由于电子产品的小型化、轻量化推动了电子元件从插件元件向贴片元件转化,但还是有部分插件元件存在各种因素的制约,无法转化成贴片元件,所以混装电路板会一直存在。
关于混装电路板的焊接,不论是波峰焊还是手工焊接,都存在效率低的问题,所以选择使用合适的波峰焊治具,则尤为重要。
一、什么是波峰焊治具
指在波峰焊制程工序中,过锡炉所使用的一种工具,用于承载PCB板过锡炉并完成焊接作业的治具。
1、使用治具的典型应用场景
1) 双面混装制程,背面有器件且不是红胶工艺,需使用治具。
2) 元件本体超出PCB板边,无法过锡炉时,需使用治具。
3) PCB板为连片板,遇高温容易发生变型,需使用治具。
2、治具在波峰焊中的作用
1) 防止因温度过高,导致PCB变型。
2) 可以把SMD元件保护起来,使PCB安全的过波峰焊。
3) 可以对薄形基板或软性电路板起到良好的支撑作用。
二、波峰焊治具的特征
1、材质强度高,便于进行精密机械加工。
2、具备耐高温性,尺度稳定性好,不易变形。
3、具有热传导性,过炉时热量能快速均匀的传递到电路板上。
4、耐腐蚀性,耐助焊剂和清洗剂的腐蚀。
5、符合防静电的要求。
6、用于环保产品时,还要满足环保方面的要求。
7、具有防潮性和良好的电绝缘性。
以下两种是波峰焊治具最广泛使用的材料。
1、玻璃纤维板
由玻璃纤维材料和高耐热性的复合材料合成的,具有较高的机械功能和介电功能,较好的耐热性和耐潮性,优点是价格便宜,缺点是运用寿命短。
2、组成石
一种环保石材,由95%以上的天然石粉,加上少数聚酯及粘合剂,在真空下混合、加压、振动成型而成,缺点是价格较贵,优点是运用寿命较长。
三、波峰焊治具的类型
1、万能波峰焊治具
其制作是最简单的,只需一个或几个铝框,加上几个螺丝就完成了,无需使用组成石或玻璃纤维板材料开孔,优点是铝框支架可以滑动,能够适应各种板子的尺寸,任何板子都可以使用,缺点是不能保护SMD贴片器件。
2、普通波峰焊治具
适用于大批量过波峰焊的板子,使用组成石或玻璃纤维板材料开孔,让锡水接触到的焊脚区进行焊接,不开孔的区域把已经贴的元器件保护起来,避免掉下去。
3、带盖板波峰焊治具
其作用是把插件元器件固定盖起来,因为有些插件元器件高且轻,容易漂浮起来,焊接不漂亮也不牢靠,所以需使用盖板把插件元件固定过波峰焊。
4、手浸波峰焊治具
一般使用于一些小公司,因波峰焊的设备体积很大,成本很高,一般小公司没有匹配波峰焊设备,使用锡炉焊接插件元器件时,就需使用手浸波峰焊治具。
四、PCB设计影响波峰焊的因素
PCB设计时,需考虑插件元件的可焊性,设计PCB布局一般都会优先考虑单面布局和单面焊接元器件,当PCB布局无法满足单面焊接时,会使用双面混装布局,这时需考虑波峰焊的组装制程及组装过程的整个成本。
1、贴片元件与插件元件管脚距离
由于波峰焊的治具开孔需大于插件元件焊盘,如果治具开孔比较小,可能会导致漏焊,开孔比较大,会导致离插件焊盘较近的贴片元件与插件焊盘连锡,所以设计布局时,需考虑到贴片元件与插件焊盘的距离,一般需大于3mm以上。
2、插件管脚附近贴片元件的高度限制
由于在制做治具时,需要把插件管脚附近的贴片物料包起来,若插件物料管脚附近的贴片元件过高,则对应位置治具凸起太高,会影响到过炉时焊锡与插件管脚焊盘的接触,从而导致虚焊的可能,所以一般在插件管脚附近不要摆放3.5mm以上的贴片元件。
3、预留工艺边
需要过波峰焊的PCBA,在PCB设计时一定要留有工艺边,一般是3-5mm,这是为了留给治具支撑PCB接触的宽度,同时也防止过炉时,轨道撞坏PCBA板上的元件。
4、拖锡焊盘的设计
多管脚的插件元件,比如排针、网络变压等器件,在管脚间距小于2mm时,需要在最边上的焊盘留有拖锡焊盘,防止波峰焊过炉时管脚连锡,一般与管脚焊盘相连的拖锡焊盘为泪滴状,与焊盘分开的拖锡焊盘一般是矩形。
5、附加白油阻焊条
如果管脚间距小于1mm,需要在管脚间加白油阻焊条,防止管脚连锡。
6、可焊性检查
使用华秋DFM软件,可以检测PCBA的可焊性,组装分析后可以检测元器件的间距,提前评估制作哪种波峰焊治具,提前预防贴片元件离插件元件太近影响开治具的问题发生。
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