0引言

錫焊技術(shù)有著悠久的發(fā)展歷史，至今已逾兩千多年。近年來(lái)，隨著表面貼裝技術(shù)（SMT）的持續(xù)進(jìn)步，電子工業(yè)接合技術(shù)迎來(lái)了廣闊的發(fā)展空間。在集成電路（LC、LSI）領(lǐng)域，電阻、電感等片狀元件在印制板上的實(shí)裝都是通過(guò)錫焊完成的。然而，隨著錫焊對(duì)象體積不斷縮小，新的問(wèn)題層出不窮，這些問(wèn)題是傳統(tǒng)錫焊未曾面臨的。特別是焊料成分、熔點(diǎn)、純度、形狀、供給方法以及加熱方法等一系列工藝影響因素，都對(duì)錫焊質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。在焊接過(guò)程中，必須巧妙利用熔融焊料的表面張力和潤(rùn)濕等特性，才能實(shí)現(xiàn)精確接合。在電子裝配環(huán)節(jié)，錫焊的精度、一致性以及可靠性是核心關(guān)注點(diǎn)。手工焊存在焊點(diǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定、工作效率低下、工作質(zhì)量差等問(wèn)題，而激光自動(dòng)焊錫機(jī)為提升錫焊質(zhì)量提供了新的途徑?；诖?，自動(dòng)化錫焊技術(shù)成為必然發(fā)展趨勢(shì)，電子裝配也必然朝著精細(xì)化、高密度方向發(fā)展。

1 焊接裝置的選定

以“微波接插件自動(dòng)化生產(chǎn)線”這一實(shí)際項(xiàng)目為例，本項(xiàng)目中待加工生產(chǎn)的產(chǎn)品形狀為腔體（如圖1所示）。

圖1 焊接樣件展示

由于待焊接加工點(diǎn)位處于腔體內(nèi)，使得焊接難度顯著增加，傳統(tǒng)的自動(dòng)貼片機(jī)無(wú)法在這種腔體環(huán)境下正常工作。因此，我們選擇三軸高精度自動(dòng)焊錫設(shè)備，并附帶自動(dòng)焊接系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)的組合來(lái)開(kāi)展相應(yīng)的焊接工作，從而構(gòu)成基于精密焊接的自動(dòng)化錫焊系統(tǒng)。這種設(shè)備的作業(yè)動(dòng)作具有可調(diào)節(jié)性，能夠應(yīng)對(duì)多種多樣的焊接要求（設(shè)備示意圖如圖2所示）。該系統(tǒng)中的激光自動(dòng)錫球焊接系統(tǒng)能夠精確控制焊接參數(shù)，如激光功率；視覺(jué)系統(tǒng)則可以對(duì)焊接點(diǎn)位進(jìn)行精準(zhǔn)定位和檢測(cè)，確保焊接的準(zhǔn)確性和一致性。

圖2 激光自動(dòng)錫球焊接機(jī)設(shè)備展示

2 自動(dòng)焊接難點(diǎn)及解決

2.1拉尖問(wèn)題及解決

在手動(dòng)焊接過(guò)程中，每個(gè)焊點(diǎn)焊接完畢后，操作人員可以手動(dòng)清理烙鐵頭上殘留的焊錫，從而保證下一個(gè)焊點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)拉尖現(xiàn)象。但在基于機(jī)器人的自動(dòng)化錫焊工作中，無(wú)法進(jìn)行人工擦拭。在激光自動(dòng)錫球錫焊系統(tǒng)中，由于焊材是定量大小的錫球，不存在傳統(tǒng)焊錫的拉尖問(wèn)題。

對(duì)于傳統(tǒng)的烙鐵頭焊錫方式，在幾個(gè)焊點(diǎn)焊接完成后，烙鐵頭上會(huì)有一定的死錫積累。當(dāng)遇到下一個(gè)焊點(diǎn)是小焊盤(pán)且對(duì)烙鐵頭上死錫殘存量要求極為苛刻時(shí)，需要對(duì)準(zhǔn)烙鐵頭焊接面強(qiáng)力吹風(fēng)進(jìn)行吹錫處理，以此達(dá)到清理效果，避免因殘存死錫而影響下一個(gè)焊點(diǎn)的焊接效果。

在進(jìn)行大焊盤(pán)的點(diǎn)位焊接時(shí)，傳統(tǒng)烙鐵焊錫由于需要增加送錫量，不可避免地要延長(zhǎng)焊接時(shí)間。這會(huì)導(dǎo)致焊錫流淌到焊盤(pán)邊緣的時(shí)間變長(zhǎng)，隨著焊錫溫度降低或者其中助焊劑成分的揮發(fā)，就會(huì)產(chǎn)生拉尖現(xiàn)象。并且，長(zhǎng)時(shí)間的焊接會(huì)使器件受熱影響增大。針對(duì)這種情況，采用拖焊的方式可以有效改善焊接質(zhì)量。而激光自動(dòng)錫球焊錫機(jī)則無(wú)需擔(dān)憂此類問(wèn)題，其通過(guò)精確控制錫球的供給和激光能量，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大焊盤(pán)的高質(zhì)量焊接，避免了因焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的拉尖問(wèn)題。

圖3 焊接設(shè)備及焊接效果圖

2.2 虛焊問(wèn)題及解決

在對(duì)較小焊盤(pán)點(diǎn)位進(jìn)行焊接時(shí)，由于焊盤(pán)面積小，送錫量也隨之減少。傳統(tǒng)的烙鐵頭焊錫為了保證焊接質(zhì)量，不僅要在焊前進(jìn)行吹錫以去除死錫，還需要采取特殊處理措施來(lái)防止漏焊、虛焊現(xiàn)象。因?yàn)槿廴诤噶系谋砻鎻埩?huì)使熔融焊料立即聚結(jié)成圓珠狀的液滴。

在焊接工作過(guò)程中，錫絲首先送到高溫的烙鐵頭上熔融，然后流到焊盤(pán)上完成焊接。但是，較少量的熔融焊料自身重力過(guò)小，如果無(wú)法克服表面張力，就會(huì)導(dǎo)致焊料不能順利流淌到焊盤(pán)上，從而形成虛焊、漏焊現(xiàn)象，并且還會(huì)影響下一個(gè)焊點(diǎn)的焊接工作。為解決這一問(wèn)題，傳統(tǒng)烙鐵頭焊錫需要注意對(duì)送錫速度和時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)在錫絲一端形成助焊劑球，以此增加焊料的潤(rùn)濕性能，降低其表面張力，使焊料能夠順利流淌到焊盤(pán)上完成焊接。

作為先進(jìn)的激光工藝，激光自動(dòng)錫球錫焊系統(tǒng)特別適合微小焊盤(pán)的焊接。在該系統(tǒng)中，激光能量精確聚焦在焊接部位，使錫球迅速熔化并在表面張力和潤(rùn)濕作用下均勻地鋪展在焊盤(pán)上，與元器件引腳形成良好的連接。其精確的能量控制和錫球供給機(jī)制能夠有效避免因焊料不足或分布不均導(dǎo)致的虛焊問(wèn)題，確保每個(gè)焊點(diǎn)的質(zhì)量。

這里對(duì)潤(rùn)濕現(xiàn)象進(jìn)行定量解釋。分子由原子組成，而原子由帶正電的原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子組成。分子之間既存在靜引電力（包括引力和斥力）和運(yùn)動(dòng)電荷間的磁力，又存在萬(wàn)有引力。這些力的綜合作用決定了焊料在焊盤(pán)上的潤(rùn)濕情況。

在激光自動(dòng)錫球焊錫過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化激光參數(shù)，可以調(diào)節(jié)焊接區(qū)域的溫度和能量分布，從而影響這些力的平衡，實(shí)現(xiàn)更好的潤(rùn)濕效果，提高焊接質(zhì)量。

激光自動(dòng)錫球焊錫機(jī)精密焊接案例展示

2.3 金脆問(wèn)題及解決

在本項(xiàng)目中，一些待焊接元器件引腳含有鍍金成分。在焊接時(shí)，金與鉛錫焊料的相容性非常好，金在熔融狀態(tài)下的錫鉛合金中屬于可熔金屬。從幾種常見(jiàn)材料在錫鉛料中的溶解情況（如下表所示）可以看出，金在錫鉛焊料中最先溶解，形成金錫合金。

在室溫范圍內(nèi)，金-錫（Au-Sn）擴(kuò)散中至多可能出現(xiàn)的中間相依次為：β（Au10Sn），ζ，ζ'（Au5Sn），δ（AuSn），ε（AuSn2），η（AuSn4）。從擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)角度解釋，先是Au在Sn中通過(guò)間隙擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行快速擴(kuò)散，其次AuSn4結(jié)構(gòu)與Sn晶格較接近，只是Au處于間隙位置同時(shí)產(chǎn)生了一定缺陷，發(fā)生Sn-AuSn4相變得阻力較小，所以AuSn4相的形核與長(zhǎng)大可以容易且快速地發(fā)生。對(duì)于AuSn4相的生長(zhǎng)過(guò)程，主要受Au進(jìn)入Sn的晶界擴(kuò)散所控制，會(huì)出現(xiàn)層狀或羽狀生長(zhǎng)。Au-Sn化合物的維式硬度達(dá)到750，僅次于玻璃，硬脆性較高，合金焊點(diǎn)承載能力有限，會(huì)使結(jié)合部的性能變脆，力學(xué)強(qiáng)度下降，產(chǎn)生金脆現(xiàn)象。因此，需要進(jìn)行去金處理以降低金的相對(duì)濃度。

對(duì)于元器件的引線，本項(xiàng)目采用浸錫法去金處理，使用流動(dòng)的焊料溶液來(lái)實(shí)施。在操作過(guò)程中，搪錫去金的溫度和時(shí)間是關(guān)鍵工藝參數(shù)，需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，以免對(duì)元器件造成損壞。通過(guò)對(duì)搪錫前后效果進(jìn)行對(duì)比（如圖5所示），可以清晰地看到去金處理對(duì)改善焊接質(zhì)量的顯著效果，有效避免了金脆問(wèn)題對(duì)焊點(diǎn)性能的影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了激光自動(dòng)錫球焊錫設(shè)備在工作中影響焊接質(zhì)量的幾個(gè)關(guān)鍵因素，包括拉尖、虛焊和金脆問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方法。通過(guò)巧妙利用熔融焊料的表面張力和潤(rùn)濕現(xiàn)象，以實(shí)際項(xiàng)目為背景，詳細(xì)列舉了現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的狀況并給出了解決方案。經(jīng)過(guò)大量的焊接實(shí)踐工作驗(yàn)證，該設(shè)備的焊接結(jié)果可靠、穩(wěn)定，完全符合要求，為提高貼片元件自動(dòng)焊接質(zhì)量提供了有力保障，展現(xiàn)了激光自動(dòng)錫球焊錫機(jī)在電子制造領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步探索優(yōu)化激光焊接參數(shù)和工藝，以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的焊接場(chǎng)景和更高質(zhì)量要求的電子裝配任務(wù)。

本文由大研智造撰寫(xiě)，專注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務(wù)為一體的高精度激光錫球焊錫機(jī)技術(shù)廠家，擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請(qǐng)通過(guò)大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來(lái)我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇