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電路板焊接

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一文看懂PCBA中的波峰焊工藝流程,解決PTH/DIP工藝問題

發(fā)布日期:2021-07-15

PCB組裝,又稱為PCBA,分為貼片加工(即SMT貼片)與通孔插件(即PTH或DIP)兩種形式。目前PCBA通孔焊接最廣泛使波峰焊工藝,也簡(jiǎn)稱PTH和DIP,PTH是Plate Through Hole 的簡(jiǎn)稱,多用于歐美系企業(yè),意思為PCB電路板通孔制程。另一種稱為DIP,其源于波峰焊制程中零件引腳浸在錫波中從而達(dá)到焊接的目的,此稱用于日系企業(yè),業(yè)界內(nèi)認(rèn)為DIP=PTH。

一文看懂PCBA中的波峰焊工藝流程,解決PTH和DIP工藝問題

波峰焊接是我們PCBA生產(chǎn)裝配過程中的一道非常關(guān)鍵的工序,如常見的雙面混裝板。

波峰焊工藝流程圖

▲波峰焊工藝流程圖

一、常用主料輔料介紹


1、焊料


1)有鉛錫條


成份:由錫和鉛組成的共晶化合物,Sn:63%、Pb:37%;熔點(diǎn):183°C;


2)無鉛錫條


成份:由錫、銀和銅組成的合金化合物,Sn:96.5%、Ag:3.0%;Cu:0.5%熔點(diǎn):217°C;


2、助焊劑的成份和作用


1)成份


有機(jī)溶劑、松香樹脂及其衍生物、合成樹脂表面活性劑、有機(jī)酸活化劑、防腐蝕劑、助溶劑、成膜劑。


2)作用


去除被焊金屬表面的氧化物;促使熱從熱源向焊接區(qū)傳遞;降低融熔焊料表面張力,增強(qiáng)潤(rùn)濕性;防止焊接時(shí)焊料和焊接面的再氧化。


二、波峰焊簡(jiǎn)介


波峰焊是針對(duì)于插件器件的一種焊接工藝,將熔融的液態(tài)焊料,借助于泵的作用,在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波,插裝了元器件的PCB在傳送鏈上經(jīng)過某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過焊料波峰而 實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)。


三、常見金屬化通孔插件焊接工藝流程:

成型→手工(機(jī)器)插件→波峰焊→補(bǔ)焊→清洗→分板→測(cè)試(ICT、FCT)→三防→包裝。


四、元器件引腳成型


1)手工整形:直插件彎可以借助工具對(duì)引腳整形,如下圖所示。

元器件引腳手工整型

▲元器件引腳手工整型

2)工裝整形:將料盒里面的未成型的元件,手工放到自制成型工裝上用力按下,形成所需要的插裝形狀。

元器件工裝整形-即利用治具成型

▲元器件工裝整形-即利用治具成型

3)機(jī)器剪腳并成型

機(jī)器剪腳并成型

▲機(jī)器剪腳并成型

根據(jù)元件的型號(hào)及加工后接受的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整機(jī)器,元器件的機(jī)器整形是用專用的整形機(jī)械來完成。


元件成型檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):元件的管腳插入PCB板后,漏出的管腳長(zhǎng)度為2±0.5mm。IC的誤差范圍±0.5mm。三極管檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)插入PCB以后,漏出的管腳長(zhǎng)度為0.8-1.6mm之間。


五、通孔插裝技術(shù)


手工插裝和機(jī)器自動(dòng)插裝


1、手工插件


按照SOP規(guī)定,將所要插的元件以PCB上絲印位置和插件規(guī)則,插在PCB板上的過程。


2、機(jī)器自動(dòng)插裝


通過編程的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備將一些有規(guī)則的電子元器件自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)地插裝在印制電路板導(dǎo)電通孔內(nèi)。

手工插件與機(jī)器自動(dòng)插件對(duì)比

▲手工插件與機(jī)器自動(dòng)插件對(duì)比

六、波峰焊簡(jiǎn)介


1、定義


波峰焊設(shè)備是指將熔化的軟釬焊料,經(jīng)電動(dòng)泵噴流成設(shè)計(jì)要求的焊料波峰,使預(yù)先裝有元器件的印制板通過焊料波峰,實(shí)現(xiàn)元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊一種焊接設(shè)備。

波峰焊設(shè)備

▲波峰焊設(shè)備

2、主要部件構(gòu)成


波峰焊機(jī)主要由傳送帶、加熱器、錫槽、泵、助焊噴霧裝置等組成。主要分為助焊劑添加區(qū)、預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)、冷卻區(qū),如下圖所示。

波峰焊機(jī)內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)

▲波峰焊機(jī)內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)

3、工作原理


波峰焊是采用波峰焊機(jī)一次完成印制上全部焊點(diǎn)的焊接.主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)溫度能自動(dòng)控制的熔錫缸,內(nèi)裝有機(jī)械泵和具有特殊結(jié)構(gòu)的噴嘴.機(jī)械泵能根據(jù)焊接要求,連續(xù)不斷地從噴嘴壓出液態(tài)錫波,當(dāng)印制板由傳送機(jī) 以一定速度進(jìn)入時(shí),焊錫以波峰的形式不斷地溢出至印制板面進(jìn)行焊接.其運(yùn)行流程為:焊前準(zhǔn)備→涂焊劑→預(yù)熱→波峰焊接→冷卻

波峰焊工作流程原理圖

4、有鉛與無鉛錫制程


設(shè)定之參數(shù)比較如下

有鉛與無鉛錫制程參數(shù)設(shè)定比較

▲有鉛與無鉛錫制程參數(shù)設(shè)定比較

5、波峰形式


從銲料波峰形狀的類型來看,這些裝置 大致可分成兩類單向波峰式和雙向波峰式。


1)單向波峰式


從噴嘴波峰銲料從一個(gè)方向流出的結(jié)構(gòu),現(xiàn)在除空心波以外,其它單向波形在較新的機(jī)器上已不多見。


2)雙向波峰式


從噴嘴內(nèi)出來的銲料到達(dá)噴嘴頂部后,同時(shí)向前、后兩個(gè)方向流動(dòng)。

波峰焊波峰形式

第一波峰(高波)是由狹窄的噴口噴出的波峰,流速快,對(duì)治具有影陰的焊接部位有較好的滲透性。同時(shí),高波向上的噴射力可以使焊劑氣體順利排出,減少了漏焊及垂直填充不足的缺陷。


第二波峰(平波)是一個(gè)“平滑”波,焊錫流動(dòng)速度慢,能有效去除端子上的過量焊錫,使所有的焊接面潤(rùn)濕良好,并能對(duì)第一波峰所造成的拉尖和橋接進(jìn)行充分的修正。


6、波峰焊接溫度曲線原理圖

波峰焊接溫度曲線原理圖

▲波峰焊接溫度曲線原理圖

7、波峰焊焊接過程

波峰焊焊接過程

▲波峰焊焊接過程

1) 噴涂助焊劑


電路板置以一定的傾角和傳送速度送入波峰焊機(jī)內(nèi),然后被連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的鏈爪夾持,途徑傳感器感應(yīng),噴頭沿著治具的起始位置來回勻速噴霧,使電路板的裸露焊盤表面、焊盤過孔以及元器件引腳表面均勻地涂敷 一層薄薄的助焊劑。


2) PCB板預(yù)加熱


進(jìn)入預(yù)熱區(qū)域,PCB板焊接部位被加熱到潤(rùn)濕溫度,同時(shí),由于元器件溫度的升高,避免了浸入熔融焊料時(shí)受到大的熱沖擊。預(yù)熱階段,PCB表面的溫度應(yīng)在 75 ~ 110 ℃之間為宜。


3)  溫度補(bǔ)償


進(jìn)入溫度補(bǔ)償階段,經(jīng)補(bǔ)償后的PCB板在進(jìn)入波峰焊接中減小熱沖擊。


4) 焊點(diǎn)的形成過程


當(dāng)PCB進(jìn)入波峰面前端處至尾端處時(shí)PCB焊盤與引腳全部浸在焊料中被焊料潤(rùn)濕,開始發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng),此時(shí)焊料是連成一片(橋連)的。當(dāng)PCB離開波峰尾端的瞬間,由于焊盤和引腳表面與焊料之間金屬間合金 層的結(jié)合力(潤(rùn)濕力),使各焊盤之間的焊料分開,并由于表面張力的作用使焊料以引腳為中心,收縮到最小狀態(tài),形成飽滿、半月形焊點(diǎn)。


8、使用阻焊治具波峰焊接工藝技術(shù)


由于傳統(tǒng)波峰焊接技術(shù)無法應(yīng)對(duì)焊接面細(xì)間距、高密度貼片元件的焊接,因此使用屏蔽模具遮蔽貼片元件來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接面插裝引線的波峰焊接應(yīng)運(yùn)而生。


1)PCBA使用阻焊治具波峰焊接技術(shù)的特點(diǎn)還是采用原來的錫爐,所不同的是板子需要放到過錫爐載具/托盤(carrier)之中,也就是我們常說的過爐阻焊治具。


2)屏蔽模具材料


制作模具必須防靜電,常見材料為:鋁合金,合成石,纖維板。使用合成石時(shí)為避免波峰焊?jìng)鞲衅鞑桓袘?yīng),建議不要使用黑色合成石。選取5mm~8mm厚度的基材制作模具。

過爐阻焊治具

▲過爐阻焊治具

目前主要采用的方式:①金屬鐵塊壓件;②模具上安裝壓扣壓件;③制作防浮高壓件治具。


9、波峰焊品質(zhì)缺陷


波峰焊接過程中基本上都是在PCB上來進(jìn)行的,因此在PCB上焊接缺陷主要反映在虛焊、焊點(diǎn)輪廓不良、連焊、拉尖、空洞、暗色焊點(diǎn)或顆料狀焊點(diǎn)等方面。

波峰焊品質(zhì)缺陷示例

▲波峰焊品質(zhì)缺陷示例

七、補(bǔ)焊


手工補(bǔ)焊:對(duì)經(jīng)過波峰焊接以后,目視檢查發(fā)現(xiàn)的不良缺陷并粘上不良標(biāo)簽的焊點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ),補(bǔ)焊后對(duì)其焊點(diǎn)進(jìn)行檢查并清洗。

手工補(bǔ)焊

▲手工補(bǔ)焊

八、清洗


其作用是將組裝好的PCB板上面的對(duì)人體有害的焊接殘留物如助焊劑等除去。如堵孔膠,高溫膠帶的殘膠,手印和灰塵等。


電路板清洗技術(shù):1、水清洗技術(shù);2、 半水清洗技術(shù);3、 免清洗技術(shù);4、 溶劑清洗技術(shù)。


電路板清洗材料:由于電路板通常有電子元器件,因此不適宜用水清洗,而應(yīng)用專門的洗板水、碳?xì)淙軇┫窗逅蛘咚拖窗逅逑础?/p>

清洗組裝好的PCB電路板

▲清洗組裝好的PCB電路板

九、分板


電路板分板:是利用專業(yè)設(shè)備對(duì)拼版電路板裁切、分割、分切單PCS電路板方式。1、手工分板帶V割槽電路板;2、通過編程銑刀高速旋轉(zhuǎn)分割線路板;3、V槽分板機(jī)分板(又分走刀式和走板式)。

電路板分板

▲電路板分板

十、單板測(cè)試


ICT英文全稱為:IN Circuit Test即在線測(cè)試,,是經(jīng)由量測(cè)電路板上所有零件,包括電阻、電容、電感、二極體、電晶體、FET、SCR、LED 和IC等, 檢測(cè)出電路板產(chǎn)品的各種缺點(diǎn)諸如 : 線路短路、斷路、缺件、錯(cuò)件、零件 不良或裝配不良等, 并明確地指出缺點(diǎn)的所在位置,還可以用ICT給電路板料燒錄程序。

電路板ICT在線測(cè)試

▲電路板ICT在線測(cè)試

FCT英文全稱為:Functional Circuit Test即功能測(cè)試,一般專指PCBA上電后的功能測(cè)試,包括:電壓、電流、功率、功率因素、頻率、占空比、位置測(cè)定、LED亮度與顏色識(shí)別、LCD字符和顏色識(shí)別、聲音識(shí)別、溫度測(cè)量與 控制、壓力測(cè)量與控制、精密微量運(yùn)動(dòng)控制、FLASH和EEPROM在線燒錄等功能參數(shù)的測(cè)量。簡(jiǎn)單地說就是對(duì)電路板加載合適的激勵(lì)和負(fù)載,測(cè)量其輸出端響應(yīng)是否滿足設(shè)計(jì)要求。

PCBA的FCT功能測(cè)試

▲PCBA的FCT功能測(cè)試

十一、三防涂覆


三防涂覆工藝,在IPC-A-510D中稱為( Conformal Coating)所謂“三防”,通常是指防濕熱、防鹽霧、防霉菌。

PCBA三防涂覆工藝

▲PCBA三防涂覆工藝

從化學(xué)成分上分為三防漆、熒光三防漆;而從固化方式上,有溶劑型固 化,室溫固化、熱固化和紫外光固化等。


三防漆工藝有:噴涂工藝、刷涂工藝、淋涂工藝和浸涂工藝。


十二、包裝出貨


使用防靜電氣泡袋包裝,再用泡棉包裝,以防止受外力減少緩沖,泡棉多出電路板5cm以上,且使用膠紙固定包裝,使用靜電膠箱出貨,產(chǎn)品中間增加隔板。膠箱疊放不可壓到PCBA,膠箱內(nèi)部干凈,外箱標(biāo)示清晰。


總結(jié)


要獲得電路板最佳的焊接質(zhì)量和滿足用戶的需求,必須控制焊接前、焊接中的每一工藝步驟,波峰焊接過程中出現(xiàn)的缺陷經(jīng)常作為復(fù)合現(xiàn)象出現(xiàn),要找出根本原因是有一定困難的。只有嚴(yán)格控制所有的參數(shù)、 時(shí)間/溫度、焊料量、焊劑成分及傳送速度等,及早查明起因,進(jìn)行問題分析,采取應(yīng)對(duì)措施,將影響質(zhì)量的各種缺陷消滅在萌芽狀態(tài)之中。才能保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品都符合技術(shù)規(guī)范。


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