李永剛 廖聲禮

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

隨著電子產(chǎn)品的小型化和密集化，對PCBA的組裝工藝的要求越來越高，特別是免清洗技術(shù)的實行，PCB板面的助焊劑殘留平整性顯得尤為重要，而殘留的平整性與波峰焊噴霧均勻性密切相關(guān)。

1 問題描述

使用國外某品牌高固含助焊劑，導(dǎo)致PCB板面殘留物過多的問題。結(jié)合高倍放大鏡成像觀察，助焊劑殘留物內(nèi)部容易混雜粘連錫爐氧化物（如圖1），這部分殘留物如果集中在細(xì)引腳間距位置，容易導(dǎo)絕緣電阻下降。助焊劑殘留過多的原因除了與助焊劑本身特性有關(guān)以外，還與波峰焊設(shè)備噴霧均勻性有關(guān)。

2 設(shè)計研究實驗方案

2.1 材料選擇

助焊劑：選擇國外某品牌高固含助焊劑，助焊劑A，產(chǎn)品符合《GB/T 31474-2015 電子裝聯(lián)高質(zhì)量內(nèi)部互連用助焊劑》要求，且型號符合IPC J-STD-004B中的ROL0型；

印制電路板組裝件( PCBA)，同批次生產(chǎn)的某種印制電路板組裝件；

波峰焊焊料：SnCu0.7，GB/T 31476-2015 電子裝聯(lián)高質(zhì)量內(nèi)部互連用焊料。

傳真紙、波峰焊設(shè)備。

圖1 PCB焊后局部外觀

2.2 試驗方案的制定

根據(jù)型號產(chǎn)品使用要求，使用工藝試驗印制板，為研究噴霧均勻性，進(jìn)行試驗的項目如下：

1）流量與氣壓對噴霧均勻性試驗；

2）改變波峰焊噴頭朝向噴霧均勻性試驗；

3）不同波峰焊噴頭朝向?qū)?yīng)噴霧效果試驗。

3 試驗過程

3.1 流量與氣壓對噴霧均勻性試驗

傳真紙測試助焊劑噴霧均勻性是業(yè)內(nèi)普遍的、認(rèn)可度較高的驗證手段之一，噴霧后傳真紙能長時間保留。

3.1.1 試驗方法

設(shè)置不同助焊劑流量，20 ml/min和30 ml/min，從小到大調(diào)整不同的噴霧壓力。其它波峰焊參數(shù)不變，波峰焊鏈速：1 400 mm/min；噴霧速度：380 mm/min；噴嘴高度：90 mm。

3.1.2 流量與氣壓對噴霧均勻性試驗結(jié)果

不同助焊劑流量和不同氣壓的噴霧傳真紙試驗結(jié)果見圖2和圖3。助焊劑流量在20、30 ml/min時，噴霧壓力在0.035～0.040 MPa，噴霧均勻性較好；噴霧壓力過小的情況時，如在0.015～0.025 MPa，助焊劑顆粒較大，噴霧均勻性差。

3.2 改變波峰焊噴頭朝向噴霧均勻性試驗

分析不同波峰焊噴頭朝向?qū)婌F均勻性的影響。

3.2.1 試驗方法

選取兩種參數(shù)：①波峰焊鏈速：1 400 mm/min；噴霧速度：350 mm/s；噴嘴高度：90 mm；助焊劑流量：40 ml/min；②波峰焊鏈速：1 200 mm/min；噴霧速度：350 mm/s；噴嘴高度：90 mm；助焊劑流量：30 ml/min。調(diào)整對比不同波峰焊噴頭朝向，觀察噴霧均勻性效果。波峰焊噴頭朝向示意圖如圖4和圖5。

3.2.2 試驗結(jié)果

參數(shù)①的結(jié)果如圖6（a）垂直方向和圖6（b）平行方向，參數(shù)②的結(jié)果如圖6（c）垂直方向和圖6（d）平行方向。

從以上實驗，波峰焊噴頭朝向與噴霧效果具有一定對應(yīng)關(guān)系。按照噴霧均勻性測試實驗的規(guī)律，紙上顏色淺的位置助焊劑量較大，紙上顏色深的位置助焊劑量較小。因此可以分析得出結(jié)論：垂直方向噴頭朝向，靠近鏈爪PCB板邊上的助焊劑量聚集較多，相同條件下噴出的助焊劑噴霧形狀較擴(kuò)散；平行方向噴頭朝向，具有較明顯的噴霧痕跡，PCB板中間位置的助焊劑量較多，在相同條件下噴出的助焊劑噴霧形狀較聚集。

圖2 20 ml/min流量不同噴霧壓力傳真紙表現(xiàn)

圖3 30 ml/min流量不同噴霧壓力傳真紙表現(xiàn)

3.3 不同波峰焊噴頭朝向?qū)?yīng)噴霧效果試驗

分析不同波峰焊噴頭朝向和不同噴嘴高度對應(yīng)的噴霧效果和形狀規(guī)律。

圖4 噴頭與PCB過板方向垂直

圖5 噴頭與過板方向平行

3.3.1 試驗方法

采用離線式噴霧實驗，將助焊劑噴頭拆卸下來放置波峰焊外，然后調(diào)整不同噴頭朝向。使用直尺測量實際噴霧高度，將PCB板粘貼傳真紙，固定在特定距離的噴頭上方，開啟助焊劑噴霧3 s，實驗對比分析噴霧效果規(guī)律。

① 使用直尺測量噴霧高度，噴霧高度選取50 mm、70 mm、100 mm、120 mm。

② 噴頭朝向選取垂直、平行、45 °等3個不同方向。

③ 助焊劑流量固定25 ml/min，每次實驗噴涂時間為3秒鐘。

④ 將傳真紙粘貼在PCB板上，放置在設(shè)定的噴霧高度位置，測試噴霧實際噴霧效果。

⑤ 改變噴頭朝向、噴霧高度、噴霧氣壓等參數(shù)，重復(fù)噴霧效果實驗。

3.3.2 不同波峰焊噴頭朝向?qū)?yīng)噴霧效果試驗結(jié)果

觀察所有實驗噴霧效果，發(fā)現(xiàn)噴霧在傳真紙上的效果圖形呈現(xiàn)橢圓狀，如圖7所示。每組實驗后，測量傳真紙上橢圓形噴霧圖形的長寬，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

對比表1數(shù)據(jù)中噴霧估算面積（長×寬），噴霧高度在 70 mm 和 100 mm 時，單位面積為 2 639和 2 781；噴霧高度在 50 mm 和 120 mm 時，單位面積為 2 266和 2 639 。噴霧高度設(shè)置在70～100 mm 距離時，噴霧形成面積最大，噴霧形成最有效。噴霧高度較低時，如 50 mm 高度，受距離因素影響較大，面積較??；噴霧高度過高時，如 120 mm 高度，可能受噴霧壓力、助焊劑重力等因素影響，面積較小。從實驗證實，噴霧高度選擇 70～100 mm，能使噴霧面積達(dá)到最大，是噴霧達(dá)到良好均勻性的條件之一。

圖6 改變噴頭方向噴霧情況

圖7 噴霧效果圖，噴霧到傳真紙上呈橢圓狀

表1 測試數(shù)據(jù)匯總

4 試驗結(jié)論

通過驗證，噴霧壓力是影響噴霧均勻性的因素之一，噴霧壓力過小的情況時，助焊劑顆粒較大，噴霧均勻性差，不同設(shè)備有一個合適的噴霧壓力，如果繼續(xù)增大噴霧壓力均勻擴(kuò)散性不會再有變化，這時再調(diào)整壓力只會影響向上的力。波峰焊噴頭朝向與噴霧效果具有一定對應(yīng)關(guān)系，非垂直朝向噴口均勻性可能要差。噴霧高度選擇 70～100 mm，能使噴霧霧化面積達(dá)到最大，是噴霧達(dá)到良好均勻性的條件之一。助焊劑噴頭與PCB板距離選取 70～100 mm 時，對應(yīng)的噴霧寬度約為 70 mm。

5 結(jié)束語

為了更好的保證波峰焊噴霧均勻性，需要明確助焊劑噴嘴噴口朝向，需要明確生產(chǎn)中氣壓與噴霧速度和設(shè)置關(guān)系，由于實際生產(chǎn)中兩者的對應(yīng)關(guān)系還受到其他不確定因素的影響（如噴霧移動過程中的停頓時間等），需要通過更全面地對噴霧機(jī)構(gòu)設(shè)置及相關(guān)工藝參數(shù)的優(yōu)化，來徹底解決改善噴霧均勻性的問題。