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波峰焊载板应用研究
发布者: 发布时间:2013/7/19 阅读:119

吴江南联电子有限公司        沈新海

 

摘要应用载板完成选择性波峰焊接是比较好的一种量产工艺方法本文就波峰焊载板的使用评估、使用 的好处、存在的问题、载板的材料和设计等进行了详细的描述。

 

关键词波峰焊 载板 挡锡条

 

 

电子产品的小型化、薄型化和轻量化极大地推动了电子元件从通孔元件向片式元件转化目前电子元器件 片式化率己高达 80以上但仍然有相当多的通孔元件由于工艺、结构及材料等原因无法片式化所以通孔元 件与片式元件共存的所谓贴插混装板是会长期存在的。对于这种板子选择性焊接和手工焊接都不是合适的量 产解决办法比较好的量产选择就是使用波峰焊载板让载板遮挡住那些贴片元件后完成波峰焊接。下文就波 峰焊载板的使用评估、使用的好处、存在的问题、载板的材料和设计等作一个详细的描述。

 

 

一、使用评估 在波峰焊工艺中使用载板毕竟需要投入不菲的载板制作费所以就载板使用的必要性需做好仔细的评估。

 

一般来说以下几种 PCB 应该考虑使用波峰焊载板 1、比较复杂的贴插混装板如果是比较简单的贴插混装板PCB过锡面只有少量的 1608 及以上CHIP

 

或引脚间距 0.65mm及以上IC就可以在SMT制程中采用红胶制程用贴片胶将SMD元件粘在焊盘上再与通孔 元件一起完成波峰焊接这样就不必使用载板将SMD元件盖住。但是针对比较复杂的贴插混装板即过锡面 有大量密集度高的CHIP件或有 1005 及以下的CHIP件或有引脚间距 0.5mm及以下IC如果使用波峰焊接工艺可 能会出现大量连焊、空焊等不良所以必须在SMT制程中采用焊锡膏回流焊技术将SMD元件直接焊接在焊盘上 再与通孔元件一起过波峰焊接炉时就必须使用载板将SMD元件遮盖否则锡波会将SMD元件冲走。

 

2、易变形的PCB虽然只是比较简单的贴插混装板或纯通孔元件板但是如果PCB是容易变形的结构 PCB大而薄、PCB镂空较多、PCBV-CUT多联板等PCB在波峰焊炉预热段会受热变形而导致中间下凹严重 的甚至会从输送轨道上掉落不严重的也会在过锡波时面临熔融焊锡冲上PCB顶面的风险所以这类PCB也需考虑固定在波峰焊载板上。针对这类PCB如果不想在波峰焊治具上花费太多的可以试试使用挡锡条挡锡 条可以起到防止PCB变形和防止PCB溢锡的双重作用。

3、外形不规则的PCB受特殊外形电子产品的限制出现了许多外形异常的PCB如果不添加工艺边的话 PCB很难用常规的链轨来运送而如果将PCB固定在载板上则任何类型的PCB都可以被运送。

 

二、使用载板的好处

 

1、防止 PCB 翘曲变形波峰焊的预热区和锡槽温度都很高因此PCB 在焊接过程中容易弯曲变形载板 能在焊接过程中对 PCB 提供最大的保护并防止弯板。

 

2、实现选择性焊接通过载板对过锡面的 SMD 元器件进行焊接保护就可以用波峰焊设备实现对 PCB 选择性焊接。

 

3、提高 PCB 表面清洁度由于载板遮盖了不需要焊接的地方可以避免金手指或接触孔因人工碰触而受 到污染由于大部分载板都比较厚且加装挡锡压条可以有效防止溢锡污染 PCB 表面PCB 的过锡面肯定要 低于载板的底面所以锡波的高度需增加因此焊锡流速需加快焊锡表面的氧化层也会在 PCB 到达波峰前被 载板的边缘冲掉这样焊接开始的时候锡波就比较干净。

 

4、提高通孔元件的焊接可靠性同上由于不需要担心锡波过高而产生溢锡污染 PCB 表面的问题所以 可以通过增加锡波高度以解决金属化孔内的通孔元件引脚吃锡不足的问题PCB 顶面和底面同时形成最优 的锥形焊点。

 

5、提高通孔元件浮高的可控性通过在载板上有选择性地加装元件压头使装配尺寸要求较高的外接插 座和外接开关类通孔元件能紧贴 PCB 表面使这些元件不会被锡波冲起浮高而影响装配。

 

6、保护特殊敏感元件通过在载板上加装吸热块来保护温度敏感类元件不致过热而损坏。 7、有利于标准化作业使用载板还有助于流水线的宽度标准化可以在同一条生产线上焊接不同的 PCB

 

可以快速切换机种。

 

8、使用多模孔载板提高生产率 PCB 尺寸较小时可以考虑使用多模孔载板将多块 PCB 并列固定在 一个载板上以有效利用锡波宽度来提高生产效率。

 

 

三、使用载板存在的问题 1、拙劣的载板设计如载板开口边缘太靠近通孔元件焊盘、开口面积太小等会导致助焊剂喷涂中的

 

影效应PCB上的某些部分的助焊剂量不足或根本就没有助焊剂从而影响焊接质量。 2、因为载板的热容量很大需要较长的预热单元对其进行加热才能使载板上的PCB达到理想的预热温度 果在接触波峰之前温度下降载板就会产生吸热效应使PCB温度下降造成焊接过程难以控制。 3、载板使用后要求波峰高度高达 0.5 英寸12.5 毫米),在泵速如此高的情况下锡渣的产生量是以前的几 倍。必须考虑使用氮气保护焊接或使用抗氧化剂才能有效减少锡渣。使用氮气保护焊接需要改造波峰焊机 新建氮气源初期投入很大后期运行成本也不低。我们选择使用了抗氧化剂每班每线的锡渣量只有以前的

 

30-40%效果很明显。

 

4、如果在PCB和载板之间有缝隙助焊剂就会流到缝隙中当经过波峰时焊锡也会流到板子上这就会造成PCB 上有锡渣残留。

四、载板的设计 1、载板的材料选择

为了最大程度地延长载板的使用寿命载板的制作材料必须能承受高温及恶劣的工艺条件特别是适应无铅焊 接的要求。同时载板材料要有足够的强度便于精密机械加工不易变形。要达到这些要求载板的制作材 料必须符合以下特征

尺寸稳定性高 良好的抗热冲击能力

在多次使用后仍能保持平整 

耐腐蚀助焊剂和清洗剂 不吸潮

低热传导性确保 PCB 上的热量分布均匀性

可有效阻隔助焊剂之活性防止产生锡尖

符合防静电要求

目前较常用的载板材料就是合成石和环氧树脂板两种下面是两种材料的介绍 1合成石合成石是玻璃纤维化合物又称强化纤维塑胶在温度逐渐升高的环境中仍能继续保持其物 理特性的能力使其可在波峰式焊锡过程中达到高标准的要求并且不会有变形发生。在短时间置于 350及 持续在 260的操作温度的苛刻环境中也不会造成板材积层分离。合成石在加工过程与使用过程中具有不破 裂及不断裂之优点。用合成石制作的载板价格较贵但使用寿命可以达到 10 万次以上。 2环氧树脂板FR-4 玻璃纤维板):专用电子级玻璃纤维布浸以环氧树脂经过高温高压而成持续耐高温 180-200具有较高的机械性能和介电性能较好的耐热性和耐潮性并有良好的机械加工性。用环氧树脂 板制作的载板价格较便宜但板材强度和耐高温性相对较差板材在反复过炉后容易碳化和变形使用寿命只 有 1 万次左右。

2、载板的设计

1外形波峰焊载板设计外形一般为矩形载板外沿四周要铣边铣边的横截面为宽度 5mm和厚度 2mm 于波峰焊机的轨道指形夹夹持过板。载板外形尺寸以不大于 330×250mm为宜设计过大会使其超重而严重影 响波峰焊机输送轨道指形夹的使用寿命。有些机种的外接插座和开关会超出PCB边缘需注意在载板的边缘留 足空间。载板顶面的PCB定位槽按PCB外形尺寸外加 0.5mm的正余量开制深度按PCB厚度外加 0.1mm的负余量开 制。

 

2挡锡压条在载板顶面四周边缘加装挡锡压条挡锡压条一般采用电木或铝合金除了可以挡锡以外 还可以增加载板的强度防止载板变形。 3开口载板设计时应尽可能的加大开口开口边缘离通孔元件焊盘至少 3mm以上以方便焊锡的流动 样就会减少一些焊接缺缺陷同时也有益于金属化通孔的焊锡填充因为大的开孔也就意味着有更多的锡量进 入到焊接区域要考虑遮蔽PCB上的面积较大的镂空部分以免造成溢锡污染PCB表面载板底面的开口边缘应 设计为倒角利于导锡导锡角度越大越有利于焊料流动性。 4导锡槽如果载板上有比较窄小而深长的开口就应设计导锡槽这些导锡槽将引导焊锡到载板开口的 位置同时也大大改善了焊锡的流动性以利改善连焊、锡球等不良。载板底面的导锡槽深度小于 2mm宽度 小于 20mm

(5)凹槽:需要在载板顶面开制凹槽(遮蔽槽),将 SMD 元件埋起来,凹槽底部与元件顶端之间应留 0.5mm 以
上的间隙,凹槽侧面与元件侧面之间应留 1mm 以上的间隙,凹槽侧面最好作倒角处理。凹槽不能太深,凹槽底
部载板的厚度不能小于 1.5mm,以保证载板有足够的强度。
(6)压头:带内置弹簧的压头可以使装配尺寸要求很高的外接插座和开关类通孔元件紧贴 PCB 表面,使这些
元件不会被锡波冲起浮高而影响装配,压头的位置要合理分布,注意压头与压头、压头与旋钮之间互相不能干
涉。
(7)旋钮:用于固定 PCB 的旋钮至少需 4 个以上,要方便操作,需保证 PCB 紧贴载板而无缝隙。
(8)其他附件:根据需要加装其他附件,如吸热块、固定压板等。
(9)通用性设计:一般情况下波峰焊载板与机种是一一对应的,如果更换机种就要更换载板,最好在设计载
板的时候就考虑一下通用性,让相似机种共用一种载板,这样不仅降低了载板制作成本,而且减少了切换机种
的停线时间。

3、使用波峰焊载板的 PCB DFM 设计要求
为了使波峰焊载板达到应有的效果和寿命,必须在 PCB 设计时作 DFM 审核,审核要点如下:
(1)PCB 过锡面的 SMD 元件与通孔元件应尽量归类分开,避免 SMD 元件与通孔元件分散无规则分布而增加
载板的制作难度,影响载板的使用效果和使用寿命。。
(2)体积较大的 SMD 元件应尽量设计在 PCB 的顶面,PCB 过锡面的 SMD 元件高度不得超过 3.5mm,否则载
板厚度会太厚,使载板重量和成本都增加。
(3)在通孔元件的引脚和沿边四周留有适当的空隙,这样焊锡才有可能流动,SMD 元件与通孔元件引脚的
间距至少 4mm 以上,避免在通孔元件引脚附近放置较大的 SMD 元件,因为这会因锡波的 “阴影”效应而造成
虛焊和漏焊。

 
 

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