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探討PCB回流焊接工藝的幾種方式

PCB回流焊接工藝是目前最流行也最常用的批量生產(chǎn)焊接技術(shù)。回流焊接工藝的關(guān)鍵在于找出最適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定時間關(guān)系,即所謂的溫度曲線設(shè)置,并使它不斷地重復(fù)。溫度曲線必須配合所采用的工藝材料(如錫膏等),需要注意的參數(shù)主要有升溫速度、溫度的高低、在各溫度下的時間和降溫速度等。市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多種不同加熱原理的回流爐子,其實如何加溫還是次要的,最重要的是必須能夠隨意控制溫度的變化并保持溫度的穩(wěn)定。  市場上采用的加溫法,幾乎全部是3種基本的熱傳遞方式,即傳導(dǎo)、對流和輻射。各種爐子的原理按這種方式分類。采用傳導(dǎo)方式的有熱板、熱絲和液態(tài)熱3種主要技術(shù);采用對流的有強制熱風(fēng)、惰性熱氣和氣相回流3種技術(shù);而采用輻射技術(shù)的,有線外線、激光和白光3大光源。  下面是對回流焊接工藝幾種方式的詳細介紹。  1.熱板回流技術(shù)仍用在陶瓷基本工藝上,且只能用在單板上,必須靠基板的良好熱導(dǎo)性能才能發(fā)揮效益,這也限制了它在大部分電子組裝業(yè)上的應(yīng)用。熱絲技術(shù)在英文中常稱hot-bar焊接技術(shù),是因為它常用在以金屬或陶瓷片為加熱媒介的設(shè)備上而得名的。它適用于長、平和柔軟引腳的元件上(如柔性板和TAB工藝上)。通過控制溫度、壓力和時間來控制焊接效果,需要不同的焊頭來處理不同的元件,是較慢的工藝。工藝控制較為困難,因此此技術(shù)通常用在返修工作上。  2.熱風(fēng)或熱氣技術(shù)有兩種,一種是適合批量生產(chǎn)的自動化回流爐子;另一種是供局部焊接用的吹管技術(shù),這種技術(shù)也常用在返修技術(shù)上,通過空氣或惰性氣體的對流作用來傳熱。這種技術(shù)的缺點是,在局部焊接技術(shù)上必須使用不同的吹管來處理不同元件。一種比較經(jīng)濟的方案是使用空氣為煤介,但工藝速度較慢。  3.白光和紅外線在小批量生產(chǎn)的應(yīng)用上,都是通過光學(xué)聚原理將光內(nèi)的熱能集中起來,對焊點做局部加熱。這種方式的優(yōu)點是沒有機械接觸,而像熱絲技術(shù)則是有機械接觸的。同時,局部焊接不會對元件封裝造成過熱的威脅,可以自動化編程。但它也有缺點,因為這種焊接方式是以點進行的,所以速度較慢。另外,它雖不會對元件封裝有過熱的威脅,但在失控時有可能會使焊點過熱,并且白光對人的眼睛不利,不利于工作人員的身心健康。總地來說,這種技術(shù)加熱速度快使它在對熱容量大和封裝對熱較敏感的元件應(yīng)用上有優(yōu)勢。  4.激光技術(shù)和以上的白光和紅外線原理類似,只是煤介不同而已。這是一種較新的技術(shù),價格十分昂貴,因此還未被普遍接受。這種技術(shù)的優(yōu)點是激光的能量能夠被很準(zhǔn)確的控制,重復(fù)性很高,焊點可以很細,尤其對微間距離技術(shù)沒困難。由于局部性很高而能保證很好的焊點質(zhì)量,沒有內(nèi)部潛在應(yīng)力,因此這種技術(shù)或許有很好的發(fā)展?jié)撃埽壳罢f法仍不統(tǒng)一。  5.電感焊接技術(shù),是一種通過電感效應(yīng)的渦流加熱原理來進行焊接的工藝,具有沒有機械接觸、加熱快和熱容量高的優(yōu)點。其缺點是技術(shù)不易掌握,焊點周邊不能有某些金屬部件,高頻信號對某些電子元件不利和加熱頭的位置敏感度高等。目前其應(yīng)用還不普遍。  6.火炬焊接技術(shù),適用于焊點熱容量特高的應(yīng)用上,如在基板上有大的插座或金屬屏蔽板的場合,也屬于非接觸式和局部焊接的工藝。其缺點是工藝經(jīng)驗缺乏,對焊點的可靠性數(shù)據(jù)了解和考察不夠。  7.紅外線用在批量生產(chǎn)焊接技術(shù)上已有很長的時間,它是熱風(fēng)回流技術(shù)成熟前的主要工藝,目前還有一些廠家在推薦遠紅外線技術(shù)的爐子。此技術(shù)的優(yōu)點是加熱效率較高,重復(fù)率很好,熱容量也好,對一些回流工藝問題如吸錫(wicking)和立碑等都能應(yīng)付。其缺點是產(chǎn)品板上的溫度較大,對一些元件的外形和封裝材料變化較大,而且有超溫的可能。另一更常見的批量焊接技術(shù)是熱風(fēng)回流技術(shù),它基本解決了紅外線技術(shù)存在的問題,但設(shè)備困難,好的設(shè)備價格高于紅外線技術(shù),而且應(yīng)用上對知識儲備的要求也較高,設(shè)備保養(yǎng)要求高,設(shè)備選擇不易,必須要有一套完整的測試方法。  回流曲線設(shè)置的關(guān)鍵在于將產(chǎn)品板上最熱點和最冷點找出,通過對爐溫的調(diào)制使這兩點的范圍設(shè)置在錫膏性能的要求范圍內(nèi)。板上熱點和冷點的熱學(xué)特性,影響的因素很多,在設(shè)計產(chǎn)品時要考慮和照顧到這些,使設(shè)計出來的產(chǎn)品,熱點和冷點的溫差盡量做到最小。這不但使生產(chǎn)容易得到控制,且對設(shè)備的性能和保養(yǎng)的要求也較低,而且對產(chǎn)品焊點的質(zhì)量也較容易保證,因此,這是個在PCB設(shè)計時很重要的考慮點和做法。
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