随着现代电子产品的轻量化、效率的提高和高速,制造过程的每个环节也符合这一理念,包括印刷电路板(PCB)组装。焊接在决定电子产品的成功方面起着至关重要的作用,因为电子连接来自精确的焊接。与手工焊锡相比,自动焊锡具有精度高、速度快、批量大、成本效益高的优点,得到了广泛的选择。波峰焊和回流焊作为领先的装配焊接技术,在高品质装配中应用最为广泛;然而,这两种技术之间的差异仍然让许多人感到困惑,而且何时应该使用这两种技术也很模糊。

图1所示。钎焊、焊接和钎焊的区别。

在正式比较波峰焊和回流焊之前,有必要了解钎焊、焊接和钎焊之间的区别(图1)。简单地说,焊接是指将两种相似的金属熔合在一起的过程。钎焊是指在高温下,通过加热和熔化填料或合金,将两块金属连接在一起的过程。焊接实际上是一种低温钎焊,其填料称为焊料。

在PCB组装时,焊接是通过锡膏进行的。使用含有铅、汞等有害物质的锡膏焊接称为铅焊,使用不含有害物质的锡膏焊接称为无铅焊。应根据pcb组装产品的具体要求选择铅制或无铅焊接。

波峰焊接

顾名思义,波峰焊接是通过电机搅拌形成的液体“波峰”来组合pcb和部件。这种液体实际上是溶解了的锡。它是在波峰焊锡机中进行的(图2)。

波峰焊工艺由喷助剂、预热、波峰焊、冷却四个步骤组成。

  1. 通量喷洒。金属表面的清洁度是确保焊接性能的基本要素,取决于助焊剂的功能。焊剂在焊接的顺利实施中起着至关重要的作用。焊剂的主要功能包括清除电路板和元件引脚金属表面的氧化物;保护电路板在热处理过程中免受二次氧化;降低焊膏的表面张力;传递热量。

  2. 预热。在类似于传送带的链条上的托盘中,电路板通过热通道进行预热和激活通量。

  3. 波峰焊接。随着温度的不断升高,焊膏变成液体,并在其上方移动的边缘板上形成波浪。组件可以牢固地粘合在板上。

  4. 冷却。波峰焊型材符合温度曲线。当波峰焊阶段温度达到峰值时,温度降低,称为冷却区。待冷却至室温后,即可成功组装。

图2。样品波峰焊接机。

由于电路板被放置在一个托盘上,准备通过波峰焊,时间和温度与波峰焊性能密切相关。就时间和温度而言,需要一台专业的波峰焊机,而PCB组装者的专业知识和经验往往很难获得,因为它们依赖于最新技术的应用和业务重点。

如果温度设置过低,焊剂将不能正确熔化,降低反应和溶解金属表面的氧化物和污垢的能力。此外,如果温度不够高,焊剂和金属也不会产生合金。还应考虑其他因素,如带载波速度、波接触时间等。

一般来说,即使使用相同的波峰焊设备,不同的装配商由于操作方法和操作机器的知识程度而提供不同的制造效率。

回流焊

回流焊将首次使用锡膏暂时粘在电路板上的焊盘上的元件永久粘合,锡膏将通过热空气或其他热辐射传导熔化。回流焊是在一台称为回流焊炉的机器中实现的(图3)。正如其定义所示,在使用锡膏焊接之前,电气元件会临时连接到触点焊盘上。

这个过程主要包含两个步骤。首先,通过锡膏模板将锡膏准确地放置在每个焊盘上。然后,组件由拾取和放置机器放置在衬垫上。真正的回流焊在这些准备工作完成后才会开始。

  • 预热。在回流焊接过程中,此步骤有两个目的。首先,它允许组装电路板,以始终达到所需温度,从而完全符合热成型要求。其次,它负责排出焊膏中所含的挥发性溶剂。否则,焊接质量将受到影响。

  • 热泡。与波峰焊类似,回流焊也依赖于锡膏中所含的助焊剂。因此,温度必须达到助焊剂可以被激活的水平,否则助焊剂不能在焊接过程中发挥其作用。

  • 回流焊接。该阶段发生在达到峰值温度时,使焊膏熔化和回流。温度控制在回流焊接过程中起着至关重要的作用。温度过低会阻止锡膏充分回流;温度过高可能会损坏表面贴装技术(SMT)组件或板。例如,球栅阵列(BGA)封装包含多个焊球,这些焊球将在回流焊接期间熔化。如果焊接温度未达到最佳水平,这些球可能会不均匀熔化,BGA焊接可能会因返工而受到影响。

  • 冷却。达到最高温度后,温度很快就会下降。冷却导致焊锡膏固化,将零件永久固定在板上的触点上。

图3。回流焊是在回流焊炉中进行的。

回流焊可用于SMT和通孔技术(THT)组装,但主要用于前者。当涉及到回流焊在THT组件上的应用时,通常依赖于pin-in-paste (PIP)。首先,锡膏填充板上的孔。然后,组件引脚插入孔,与一些锡膏出来的另一边的板。最后采用回流焊来完成焊接。

波峰焊与回流焊

波峰焊和回流焊之间的区别永远不能忽视,因为许多用户在购买PCB组装服务时不知道选择哪一种。焊接方面的修改往往会导致整个装配制造过程的变化。这些变化包括制造效率、成本、上市时间、收益等。

图4说明了焊接工艺步骤之间的差异。波峰焊和回流焊的本质区别在于助焊剂喷涂-波峰焊包含此步骤,而回流焊不包含此步骤。焊剂能够消除待焊接材料中的二氧化物并降低表面张力。通量只有在激活时才能工作,这需要严格遵守温度和时间控制。由于在回流焊中焊膏中含有助焊剂,因此必须适当安排和达到助焊剂含量。

图4。波峰焊与回流焊工艺步骤的区别。

焊接缺陷似乎不可避免。不可能确定哪种焊接技术比另一种焊接技术产生更多的缺陷,因为每次焊接过程都不同。尽管不可避免地会出现焊接缺陷,但当装配工遵守专业装配制造法规,并充分了解生产线上所有设备的特性和性能时,可以降低焊接缺陷的发生频率。此外,工程人员应具备资格并定期接受培训,以跟上现代技术的进步。

一般来说,回流焊最适合SMT组装,而波峰焊最适合THT或DIP组装。然而,电路板几乎从不包含纯smd(表面贴装设备)或通孔组件。混合组装通常先进行SMT,然后再进行THT或DIP,因为回流焊所需的温度远高于波峰焊。如果两个组件的顺序颠倒,固体焊锡膏就有可能再次熔化,焊接好的组件就会出现缺陷,甚至从板上掉下来。

本文由中国杭州PCBCart的技术工程师Dora Yang撰写。有关更多信息,请单击在这里


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这篇文章首次出现在2018年2月的yabovip16.com杂志。

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