编辑器的选择


PCB机器人焊接工艺的实际经验

2020年10月28日编辑器的选择制造/生产技术,硬件和服务

在过去的几年中,关于高温材料的需求和扩大高温组装技术的应用和知识的讨论很多。当我们开始谈论高温电子产品时,不仅仅是焊料合金,而是所有用于生产电子组件的材料。基板、组件、连接器、电缆和焊料需要检查,组装过程的需要也需要仔细考虑。

通常,由于体积较小,许多需要高温能力的公司都使用手动焊接技术,特别是通过机器人焊接作为一个选项的通孔。在高温下工作通常意味着在150-200°C之间工作;然而,有许多应用程序必须在更高的水平下工作,高达300°C。通常受这些恶劣工作条件影响的行业包括航空航天、汽车、石化和军事。

本项目旨在了解通孔焊点在人工时效后高温应用中的影响。本次调查的目的是为了更好地了解现有的组装方法和未来的焊接工艺。

尽管该行业多年来一直在使用高熔点铅/锡焊料,但现有的信息有限。一般来说,对焊接点的检验标准或可能遇到的不同工艺问题的参考是有限的。国家物理实验室(NPL)报告[1]更详细地概述了所进行的基本试验,以及在使用不同的选择性焊接技术进行设计和组装时必须考虑的一些重要问题。

图1所示。光学,显微切片和扫描电镜的选择接头生产的机器人焊接超过IPC 610级3的要求。

对于高达200°C的高温操作,传统有机层压板基本上只有一个选择。聚酰亚胺层压结构已成功用于高温操作多年,通常在150-175°C左右。在组装后的高温环境中,还需要考虑焊锡掩模材料和焊锡表面处理。这些应用中最常见的表面光洁度是镀金镀镍。

在很多情况下,用于高温应用的产品的组装要么是小批量,要么是中批量,可以成功地使用手动焊接用于通孔应用。如果需要的产品数量较高,或者公司希望自动化焊接过程,也可以使用自动点焊或选择性焊接。在这个项目中,我们使用了手工焊接、选择性焊接、机器人焊接和激光焊接来生产不同合金的样品接头。

现有高温产品中的焊丝助焊剂芯是多年前配制的,并没有必要优化,以在板的表面留下低体积的残留。这些材料的工作是成功的,但它们不会被认为是低残留。现有的供应商提供高熔点(HMP)合金和银锑(Sn95/Sb5)留下了大量熔剂残留。

试验期间使用的焊料合金:

锡/铜/镍(Sn-0.7Cu)在227°C。

•铅/锡/银(Pb93-Sn5-Ag2)在296-300°C。

•锡/银(Sn-3.5Ag)在221°C。

锡/银/铜(Sn-3.8Ag-0.7Cu)在217-221°C。

铅/锡(Pb980-10Sn)在268-302°C。

值得一提的是,根据您所从事的行业不同,HMP焊料的含义也不同。检查有问题的合金总是很重要的,而不是仅仅假设HMP意味着铅/锡或铅/锡/银。

高熔点焊丝的焊接和脱焊过程仍然遵循标准的良好实践程序,但在某些情况下,手工焊接不能达到理想的接头。第一步是考虑预热产品,无论是首次焊接或返工。这些方法已经成功应用于标准的无铅合金,如SnCu, SAC和铅基HMP焊料。然而,高铅基合金确实需要更多的实践,以获得正确的工艺。


图2。机器人激光焊接过程的步骤。


图3。机械烙铁焊接过程的步骤。

机器人烙铁系统基本上是一个完全自动化的烙铁,由计算机控制参数,手动编程或导入PCB设计文件。该系统是三轴或四轴机器人,具有专有的焊接头和送线系统或已与商业可用的头集成的单元。激光系统也是如此。

随着高可靠性和汽车制造商试图减少手动焊接的使用,机器人焊接近年来开始变得越来越流行。它还被用于大批量生产,在每个组件上需要生产少量接头,使其比选择性波峰焊或喷射焊接更可行。显然,在试验中使用的样品板和连接器更适合选择波峰焊工艺,但焊接速度不一定是评估的一部分。

与任何其他印制板组装一样,产品应该是为制造而设计的,而不是为了适应一个过程。其中一个关键的特点是精确和重复定位的产品焊接操作,即使提供某种形式的视觉对准。

焊接操作时产品的夹具对可重复性非常重要。如果产品是一个单一的板组装,那么如果使用尖端或激光焊接工艺,多个板将需要工具或夹具窝。如果板仍然在一个多面板,那么标准工具可以使用,但面板必须支持,以防止下垂和不一致的高度。有些设备具有自动高度感应功能,以处理板的下垂或翘曲。

在试验过程中确定焊接工艺参数和确定其重复性是非常重要的。通孔填充是检验和工艺质量控制的关键参数,但对板、镀铜、层压、焊垫和焊膜的检验也很重要。

从印制板上剪下接头样品进行显微切片。对每个样品进行了金属间化合物厚度的测量。大部分时效前样品的金属间化合物厚度<1µm。其中一个样品为1-2 μ m。这个样品是用激光在锡/铜合金上生产的,但不被认为是重要的。

在1000小时后,测量的平均结果记录在下面;5µm ~ 16µm。

•样本1。锡/锑手焊:5µm。

•样本2。锡/锑选择性焊接:10,5µm。

•样本3。HMP选择性焊接:16µm。

•样本4。囊激光焊接:8.5µm。

•样本5。气囊机器人铁焊接:8.1µm。

•样本6。锡/铜/镍激光焊接:9.2µm

•样本7。锡/铜/镍机器人铁焊接:8,4µm

试验的结果是更好地理解了使用机器人焊接不同合金的结果,并看到了在制造过程中可能遇到的一些工艺挑战,以及如何克服它们。

参考文献

[1]用高温钎料合金焊接pcb实用指南,NPL良好操作指南第136号,http://eprintspublications.npl.co.uk/6569/

如需更多信息,请访问www.bobwillis.co.uk




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