二、 用纯再流焊工艺流程的特点
1. 这种工艺流程用一次或两次再流焊(再流焊2和再流焊3)替代波峰焊。
2. 优点(与波峰焊相比):
(1) 可靠性高,焊接质量好。
(2) 虚焊、桥接等焊接缺陷少,修板的工作量减少。
(3) PCB板面干净,外观明显比波峰焊好。
(4) 简化了工序。省去了点(或印刷)贴片胶工序、波峰焊工序、清洗工序。由于省去了以上工序,使操作和管理都简化了。在同一产品中使用的材料和设备越少越好管理。而且再流焊炉的操作比波峰机的操作简便得多。
(5) 降低成本,增加效益。采用此工艺后,免去了波峰焊设备和清洗设备、波峰焊清洗厂房、波峰焊和清洗工作人员以及大量的波峰焊标材料和清洗剂材料。虽免清洗焊膏的价格略高于非免清洗焊膏的价格,总起来看可大大降低成本,增加效益。
二、 SMT混装时用再流焊替代波峰焊的应用清况
1. 此技术目前主要应用在彩电高频头(电子调谐器)的生产中。
2. 目前在日本ALPS、SONY等公司已获得成功并已在电调行业中广泛推广。改革后焊接质量和可靠性都明显提高。
3. 我国上海现代科技开发公司仿造了SONY的立体针管式印刷机。此工艺已经应用在国内以下几个调谐器生产厂:(也获得了很好的效益)。
(1) 无锡无线电六厂。
(2) 上海金陵无线电厂。
(3) 成都8800厂。
(4) 重庆测试仪器厂。
(5) 深圳东莞调谐器厂。
三、 SMT混装时用再流焊替代波峰焊的工艺试验情况
1. 试样和材料:
(1) 试样1:在80mmX236mm的印制板上有20个插座、70个电阻器、42个陶瓷电容器、1个电阻排、4个钽电容、32个涤纶电容。
(2) 试样2:在63mmX190mm的印制板上有3 个插座、6个国产塑封组件、5个三极管、2 个二极管、12个电阻器、5个陶瓷电容器、2个二极管、4个铝电解电容器。
(3) 采用北京有色金属加工厂的55-2063Sn/Pb焊点。
2. 试验方法:
(1) 首先试验分立元器件能否经得起再流焊炉的温度冲击;试验时把再流焊炉焊接区下面的温度尽量调低,把焊接区下面的温度尽量调高。干燥和预热区温度也要适当调低上些。找出一个既能使THC的引脚与PCB焊盘分焊接,又能保证不损坏THC本身质量的最佳温度曲线。
(2) 施加焊膏(用三种方法做试验):
a. 在THC元件面(A面)印刷焊膏。(采用0.5mm厚的铜模版)
b. 在焊接面(B面)印刷焊膏。(采用0.5mm厚的铜模版)
c. 在THC元件面用点焊膏机施加焊膏。(采用手动点胶机)
焊膏量分析:
根据插装元件(THC)除了有PCB上、下焊盘外,还有PCB厚度方向的过孔需要填满焊锡,而且元件引脚与PCB两面焊盘的交接处还要形成半月形的焊点,因此需要的焊膏量比表面贴装的SMC/SMD要多许多。估计大约是SMC/SMD的3-4倍左右(焊膏量与PCB插孔直径、插孔的焊盘大小有关---成正比关系)
根据以上分析,采用印刷工艺时,需要加工0.5—0.8mm厚的模板。由于加工厚模版有困难,因此我们加工了0.5mm厚的铜模版作为试验板。
采用点焊膏工艺时,也要掌握好适当多的焊膏量。
(3) 插装成形好的THC(短插)
将试样1分为两种密度进行插装:
a. 把所有的THC都插满。
b. 只插1/4的THC元件。
(4) 再流焊(用K6025红外再流炉)
分析用再流焊炉焊接THC与SMC/SMD的不同要求:
a. SMC/SMD再流焊时,元件面和焊接面都在炉子上面,由于SMC/SMD设计时已经考虑到元件面和焊接面在同一面,外封装材料都能经得住再流焊热冲击。因此炉子上面需要高温,需要把炉子下面的温度调低(特别是双面焊时)。
b. THC再流焊时的情况与SMC/SMD不同—元件面在上面,焊接面在下面,由于THC设计时是按照传统手工焊和波峰焊考虑的,元件面和焊接面在PCB的两面,有些元器件的外封装材料不经受高温冲击,因此炉子下面(焊接面)的温度调低。
根据以上分析,调整再流焊温度曲线。找出既能保证PCB下面焊点质量,又能使PCB上面的分立元器件不变色、不变形的最佳温度和速度。
3. 试验结果:
设定温度 实际温度
1区温度: 2000C 2000C+50C
2区温度: 2800C 2800C+50C
3区温度: 300C 2920C+50C
4区温度: 5500C 5500C+50C
传送带速度:35cm/min
注:设定温度和实际温度均为红外再流焊炉发热板的温度。
(1) 焊点检查结果(用5倍放大镜检查):
a. 对于粗引线的钽电容和粗引线的电阻器,焊点完全合格。由于引线与插孔的间隙小,PCB焊接面的焊点不饱满,焊锡没有从通孔爬到PCB上面的焊盘上。
b. 对于细引线的电阻器、电阻排和插座的焊点不饱满。由于引线与插孔的间隙大,插孔中需要填充的焊锡量多,因此PCB焊接面的焊点不饱满,焊锡没有从通孔爬到PCB上面的焊盘上。
c. 插满THC的试样1:在PCB四周和元件稀疏的部位焊膏已融化,焊点光亮;元件体较大的钽电容焊接面的焊膏已熔化,而在元件面插孔上面焊盘上的焊膏还没有充分融化,而在元件面插孔上面焊膏还没有充分融化;在PCB中间元件密集处,焊接面和元件面焊盘上的焊膏都没有融化。
d. 只插1/4THC的试样 1:在PCB上、下两面所有的THC焊盘上的焊膏完全融化,焊点光亮。
(2) PCB元件面(A面)分立元器件的情况
a. 试样1上所有的分立元器件(有电阻器、电阻排、陶瓷电容器和插座),包括所有插座都没有变形和明显的变色现象。其中有一个钽电容器表面颜色变深。根据分析,电容外表面涂敷层是绝缘清漆,绝缘清漆在不同的温度下烘烤,其颜色就不同,估计不会影响其性能。
b. 试样2上4个铝电解电容经过两次再流焊炉,其中一个脱落、一个开裂。说明铝电解电容不能进行再流焊工艺。在PCB上的3个国产塑封器件经过两次再流焊,顶部变形、起泡。说明某些国产塑料封器件也不能进行再流焊工艺。
四、 SMT混装时采用再流焊替代波峰焊工艺试验小结
1. SMT混装时采用再流替代波峰焊工艺的适用范围
经初步调研和试验,此工艺确实有很多优点,但不是所的SMT混装形式都能采用此工艺。
(1) 此工艺只适合贴装为主、插装为辅(大部分SMC/SMD,少量THC)的产品。因为此工艺中的THC需短插,这样元件成形、插装的工作量就增加了。
(2) 这种工艺要求THC的外包封装材料能经受再流焊的冲击(因传统THC是根据手工焊和波峰焊的工艺要求设计的,对元器件的外封装材料没有特殊要求)。
经试验证明:以下情况元器件不能采用此工艺:铝电解电容、国产塑料封器件等。
2. 设备方面的特殊要求
(1) 印刷设备:双面混装时,因为在THC元件面已经有焊接好的SMC/SMD,因此不能用平面模版印刷焊膏,需要用特殊的立体式管状印刷机或点焊膏机施加焊膏。
(2) 再流焊设备:由于我所现有的K6025红外再流焊炉1区和2区的温度控制不能上、下分别控制。虽然焊接区3区在上面,4区在下面,可以把3区温度尽量调低,但1区、2区上面的温度调不下来。炉子已调到极限温度,但仍然有个别元件封装材料的颜色变深。另外从插满THC的试样1的焊接结果充分证明了红外炉的温度很不均匀。根据以上试验证明:
a. 焊接THC时,再流焊炉必须具备整个炉子的各温区都能上、下独立控制温度的功能。这是由于用再流焊炉焊接THC与焊接SMC/SMD时的不同情况而决定的。
b. 必须选择炉温比较均匀的热风炉或热风+远红外炉。
3. 工艺方面的特殊要求
(1) 焊接THC的焊膏量比SMC/SMD的焊膏量多3-4倍。(见四.2(2)焊膏量分析)
(2) 施加焊膏的方法:
a. 单面混装时可采用模版印刷、管状印刷机印刷或点焊膏机滴涂。
b. 双面混装时,因为在THC元件面已经有焊接好的SMC/SMD,因此不能用平面模版印刷焊膏,需要用特殊的立体式管状印刷或点焊膏机施加焊膏 。
(3) 对THC的焊盘设计的特殊要求:
THC插孔直径和插孔两面盘的大小直接关系到焊盘的需求量。因此焊盘设计时要对每个元件的引出脚进行测量。
a. 需要根据引出脚的直径设计插孔直径,孔径不能太大。
b. 插孔两面的焊盘也不能太大。
(4) 必须采用短插,元件成形时引脚不能过长。由于焊膏融化时表面张力作用,元件引脚周围也要被镀上一层焊锡。
(5) 再流焊炉的温度曲线要根据THC的具体情况进行调整。炉子上面的温度要尽量调低,炉子下面的温度应适上面的分立元器件不被损坏的最佳温度和速度。
(6) 如果PCB上有铝电解电容、国产塑封器件应采用后附的方法来解决