工藝的主要目的是避免高溫影響SMD器件及鄰近PCB基材。多年來，對波峰焊工藝必須進(jìn)行優(yōu)化，且PCB設(shè)計(jì)采用與之適應(yīng)的一些規(guī)則。同樣，由于拖焊與浸焊工藝特性的不同，應(yīng)建立新的設(shè)計(jì)規(guī)則。

4.1單嘴焊錫波拖焊工藝選擇拖焊工藝，可使用下列參數(shù)設(shè)置：
◆ 焊錫溫度275-300℃
◆ 拖焊速度10-25mm/s
◆ 傾斜角10°
◆ 激波泵速率

按被選焊嘴規(guī)格定單拖焊波工藝可用于選擇-浸焊工藝。為保證焊接工藝的穩(wěn)定，焊嘴的內(nèi)徑小于6mm 。焊錫熔液的流向被確定后，為不同的焊接需要，焊嘴按不同方向安裝并優(yōu)化。機(jī)械臂可從不同方向。及0°-12°間不同角度接近焊錫波，于是用戶能電子組件上焊接各種器件，對大多數(shù)器件，建議傾斜角為10°。與浸焊工藝相比，拖焊工藝的焊錫熔液及PCB板的運(yùn)動，使得在進(jìn)行焊拉時(shí)的熱轉(zhuǎn)換效率就比浸焊工藝好。然而，形成焊縫連接所需要的熱量由焊錫波傳遞的。但單焊嘴的焊錫波質(zhì)量 小，只有 剝喊錫波的溫度必須相對高，才能達(dá)到拖焊工藝的要求。例；焊錫溫度為275-300℃，拖拉速度10-25mm/s通常是可以接受的。在焊接區(qū)域供氮，以防止焊錫波氧化。焊錫波消除了氧化，使得拖焊工藝避免橋接缺陷的產(chǎn)生，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)增加了拖焊工藝的穩(wěn)定性與可靠性。焊錫波的高度必須加以控制，因此，錫槽內(nèi)的焊錫平面應(yīng)定期測量，自動焊錫添加裝置幫助焊 平面始終保持一致。而且激波泵速中高級也應(yīng)控制，使得焊錫波高度保持恒定。焊錫波流動方向的設(shè)置由焊嘴設(shè)計(jì)決定的。PCB批量焊接在開始之前，如首件器件的插針被浸濕潤，焊錫熔液應(yīng)以正確方向流動。非濕潤的插針會造成在焊嘴的背面焊錫熔液的過溢。如PCB浸入深度太大，也會造成焊錫液在焊嘴背面的過溢。例：由于焊錫波溫度高，PCB板發(fā)生下沉，造成過浸現(xiàn)象。為防止下沉，采用PCB支承裝置。拖焊工藝除了這些優(yōu)點(diǎn)外，其主要缺點(diǎn)是焊接周期長。為滿足特殊應(yīng)用要求，將浸焊工藝設(shè)備串接焊嘴成拖焊工藝使用。浸焊具有某些拖焊不具有的功能。兩者組合起來就可建立焊接時(shí)間極短穩(wěn)定的焊接工藝。拖焊工藝因焊錫波的高度，使得器件引腳長度受到限止。引腳的佳長度小于2mm，但引腳長度大到4mm也是可能的。引腳伸出長度小允許值視PCB設(shè)計(jì)定，單面PCB板；引腳長度不小于1mm，其他PCB設(shè)計(jì)；引腳長度不小于0.7mm，要符合焊點(diǎn)檢查的要求。器件直引腳伸出長度大于1mm，在機(jī)器焊接中，不可能在焊點(diǎn)上積累更多的焊錫，所以也不可能對焊點(diǎn)增加強(qiáng)度。為建立一個(gè)穩(wěn)定的工藝質(zhì)量，已焊接的焊點(diǎn)邊沿與相鄰器件或未焊接的焊點(diǎn)間的距離應(yīng)大于等于3mm。從拖拉焊錫波下拉方向，此距離必須大于4mm。

4.2多嘴焊錫波浸焊工藝選擇浸焊工藝，可使用下列參數(shù)設(shè)置；
◆ 焊錫溫度275-300℃
◆ 浸入速度20-25mm/s
◆ 浸入時(shí)間1-3sec
◆ 浸后速度2mm/s ◆ 激波泵速率

按被選焊嘴數(shù)量定使用多個(gè)焊嘴的焊接工藝是浸焊工藝，似乎浸焊好象是簡單地將PCB浸入焊錫熔液中然后取出，但并非如此，可用選擇浸焊工藝自有的特性業(yè)表述其原理。在待焊器件涂布助焊劑及予熱時(shí)，焊嘴使用一塊玻璃板復(fù)蓋，在其下面保持一惰性氣體。焊錫的所有氧化物被子清除，且焊嘴內(nèi)的焊錫溫度保持不變。在浸焊工藝品中，焊錫波的高度及焊錫溫度要求嚴(yán)格。全部焊嘴的溫度應(yīng)該相同，焊錫波的高度一致支承針可用于防止PCB材料的彎曲變形。簡單的浸焊工藝是將PCB浸入焊錫中。在焊接時(shí)，焊錫熔液不過溢到焊嘴的邊緣，否則周邊器件可能與焊錫接觸。二種方法是當(dāng)PCB向下浸入時(shí)，焊錫高度保持在焊嘴邊緣下，直到與邊緣相接觸。接下激波泵速率增速，將焊錫提升與PCB接觸，然后激波泵速率減速，PCB離開焊錫。PCB待留時(shí)間內(nèi)，激波泵速率不能太大，防止氧化物沉積。離開速度須優(yōu)化，以防橋接發(fā)生。焊嘴的尺寸盡可能大，保證焊接工藝穩(wěn)定，不影響PCB上的周邊相鄰器件。這一點(diǎn)對設(shè)計(jì)工程師來講是重要的，也是困難的，因?yàn)楣に嚨姆€(wěn)定性可能取賴于它。焊嘴板尺寸加工精度小于0.1mm。為減少溫度的影響，可使用幾種計(jì)算方法補(bǔ)償。使用選擇浸焊工藝，可焊接0.7mm-10mm的焊點(diǎn)。短引腳及小尺寸焊盤的焊接工藝更穩(wěn)定，橋接可能性也小。相鄰焊點(diǎn)邊緣，器件及焊嘴間的距離應(yīng)大于5mm。

5.不同工藝的實(shí)驗(yàn)結(jié)果從選擇性焊接工藝得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與波峰焊是不同的。由于拖焊與浸焊工藝的供熱特性及PCB熱傳遞形式的不同，兩者也存在差別。在波峰焊工藝中，PCB予熱為焊接工序作準(zhǔn)備。在選擇性焊接工藝中，予熱是為了關(guān)少PCB上的溫度差（△T），PCB只是需焊接的部分與焊錫接觸，并非整塊PCB板。因此全部熱量對整塊PCB板影響很小，減少了熱應(yīng)力對PCB造成缺陷問題的可能。使用拖焊工藝，工藝實(shí)驗(yàn)確定PCB通過區(qū)域的全部熱量流，這些參數(shù)對通孔中焊錫的良好穿透是有影響的。設(shè)置包括；對不同溫度及材料，變更待留時(shí)間，由此得到某PCB的佳待留時(shí)間。

6.待流時(shí)間的確定通過浸焊連接器插針焊接實(shí)驗(yàn)得到優(yōu)化的待留時(shí)間。在焊接前后，對PCB板稱重，這兩個(gè)重量之差就是焊錫的重量。實(shí)驗(yàn)用的連接器去插針的鍍層（Ni/Au）PCB有機(jī)可焊性涂復(fù)層（OSP）。熱風(fēng)整平（HASL）。焊錫溫度分別為270℃/300℃，270℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在電子產(chǎn)品的焊接工藝一文（In Soldering in Electronic）中，Wassink解釋道；（PCB樣板厚1.6mm , 焊盤直徑1.5mm）焊點(diǎn)的上焊錫界限/下焊錫量蜀限由于液相壓力的不同，其比為1.25-0.69。據(jù)此，通孔的灌錫百分比可計(jì)算得到（表1）。 Hole fill (solder temperature 270℃) Finish: 0.5sec 1.5sec 3sec 5sec OSP 24% 65% 89% 100% NiAu 65% 96% 100% 100% HASL 81% 100% 100% 100% 表1 通孔灌錫百分比此數(shù)據(jù)顯示；在浸焊工藝中，對1.6mm后PCB板較短的待留時(shí)間可達(dá)到可靠的焊接質(zhì)量。較短戴流時(shí)間另一個(gè)好處，助焊劑仍穩(wěn)定可防止橋接的發(fā)生。

7．結(jié)論今天的選擇性焊接工藝能適用于無鉛焊料及鉛錫焊料。此工藝具有很高的靈活性，先進(jìn)的控制及自動化能力，其工藝的穩(wěn)定性及寬大的工藝調(diào)整窗口可適用于無鉛焊料的焊接。選擇性焊接工藝提供產(chǎn)品高質(zhì)量，高重復(fù)性及高可靠性。