选择性焊接系统的技术优势(一）

选择性焊接系统的技术优势(一）

     电子工业，包括元器件领域的迅速发展，逐步使 电子产品提高功能和小型化成为可能。例如移 动电子产品，全球化的竞争促使这类产品的制 造商们通过缩短其产品的市场反应时间来应对客户对产品 不断增长的期望和新要求, 从而激化了挑战。但是,全球化竞 争也使企业承受了巨大的降低成本的压力。面对不断提高 的质量要求，生产成本和资金消耗的降低是个永恒的课题。 似乎这还不够，不断出台的全球环境保护的法律规范也在 给电子产品制造商设置“障碍”。对于消费类产品，另一 个问题是产品需求的季节性波动，只能通过灵活多变的生产来解决。



摆在企业面前的这些严格的要求自然反映在生产设备 上，这也正好说明了为什么在过去几年中，选择性焊接技 术会在电子生产领域比其它工艺发展得更迅速。由于无铅 焊接技术的要求，新的生产工艺问题在不断出现。例如， 无铅焊接工艺需要更高的焊接温度；无铅焊料冷凝得更 快；金属，如铜在无铅合金焊料中要比在锡铅焊料中融解 得快。这些更严苛的条件意味着，生产中需要合适的焊接 设备来有效、可靠地应对无铅焊接所带来的腐蚀性。埃莎 的VERSAFLOW系列一贯坚持其特性必须符合无铅选择性 焊接工艺的要求，并向用户提供了针对各种类型选择性焊 接应用的多种产品选择范围。



质量方面
从根本上说，质量问题已促使选择性焊接成为一个 不可缺少的工艺。生产工艺和参数在应用中是必需的，一 致性也是一个方面，人工焊接因而落伍了，因为一个好的工艺在人工焊接中很难完全重复，完全依赖于操作者的 主观能力。焊接结果还受到烙铁头磨损的影响。还有一个 重要因素是烙铁头上的高温。遗憾的是，对人工焊接工艺 的研究显示，许多操作者根本没有意识到烙铁头温度和接 触时间会影响到基材和焊点的形成。焊台也经常被设置在 最高温度，因为这样焊接会很“快”，因为“时间就是金 钱”。而这可能会导致低质量高成本的生产工艺，以及不 良的工艺重复性；如果遇到敏感的器件和PCB板，风险会更 大。而且，从视觉上来说，人们在看一个成品时，很难区 分人工焊接和返修过的焊点的区别。

在要求高质量和高可靠性的组装电路板领域中，如汽 车行业的安全装置的组装电路板，使用人工焊接工具的焊 接是不允许的。事实上，在这些应用中人工焊接被视为影 响质量的风险。

与波峰焊相比，选择性焊接工艺也具有更多的优势。 一方面，由于可以对逐个焊点或器件进行精确的参数设 定，焊接缺陷几乎不存在了。另一方面，精确设置过的助 焊剂喷涂，只施用于焊盘和引脚上，可以确保PCB板的高洁 净度，无须另外清洁。



另外，在用波峰焊焊接双面PCB板时，锡槽中升高的 焊料温度经常会使顶部器件重复熔化。在与焊锡波接触中 发生的PCB板弯曲会导致多点SMD器件在冷却过程中的机 械应力。这对BGA器件很重要，因为这个应力是无法通过 视觉检查、ICT或功能测试识别的。这样，产品在使用中发 生故障显然是由不良焊接造成的。而另一方面，选择性焊 接则只将热传导到需要焊接的焊盘和引脚处，这样就极大 地消除了电路板弯曲造成的缺陷。



这些特性在使用无铅焊料和水溶性助焊剂时也尤为重 要。由于无铅焊接需要相对高的温度，多重焊接过程给器 件和基材带来更大损害，会超出允许的范围；这都是由于 无铅焊料更高的熔解温度和许多器件的耐热温度限制引起 的，会缩小熔点（217℃－227℃）和工作温度（260℃－280℃）之间的温差，从而明显地缩小工艺窗口。

选择性焊接工艺中出色的喷嘴设计可使焊接参数对应 确定的焊点，而无须让整个组装件承受不必要的热应力， 可以基本上消除损坏表面贴装器件的风险。

鉴于其工作方式，选择性焊接在相对低的温度下可以 减少铜的融解。锡槽中铜的融解所导致的扩散在无铅焊料 中要远高于锡铅合金焊料，扩散率取决于焊接温度、接触 时间和波峰的动态性。测试明确显示了具有高效的预热系 统的选择性焊接设备可以在相对低的焊接温度下工作。有 了选择性焊接工艺，可以在提高通孔填充时减少铜的溶解。

经济效益
选择性焊接工艺得以快速传播的原因除了上述的质量 优点以外，还归功于它的经济效益。

以前一直用波峰焊来焊接THT（通孔技术）器件的公 司现在也开始改用选择性焊接，这主要是由于资产成本和 技术利益之间的差异推动的。组装电路板中通常是99％ 的SMD器件和少数的异形器件，如连接器、变压器、继 电器、电解电容器等，这些器件的组装都由SMT以外的设 备和加工系统协同全套波峰焊生产线来补充完成的。高能 量、更多的厂房空间要求以及大量的助焊剂、焊料和氮气 的消耗，使波峰焊工艺过程很不经济。在不得不使用复杂 的阻焊掩模板来保护PCB焊接面上的器件避免接触到助焊剂 和焊料时，这一矛盾就更为突出。

相对于传统的波峰焊，选择性焊接的电力、焊料、助 焊剂和氮气消耗降低了很多。在一个具体的个案研究中， 通过生产一块通讯电路板，对比从前使用的波峰焊工艺生 产，来计算选择性焊接节约的成本。装配总共需要焊接 26个有引线器件，220个焊点。结果是，选择性焊接大大降 低了能量和耗材的消耗：
助焊剂消耗 －97％
锡渣 －95％
能量需求 －51％
氮气消耗 －92％
这些是选择焊接技术具有代表性的数据，证明可以节 省大量成本。下面这个图表比较了使用一台传统波峰焊设 备、一台氮气波峰焊设备和一台选择焊设备所产生的运营 成本。波峰焊的成本还不包括用来做选择焊接的阻焊掩模 板，这些阻焊掩模板是不可缺少的，由于它们影响了组装 电路板的均匀预热，增加了组装电路板上的污染和助焊剂 残留，需要更多的人工处理。此外，其紊乱的焊料流动也 导致了焊接缺陷的增加。