选择性波峰焊工艺研究要点
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摘要：主要介绍了选择性波峰焊的现状，分析了选择性波峰焊的工艺特点，提出了进行选择性波峰焊工艺研究的要点。
关键词：选择性波峰焊―Selective SoIdering Systems
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198(2011)04-0291-02
随着电子元器件朝着小型化方向发展，回流焊工艺已经成为大批量生产的主流。但有些行业如电力系统、汽车电子等，由于高可靠性的要求，尽管很多原本为通孔焊接的元器件已改成适合回流焊的表贴器件，仍有些器件如开关、变压器、散热器、连接器及一些插座等还是通孔封装，而且在相当长的一段时期内，通孔元器件将与表贴器件共存。传统的通孔元器件的焊接主要采用手工焊、波峰焊两种焊接技术，他们的特点各不相同。手工焊接由于成本低、灵活性高等优势，至今仍被广泛采用，但是，在可靠性要求高、焊接难度大的一些应用中，受到了相当程度的制约；波峰焊在通孔元器件焊接中具有生产效率高和产量大等优点，但往往是一块板子上大部分已经是表贴器件，只有少量通孔器件，而这些通孔器件在回流焊之后很难用普通的波峰焊直接焊接。
1、选择性波峰焊现状
随着通孔元器件(尤其是大热容量或细间距元器件)的焊接难度越来越大，特别是对无铅和高可靠性要求的产品，手工焊的焊接品质已不能符合高品质电装生产的要求，波峰焊在具体使用中又不能完全满足小批置多品种的生产应用，选择性波峰焊的应用在最近几年得到了飞速的发展。从发展的角度来看，未来的通孔器件焊接在整个电装行业的焊接比例会越来越少，但对通孔焊接品质的要求会越来越高，这与选择性波峰焊设备本身的特点是完全吻合的。因此，未来在单一品种、大批量、普通品质要求的行业中，波峰焊的应用还会继续存在，但在电力、工控、汽车电子、军工以及通讯等行业，选择性波峰焊的应用，将会越来越普遍地代替手工焊和波峰焊，成为通孔器件焊接的主流手段。
选择性波峰焊作为一个比较特殊的焊接设备，目前成熟的生产厂家并不多见，在国内几乎还是一个空白，即便在国际上，除了德国ERSA以外，还有德国的SEHO、荷兰的Vitronic Soltec等少数几家公司。德国ERSA在1995年发明了全世界的第一台选择性波峰焊，之后其他几家公司也相继开发了类似的设备，这些设备目前的主要市场还是在欧美等国，近两三年来在国内才逐渐开始流行起来，主要集中在电力、工控、军工、通讯和汽车电子行业等。
选择性波峰焊弥补了波峰焊的不足，它可以保护表面贴装元件来实现对插装元件焊接，大幅度降低生产工序和周期时间。选择性波峰焊可以在同一时间内完成所有的焊点，使生产成本降到最低，同时又克服了回流焊对温度敏感元件造成影响的问题，选择性波峰焊还能够与将来的无铅焊兼容。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，只施于焊盘和引脚上，可以确保PCB板的高洁净度，无须另外清洗。
2、选择性波峰焊工艺特点
选择性波峰焊工艺不仅可作为波峰焊的一种取代，而且其也为电子产品设计的创新提供了一种全新的焊接方法。而它作为一种全新的焊接手段，具有其特殊性，需要专用的加工方法及焊接工具，并且在所有的焊接工艺中，选择性波峰焊是要求最高的工艺，它需要很多经验以及有关于工艺本身和相关材料的研究。
选择性波峰焊作为新引进的工艺，具有先进性、复杂性和智能化高的特点，在工艺、维护等方面与原有工艺发生了很大的变化。例如，合理的印制板布局和焊接喷嘴设计可以显著提高选择性波峰焊工艺的质量和成本结构；焊盘的形状和它们之间的间距如果采用了合理的设计，就会大大降低短路缺陷发生的可能性；焊盘和邻近不被润湿的焊盘之间的距离设计，也需要遵循一定的规则；引脚之间的距离和引脚的长度，也同样需要加以考虑。如果按照传统的工艺实施，必然会带来高成本，低效率等问题。对选择性波峰焊进行工艺研究，找到合适的工艺手段，是十分必要的。对选择性波峰焊进行工艺研究，不仅为选择性波峰焊工艺的稳定性与可靠性奠定坚实的理论和实践基础，也为PCB的设计者缩小产品尺寸、降低生产成本、提高焊接质量提供了新的工艺途径。
3、选择性波峰焊工艺研究要点
选择性波峰焊是为了满足通孔元器件焊接发展要求而发明的一种特殊形式的波峰焊。选择性波峰焊一般由助焊剂喷涂、预热和焊接三个模块构成。通过设备编程装置，助焊剂喷涂摸块可对每个焊点依次完成助焊剂选择性喷涂，经预热模块预热后，再由焊接模块对每个焊点逐点完成焊接。开展选择性波峰焊的工艺研究，其指导思想是在在开发阶段优化PCB布线设计，在实际生产中优化生产工艺。选择性波峰焊工艺可从以下几个主要方面进行重点研究：
3.1选择性波峰焊对PCB layout的要求
研究表明，合理的印制板布局可以显著提高选择性波峰焊工艺的质量和成本结构，合理的印制板设计也可以有效降低锡珠缺陷的产生。如对焊点周围间隙的合理控制可有效避免在选择性焊接工艺中发生问题；正确的器件引脚长度、引脚直径和通孔之间的正确比例可改善孔填充效率；正确的器件引脚长度还可降低桥接缺陷产生的风险。根据各公司的产品特点制作一些试验板进行试验验证，制定选择性波峰焊对PCB layout的要求，形成设计规范，是事半功倍的事情。
3.2选择性波峰焊喷嘴的选择
选择合适的焊接喷嘴，可以避免在选择性焊接工艺中发生焊接缺陷。采用特殊设计的焊接喷嘴可以帮助减少桥接缺陷。焊接喷嘴的形状或尺寸以及所采用的技术(比如润湿性和非润湿性焊接喷嘴)的设计也是重要的考虑因素。新增的创新功能，比如“去桥接刀”(debridging Knives)，可以有效降低桥接缺陷的形成，特别是在浸焊工艺中。针对公司产品特点合理选择焊接喷嘴进行点焊或拖焊，对批量大的产品制作一些夹具进行浸焊，不仅能大大提高效率，产品质量的一致性也得到了有效控制。
3.3选择性波峰焊的编程
选择性波峰焊可通过编程有所选择地焊接通孔器件，高端的选择性波峰焊，焊料喷嘴还可移动到特定的位置，能够对大小不同的焊点进行个性化编程。由于是逐点焊接，产能低是选择性波峰焊的致命弱点，合理的编程，不仅可确保每个焊点都对应最适合定的焊接工艺，并能有效的优化路径，提高产能效率。
3.4选择性波峰焊工艺参数的设定
在选择性焊接工艺中，虽然只有通孔器件被焊接，但焊接过程不可避免地对周边邻近SMD器件及PCB基材产生影响，如何使这种影响减小到最低程度显得尤为重要。选择性波峰焊的工艺流程包括：助焊剂喷涂，PCB预热、浸焊和拖焊。因此如何使用系统软件进行优化设置，将设备调整到实际最佳状态是研究的重点。一般助焊剂工艺是使用一个下沉式喷射系统，焊接过程是在可控制的氮气保护环境下进行的，控制焊接质量的关键因子是助焊剂喷涂量(mg/cm2)，预热温度(℃)，焊料温度(℃)，拖曳速度(mm/sec)等。
3.5选择性波峰焊辅材
选择性波峰焊对各种PCB及器件，焊接工具是专用定制，规格的变化也大。这也可看作选择性波峰焊增加成本的缺点，所以焊接工具应创新及可变性，具有更大的灵活性能满足各种PCB设计的要求。
实践证明，通过研究选择性焊接的关键工艺技术，分析目前公司PCB设计现状，通过制作试验板进行试验验证，制定选择性波峰焊对PCB layout的要求；引进消化吸收国际先进的选择性波峰焊制造工艺、设计方法和工艺手段，通过设定不同的工艺参数、选择不同的喷嘴、辅材，进行一系列的试验验证，制定选择性波峰焊喷嘴的应用原则、编程方法以及波峰焊辅材的选择原则，可有效降低生产成本、提升产品质量，并能使先进设备得到更加充分的利用。
参考文献：
[1]Reiner Zoch，Christian Ott-SEHO，选择性焊接工艺的优化[J]，电子组装技术，2009，(10)：21-23
[2]谢健浩，选择焊―实现通孔器件焊接的零缺陷[D]，2009中国高端SMT学术会议讨论文集，2009：292-298