【干货】自动焊嘴镀锡可提高焊点质量和一致性

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选择性焊接工艺在电子组装制造中发挥着越来越重要的作用。复杂的印制电路板组件对选择性焊接工艺的整体精度和重复性提出了更高的要求。要求整个选择性焊接工艺过程更精确,提高工艺过程控制水平。

使用先进的闭环过程控制系统,包括自动选择性焊嘴镀锡,可确保复杂的印制电路板组件在尽可能最高的质量水平下产生,并具有一致的结果,确保最大程度的再现性。

选择性焊嘴

大多数选择性焊接设备使用润湿性焊嘴或非润湿性焊嘴,每种类型在其应用中都有优缺点,并且每一种类型都需要不同的维护标准。润湿性焊嘴也称为弹头式焊嘴或通用焊嘴,具有能够从任何方向接近焊点的优点,并且可以焊接非常接近相邻SMT元件的元件,因为它们是全方位的,使得它们非常适合于高度灵活的焊接应用。

大多数圆形润湿性焊嘴产生的熔融焊料高度都很小,这限制了它们对长引脚元件的焊接,或在焊接间距更紧的焊点时降低了灵活性。弹头式焊嘴是专有设计,它可以产生背压,提高熔融焊料的高度,可再提高50%,同时使焊料尖端逐渐变成更细的尖点。这使得焊接可以在喷嘴不接触元件引脚的情况下进行长引脚元件的焊接,以及在其他情况下提高精确度。如图1所示。
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非润湿性焊嘴也称为迷你波或射流波焊嘴,具有定向流动的熔融焊料,因为它们是单向的,使得它们成为焊接连接器或多排通孔元件的理想选择。由于非润湿性焊嘴是单向的,它们通常像传统的层流波焊嘴一样以7°焊接,这有助于过多的熔融焊料脱离,防止焊料桥接。非润湿性焊嘴的一个缺点是,由于定向焊料流,它们只能在单一方向上焊接,这意味着它们通常需要在焊嘴侧和相邻SMT元件之间有更大的隔离区。

焊嘴维护

 任何选择性焊接设备的关键部分都是各种类型的焊嘴的预防性维护方法、程序和实践。润湿性焊嘴的预镀锡延长了它们的工作寿命,并改善了熔融焊料的流动特性,如定期清洗和再镀锡。最理想的是,首先用高活性焊嘴镀锡焊剂清洗焊嘴,然后在静态焊料锅中镀锡,焊料锅中填充与生产中使用的相同焊料合金,最后进行手动再镀锡。

在选择性焊接过程中,润湿性焊嘴会变成类非镀锡状态,这会影响熔融焊料的正确流动,并增加焊料的表面张力。当焊嘴失去正确的流动特性时,其无缺陷焊点的生产能力就会大大降低。这通常由一个操作员手动操作来纠正,操作员使用刷子将焊剂应用于焊嘴。

焊嘴尖端和侧面的定期和正确的镀锡可确保焊料均匀且一致地流出焊嘴。不定期镀锡,焊料的不均匀流动的可能性就会增加,将导致印制电路板组装的不一致性和无效焊接。

在某些情况下,操作者已经知道,对于焊接印制电路板组件的焊嘴,要使用相同的乙醇基、非侵蚀性免清洗焊剂对焊嘴手动再镀锡。遗憾的是,这不是一个很好的做法,因为这些非侵蚀性焊剂不能合适地清洗焊嘴,还将引起操作员更多的关注,而后更频繁地应用焊剂。这很快就会适得其反,因为每一次额外的手动应用焊剂,都会在焊嘴表面上留下更多的残留物,最终累积到焊嘴,这就必须从机器上移除焊嘴并手动擦洗和重新镀锡。

焊料喷嘴再镀锡的频率取决于许多因素,其中之一就是焊料合金。例如,高熔点焊料合金,因为它们能够承受极端的热和机械应力,在液态状态下表现出低的流动性,从而导致焊料流动缓慢。这些高熔点合金往往在焊接喷嘴表面具有很强的腐蚀性,使用它们往往需要更频繁地喷嘴再镀锡。

焊剂应用
用于选择性焊接的液体焊剂有多种类型,包括醇基焊剂、水溶性焊剂、松香基焊剂、低pH焊剂和高固态含量的焊剂。选择性焊接工艺的焊剂类型通常是由产品的最终应用指定的,它对焊点完整性至关重要。
当选择性焊接使用免洗焊剂时,应用液体焊剂的优选方法是使用液滴-射流喷嘴,而不是雾化型喷头或超声喷淋焊剂涂敷器。这是因为液滴-射流喷嘴施加小的焊剂液滴,这些液滴停留在焊嘴的路径上,这样免清洗残留物就可以通过直接接触熔融焊料而被消耗掉。
虽然液滴-射流点涂是一种被实践证明的免清洗技术,但是随着时间的推移,焊剂溶剂会蒸发,焊剂中的杂质会导致液滴-射流出口部分堵塞,使焊剂稍微偏离其真正的涂覆位置中心。液滴-射流涂敷器涂覆的焊剂量非常小,这对选择性焊接工艺的质量极其关键,特别是在大批量的无人操作中,自动焊剂验证是必不可少的。
一种常见的选择性焊接工艺是应用过量的液体焊剂来解决可焊性问题,这是不可取的,应该是通过解决根本原因来解决问题,而不是应用更多的焊剂。施加过量的焊剂会导致各种焊接缺陷,包括由于焊剂溶剂的排气而产生的空洞、焊料球或焊剂截留包封。过量的焊剂应用也有会造成焊嘴上焊剂残留物的积累,从而需要更频繁地清洗焊嘴:
焊嘴镀锡清洗焊嘴

有些选择性焊接设备采用了各种类型的自动焊嘴清洗方法,通过消除手动清洗焊嘴,最大限度地减少停机时间。这些不同的方法包括超声波焊嘴清洗,或用己二酸或有机酸喷涂或刷洗焊嘴,或直接将液体或粉末焊剂喷涂在焊嘴的外表面上。虽然这些方法可以通过去除残留物来清洗焊嘴,但它们不一定会对焊嘴进行再镀锡,再镀锡对提高熔融焊锡的流动特性至关重要
要正确清洗焊嘴并稳定流经焊嘴的焊料的表面张力所需的焊剂具有相当的侵蚀性。虽然这些自动焊嘴清洗方法,通过喷洒液体或粉末焊剂来提供焊剂,但是这必须在焊剂材料中引入气压或大量气流,以将其呈现给流动的焊料。这可能导致焊剂放置不准确,将侵蚀性物质暴露于不需要的区域,或者不能有效地稳定焊嘴内的焊料流。另一种方法是将焊剂包裹在焊丝中,直到它被呈现给焊嘴,这可以使设备更清洁,并提供更精确的焊剂放置,这对于清洗和再镀锡较小直径的焊嘴是至关重要的。
自动焊嘴清洗与镀锡

为了解决无效的焊嘴清洗和再镀锡问题,有些用户安装了Nordson SELECT的完全消除了喷涂操作的自动焊嘴镀锡系统。这一系统正在申请专利,它使用了专有的药芯焊丝,焊嘴清洗和再镀锡集成操作(如图2所示)。

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与其他焊嘴清洗系统不同,正在申请专利的这一系统不喷洒液体或粉末焊剂。自动焊嘴镀锡系统通过自动去除氧化物和残留物来保持焊嘴的绝对清洁,而不会对印制电路板组件或选择性焊接设备造成任何过度喷涂或污染。这种自动焊嘴镀锡系统适用于所有的Nordson SELECT选择性焊接设备,并且与无铅和锡铅焊料合金相兼容。

(文章来源:SMT技术网)

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