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印制電路板PCB加工之波峰焊
2020.1.8

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電子人生發布時間:12-1014:15科技達人,優質原創作者印制電路板即常說的PCB,PCB裝上元器件就稱為電路板組件即PCBA,板上的元器件可以是SMT(表面貼裝)元件,插件元件,壓件元件或組裝件。上一篇分享到PCBA(電路板組件)的插件工藝,今天分享PCBA的波峰焊工藝及常見問題。波峰焊工藝是裝插有插件元件的PCBA裝載在治具上,經傳送帶依次通過錫爐(波峰焊機)的助焊劑噴霧系統,預熱段和錫槽,與錫槽里的錫液接觸完成焊接,再經冷卻系統完成整個波峰焊的工藝。錫槽里涌動的錫液呈波浪狀,故稱為“波峰焊”。圖1為完成波峰焊的設備-錫爐。圖1 錫爐并不是所有的插件元件都由錫爐完成焊接。一些插件元件較少的PCBA,在量少的開發階段,無法用波峰焊焊接,或對焊接有特殊要求的產品,可以用手工焊接完成插件元件的組裝。波峰焊焊接適應于批量生產,插件元件多,PCB板較厚的產品。我們辦公用的臺式電腦的主機板的插件元件是用波峰焊焊接的。圖2為手工焊接范例。圖2 百度百科圖片-手工焊接波峰焊焊接分為4個步驟:噴助焊劑-預熱-焊接-冷卻。1. 噴助焊劑待焊接的PCBA裝載在治具(載具)里,治具把一些SMT元件,不需要波峰焊接的區域保護起來,只在插件元件附近區域有開口。載具在傳送軌道上行進到錫爐。錫爐的噴霧系統有感應裝置,待感應到載具的到來時觸發啟動,載具離開時停止工作。助焊劑噴霧系統采用掃描式噴霧方式,把助焊劑(Flux)均勻地噴灑在曝露的PCB區域。助焊劑的主要作用在于去除插件元件線腳及PCB金屬化孔的氧化物,降低其表面張力以促進焊接過程。另外,焊接后助焊劑殘留物能形成一層緊密的有機膜以保護焊點和基板,具有一定的防腐蝕性能,電氣絕緣性能。助焊劑有清洗型和免清洗助焊劑兩種,目前免清洗助焊劑得到廣泛應用。如圖3為使用了免清洗助焊劑的PCBA板底圖片,外觀無明顯松香殘留,表面干凈無異物。傳統的助焊劑噴霧系統感應到載具開始工作,載具離開時停止工作,其在工作過程中噴嘴勻速的來回移動,保證均量的助焊劑噴出。圖3 使用免清洗助焊劑的PCBA板底不同的產品,元件的布局不同,一些不規則形狀的服務器主板,如L型的PCB板,為電源預留空間的區域是空的,而有些區域插件元件密集。有些元件線腳比較密集,如DDR4, DDR5的內存槽等,PCB的金屬化孔也小,錫的爬升難度比較大。而有些元件線腳稀疏,PCB孔大,如電源接口,上錫性好。所以PCBA的不同區域對助焊劑的需求量有所不同。上錫性差一些的區域可酌情加大助焊劑的量,上錫性好的區域可適當減少助焊劑的量。當前有一些錫爐的噴霧系統可以實現可編程,可局部調節助焊劑的使用量,在滿足焊接品質的前提下減少助焊劑的使用。2. 預熱預熱段一般采用熱輻射的方式,有三個預熱區。PCBA在預熱段行進過程中,板底助焊劑里的松香和活化劑分解活化,可去除插件元件線腳,PCB金屬化孔上的氧化層和其他污染物,防止金屬表面在高溫下的兩次氧化。另外,也可避免PCBA在浸錫過程的高溫對PCB和元件帶來的熱沖擊損害。預熱段對PCB板底溫度,溫升率和預熱時間均有要求。3. 焊接常用的錫爐JT-560采用雙波峰設計,可視產品需要選取使用。焊接部分對焊接溫度,浸錫時間,峰值溫度均有要求。使用有鉛或無鉛錫棒,板子的大小,板上的元件多少,還有錫爐的類型選用不同,各種參數都有差異。圖4為波峰焊示意圖。圖4 百度百科圖片 波峰焊因成本考量,很多大型的PCB如服務器主板也使用OSP(Organic Solderability Preservatives 有機保焊膜)板。OSP板易氧化,在經過了兩個回流焊制程,PCB開封又已經超過24小時的PCBA,對波峰焊的焊接質量是極大的挑戰,很容易出現上錫高度不符合標準的問題。有一些廠家如德國埃莎(ERSA)有生產可使用液氮的錫爐,可很好地解決OSP板上錫高度不夠的問題。圖5為插件元件線腳上錫高度不夠的范例圖片。圖5 插件連接器上錫高度不夠范例4. 冷卻冷卻部分,錫爐在錫槽后面有設置冷卻風扇,一般要求出爐的溫度要低于100度。對產品而言,拿取未冷卻的PCBA,容易導致PCB變形而影響組裝,也可能導致錫裂等問題。除了以上提到的控制標準外,運輸PCBA的軌道的斜度也是需要控制的參數。軌道的斜度太小容易連錫,斜度太大容易虛焊。為了確保所有的實際參數是滿足產品生產需求的,在轉換線,白夜班開始時,都需要測試波峰焊的溫度曲線(Profile)以確保機器工作正常。波峰焊的溫度曲線測試所需要的設備和方法與SMT回流焊類似,標題為《PCBA生產之回流焊及常見問題》,這里不做贅述。PCBA的波峰焊制程分享到這里,下一篇我們分享壓件(press fit)制程。更新PCBA生產流程圖如圖6,增加壓件流程。壓件不是所有的PCBA都有,標記為可選項。圖6 更新流程圖增加壓件相關搜索回流焊原理什麼是回流焊波峰焊價格助焊劑的成分助焊劑有哪些波峰焊焊接原理

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