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Technology News
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  • 来源: 北京SMT专业委员会
  • 日期: 2016-11-08
  • 浏览次数: 4064
作者:北京柏瑞安电子科技有限公司 --李冬

随着科学技术的飞速发展,电子产品正向着高频化微型化低功耗、高精度高功率、多功能、组件化、模块化和智能化的方向发展,微型元器件普遍使用,贴片与插件混装工艺越来越多,采用波峰治具进行波峰焊接越来越受到人们的青睐。
简单来讲波峰焊治具是波峰焊制程中用于承载PCB板过锡炉并完成焊接作业的治具,通常也叫流焊治具。
从质量角度来讲,如果PCB板为双面板,使用波峰焊治具可以对焊锡面的SΜD零件进行覆盖保护,仅留DIP零件焊脚过锡,免去了红胶固定贴片工艺,避免了焊锡面的贴片元件在波峰焊接过程出现掉件情况,并在很大程度上降低了PCB在波峰焊接中出现元件虚焊、漏焊、连焊等风险。另外波峰治具上还可以安装压扣、弹片类的辅助零件,可以对一些容易浮起或偏斜的元件起到定位作用,提高焊接效果。
从成本角度来讲,某些元件因功能或材料限制不耐高温,只能手工焊接。遇到这种问题,如果不采用波峰治具过板,就只能采用贴阻焊纸的方法来解决,用阻焊纸贴住此元件的金属化孔,等PCB过完波峰后再手工焊接,增加生产人力的同时更降低了焊接质量的稳定性,得不偿失。当产品达到一定数量时,采用波峰治具焊接的方法会比贴阻焊的方法更合适,下面是一个具体的核算公式:
(贴阻焊纸工时+揭阻焊纸工时(h))×人工费用(元/h)+阻焊纸长度×单价=治具数量×治具单价
另外在PCB设计过程中因结构需要,某些器件需要伸出板外,为了保证PCB能够正常进入波峰轨道需要在PCB上加足够宽的工艺边。而目前PCB板材可谓寸土寸金,采用波峰焊治具则可以减少甚至完全去除辅助工艺边,达到节省材料成本的目的。
从效率角度来讲,如何让同样设备获取更高产能一直是老板们关注的课题之一。在电子行业尤其是自主研发或ODM行业,一台整机需要多块不同功能的部件板,要做到JIT生产制,一条整机组装线就需要配置多条插件线及其对应的波峰焊机。采用波峰焊治具,不但能实现同类小板多联过板,还能实现不同功能板多拼过板,提高联装生产线的生产效率
另外某些PCB因设计或材料原因在高温环境下容易产生变形,在波峰焊的预热过程中出现板面翘起现象,造成波峰焊接的困难甚至无法使用波峰进行焊接,而使用波峰治具则可以完全避免此类情况发生
综上所述,无论从质量还是效率的角度,使用波峰焊治具都是一个不错的选择。从成本的角度出发,波峰治具的选取还需要考虑一下几点。
波峰治具选取的初步重点是数量的评估,下面是一个简单的评估方法。
使用方法    计算公式    备注
插件前段开始投入    1×工位数+WS中数量+周转数量    插件前段投入时最少需求量
插件前段开始投入    2×工位数+ WS中数量+周转数量    插件前段投入时一般需求数量
插件前段开始投入    (线体长度+Ws)/治具长度+周转数量    
波峰前开始投入    WS /(工装长度+20mm)+周转数量    不受节拍、链速影响,需求数量较多
波峰前开始投入    (WS+治具长度)/波峰链速/生产节拍+周转数量    需求数量少,但受到节拍、链速影响
注:周转数量一般为10—20个(具体数量应视各公司生产数量与产能来定)
考虑治具数量的同时还必须数值治具的使用寿命以及保养方法,正确的使用及保养方法是节约成本不可忽视的因素
波峰治具的使用寿命与所用材料、设计强度(本身厚度、遮蔽及支撑厚度)和锡温高低,甚至过炉周转时间(由治具数量决定)有关。
.波峰治具常用材料是合成石,国内目前有两种合成石材料。一种是玻璃纤维增强型塑胶,其玻璃纤维含量超过70%,工作温度可达350℃,最高耐温可达400℃,平整度好,感光效果佳,多用在回流焊中;另一种合成石是由由玻璃纤维和高机强度树脂制成的复合材料。工作温度可达360℃—400°C。主要特征为:变形小- 耐高温 - 抗化学腐蚀- 机械强度高- 重量轻。其表面电阻系数为每平方105到109Ω,静电放射非常缓慢,因此确保了组件在生产过程中不被损坏。多用在波峰焊接中。合成石也有材质上的好与差,主要表现在抗静电性能和使用寿命。可以由颜色区分:蓝色合成石最差,黑色合成石中等,墨绿色合成石为最佳。


在实际生产中,合成石治具的使用寿命往往取决于一下几点:
第一点,治具的使用寿命很大部分是由设计就开始决定的.有些PCB在设计是,焊盘与贴片元件很近,而且元件又高,为了保证波峰的上锡效果治具只能设计成很薄的壁,所以寿命很短.
第二点,合成石在过完炉之后,材料本身处于松弛状态,这时如果受到外力作用,其某些薄弱位置就会产生应力,时间一长,就会出现变形和断裂;
第三点,治具上主要材料是合成石,但是还要有压扣、挡锡条、连接的螺钉等非合成石材料,由于它们之间的热膨胀系数不同,在受到外力作用时极容易松脱,如果没有及时进行维修,下次过炉时,螺钉连接处就会容易进锡,时间一长就不好维修了,往往报废的治具就是没法维修使用的。所以,做好治具的维修至关重要。
第四点,尽量避免治具接触强酸或强碱溶液。因合成石对酒精敏感(主要因为合成石是玻璃纤维化合物,与酒精等有机化学反映),故绝对不能用酒精清洗合成石治具(最好的清洗方法是超声波清洗机加清水进行清洗),助焊剂尽量选用中性助焊剂。
第五点,治具重新过炉前保证温度已经回落到40度以下
第六点,波峰焊机轨道太紧或存放过程累叠过高都会使托盘变形导致报废。
总体来说合成石材料的治具使用次数能达到20000次以上
除合成石材料外,环氧玻纤板材料也是波峰治具较常用的类型。此类材料价格较低,是合成石类材料的1/3左右,波峰治具的使用次数也有3000—5000,适用于小批量多种类的中低端产品。
    在拥有众多优点的同时,波峰焊治具也同样有其不可忽视的局限性。波峰焊治具由于其厚度及遮蔽效应的影响也会带来工艺难题。如波峰焊治具选型不当、加工不妥,在波峰焊接中容易出现连焊、漏焊、锡珠和通孔上锡等焊接质量问题。因此在波峰焊治具设计过程中需要注意以下几点:
治具的材质和厚度:根据生产数量及周期选择治具的材质,拼板类治具厚度主要从治具强度方面考虑,通常为4—5mm。防焊功能的治具则要根据PCB板厚度及其在治具的定位深度还有BOTTOM面贴片元件高度来选择,一般在5—8mm。
治具的镶嵌与保护:注意保持治具中PCB的平整,如果PCB与治具之间有缝隙,助焊剂及焊锡就会侵入缝隙,影响焊接质量。PCB嵌入治具后建议略高于托盘上表面,以确保压扣弹力。BOTTOM面的贴片元件保护厚度建议在1mm以上,贴片元件的保护建议应该大于0.5mm
 
治具设计时应尽可能的加大让位,让位边缘坡度及其导锡坡度一般为46°—60°,以方便焊锡的流动,提升焊接质量。
另外,如果不影响BOTTOM面贴片元件遮蔽厚度以及治具强度,建议治具加导锡槽。这些导锡槽将引导焊锡到治具让位的位置,同时也引导焊锡回流至锡槽,提升焊锡的流动性。
随着贴片与插件混装工艺的越来越多,利用波峰焊治具进行波峰焊接的工艺已经得到广泛应用。只要做好PCB设计布局,再辅以相应的波峰焊工艺,波峰焊治具在解决工艺问题中将更加得心应手,在未来的应用也会更加宽广。

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