郭鹏程
宁波普瑞均胜汽车电子有限公司 浙江省宁波市 315000
摘 要：将选择性波峰焊连接技术与波峰焊连接技术进行了比较，即制极仪具有与焊料波形接触的特殊部分，焊接时不影响邻近区域，适用于混合组装印刷电路板的焊接，根据多层 PCB 和接地焊点的特殊情况，通过调整焊接工艺可获得100% 的通孔率，焊点的焊接效率和质量一致性明显优于手工焊点。
关键词：波峰焊 质量优化 方法探究
1波峰焊技术概述
1.1波峰焊技术发展现状分析
随着电子元器件小型化的发展，回流焊成为大规模生产的主流。然而，一些行业如电力系统、汽车电子等，由于可靠性要求较高，虽然许多原来的通孔焊接元件已改为回流式表面贴装器件，但一些器件，如开关变压器、散热器、连接器和一些插座，仍然处于通孔封装状态，长期以来，通孔元件将与表面贴装器件共存。传统的通孔元件主要采用手工焊接和波峰焊接方式，其特点各不相同。手工焊接以其成本低、灵活性高等优点仍被广泛应用，但在某些可靠性高、焊接难度大的应用中受到限制，波峰焊在通孔元件的焊接中具有生产效率高、产量大的优点。然而，板上大部分元件已经是表面安装元件，只有少数通孔元件可用，再流焊后，这些通孔元件很难直接用普通波峰焊焊接。
1.2ERSA技术工艺特性分析
波峰焊接是使用多年的标准工艺，用于在电路板上焊接零件。虽然最初为所有通孔部件的电路板创建，它也将焊接一些表面贴装技术部件。电路板通过一个传送带通过熔融的锡波，这些锡波通过孔和引脚周围形成焊接点。波峰焊是生产焊接的首选方法，因为它可以快速安装，并且可以在很短的时间内焊接大量的板。波峰焊接确实有一些限制，但是，并非所有的板可以通过这个过程运行。如果一个电路板不能被波浪焊接，那么它必须要么手工焊接或运行通过选择性焊接过程。
而ERSA选择性焊接是一种自动化系统，它通过喷嘴将熔融锡从锡池中泵出，覆盖延伸到电路板底部的导线。该系统将在多个方向移动，以适用于每一个锡焊程序。此外，选择性焊接系统可以根据时间长度和焊锡的温度进行编程，以获得最佳的焊接效果。选择性焊料系统是连接波峰焊与手工焊接之间间隙的极好工具，在某些情况下，它可以成为最有效的焊接选择。
在某些情况下不能使用波峰焊料，手工焊接也不是有效的。在这种情况下，唯一的选择就是使用选择性焊接系统。其中一些条件包括:当穿孔元件放置在贴片元件附近时，可能没有足够的空间在贴片元件周围安装保护装置，以便有效的波峰焊接，此外，加热不均匀会导致手工焊接的问题。很难得到一个单一的烙铁来加热板中所有热连接的金属，使焊料充分流过孔，形成一个良好的焊点，另外，当大型连接器与数百个引脚一起使用时，焊锡很难进入每个引脚有效地焊接它们，在所有这些情况下，选择性焊接可以提供解决方案。除了能够编程处理独特的引脚配置，选择性焊还有其他好处。选择性焊系统将利用远端红外线预热器来平衡厚铜板的不均匀加热。它还可以使用更宽的喷嘴，一次焊接两排或三排连接器引脚，大大缩短了焊接所需的时间。这种快速焊接传统上只能手工焊接的难以触及的区域的能力是选择性焊料真正发光发亮的地方。
但是在其实施的具体实现过程中，也存在一定的缺陷，对于选择性焊接，必须为生产的每块电路板创建一个独特的程序，类似于表面贴装技术机器所使用的程序。创建和微调这些程序可以增加额外的时间和成本，除此之外，理论上，选择性焊接允许每个组件被区别对待，但是在实际进行的过程中，由于可用的参数太多，处理问题的风险增加了。相反，波峰焊接机的参数变化相对较少(传送速度、预热温度、焊剂用量和波峰高度) ，这使得它们不容易有效地控制加工错误，所以需要对其焊接的质量进行提升和优化。
2 ERSA波峰焊的质量提升方法研究和分析
2.1提升方案设计
为了提升波峰焊接的质量，在实际的方案设计过程中需要对装置的参数组成进行优化和改进，本文为此设计了实验方案，如上所述，在选择性波峰焊的焊接部分，除了焊剂喷涂外，根据焊接工艺的特点和焊接设备的选择，还有预焊、焊锡温度、焊接时间和焊嘴质量这些因素的选择。
对于预热，由于一般推荐的焊剂温度设定是指顶部预热温度(PCB 板的顶面) ，而底部预热温度一般是根据顶部温度(被测温度)增加10 ° c 左右，在此基础上调整实际测温，最终确定底部预热温度的设定。因此，在 r 型选择性波峰焊试验中，只考虑了顶部预热温度的设定，而忽略了底部预热部分的预热(顶部加10 ° c 的最佳温度为底部最佳温度)。为了分析这四个因素对选择性波峰焊焊接质量(特别是锡的爬高)的影响，找出最佳的参数设置，采用 DOE 试验设计(也称为析因试验等)中的全析因方法，对所涉及的各个试验因素的不同水平形成不同的试验条件，在每个试验条件下进行两次或两次以上的独立重复试验，进行具体的试验分析。
2.2助焊剂以及焊接时间的控制方式
对于最高预热温度设定，根据焊剂规范推荐的温度要求、选择性波峰焊设备预热段的参数设定范围和实测的温度曲线，推荐的预热温度在100 ° c 至130 ° c 之间，根据波峰焊的经验，100 ° c 为最差参数(低水平) ，130 ° c 为最佳参数(高水平)。对于焊接温度，根据焊接设备的能力，普通设定在290ー320 ° c。锡波温度越高，焊接过程中通过接触传递到 PCB 上的热量越多，焊接高度(焊洞填充)可以达到板厚的75% 。但是焊接温度越高，PCB 板和零件的损伤和局部热冲击就会越大，并且选择的焊接设备损耗也会越高。一般来说，如果低温能够满足上锡要求，就不会设置较高的温度，而较低的温度对质量和可靠性会有较好的影响，因此290° c 被评为最佳设定值(高值) ，320 ° c 被评为最差焊接温度设定值(低值)。
对于焊接时间，一般认为焊接时间越长，传热越多，焊接效果越好，焊洞填充可能更好，达到75% 以上的要求。对于 rfm1201，由于 PCB 板是4层2.0 mm 厚的板，只有在内部位置有部分焊接孔连接到较大的铜板位置，在焊接过程中会吸收相当部分的热量，这对焊接质量和焊接孔的填锡有很大的影响。另一方面，根据 RFM1201板手工焊接的经验，考虑到 PCB 板和零件由于焊接时间过长而产生的热冲击和损伤，结合焊点最佳焊接时间的经验数据，选择性波峰焊的总焊接时间约为1s。为保证 IPC-A-610相应零件的焊接质量，以焊接时间4s 为最佳设定值(高值) ，以1s 焊接时间为最差设定值(低值)。喷嘴，主要是指正确的焊接喷嘴尺寸和类型(主要是润湿型和非润湿型) ，以及是否存在变化(如表面氧化或其他异常) ，因此，最佳的结构(高位)将是普通的非氧化型喷嘴，而最差的结构(低位)将是局部氧化型喷嘴，通过实验验证了焊接喷嘴局部氧化是会影响焊接质量。
2.3结果分析
通过对四因素析因数据表的计算和分析，可以看出焊接时间是影响 RMM1201系列焊点质量的最主要因素，而焊接时间是影响 RMM1201系列焊点质量的主要因素，特别是电容和连接到 PCB 内层的金属焊片的位置，焊接强度较差的总体影响(或改善)达到11.67点。焊接接头的质量(是否有氧化损失等)是次要因素，焊接质量是次要因素，这也验证了焊接接头异常的存在会对焊接生产质量产生较大影响，应注意焊接维护和合理选择。焊接质量和焊嘴的联合作用可以导致20% 以上的不良锡点，但当两者参数均为最佳时，无不良影响，效果更为显著。然而，焊接时间与焊嘴的相互作用较小，两者对焊接质量的直接影响是独立的。焊接时间和焊嘴质量的优化(最佳设置)将直接影响和改变整体焊接质量，但预热温度和焊接温度的影响相对较小，选择波焊接质量的改善相对较小。因此，当助焊剂为最佳设定时，焊接时间为最佳设定，而焊嘴条件为选择性波峰焊工艺参数的最佳设定。
3结束语
选择性波峰焊试验结果表明，选择合适的预热和焊接工艺参数，可以显著降低通孔焊接的缺陷率，通孔和大面积地接头的润湿性能满足军工产品通孔焊接的要求，保证焊点具有良好的填充率和形成良好的冶金组合，保证通孔装置的焊接可靠性。与手工焊接相比，焊点质量更可靠，焊接效率更高。
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