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，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裝都是通過錫焊完成的。然而，隨著錫焊對象體積不斷縮小，新的問題層出不窮，這些問題是傳統(tǒng)錫焊未曾面臨的。特別是焊料成分、熔點、純度、形狀、供給方法以及加熱方法等一系列工藝影響因素，都對錫焊質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。在焊接過程中，必須巧妙利用熔融焊料的表面張力和潤濕等特性，才能實現(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。手工焊存在焊點質(zhì)量不穩(wěn)定、工作效率低下、工作質(zhì)量差等問題，而激光自動焊錫機(jī)為提升錫焊質(zhì)量提供了新的途徑?；诖?，自動化錫焊技術(shù)成為必然發(fā)展趨勢，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“微波接插件自動化生產(chǎn)線”這一實際項目為例，本項目中待加工生產(chǎn)的產(chǎn)品形狀為腔體（如圖1所示）。

圖1 焊接樣件展示

由于待焊接加工點位處于腔體內(nèi)，使得焊接難度顯著增加，傳統(tǒng)的自動貼片機(jī)無法在這種腔體環(huán)境下正常工作。因此，我們選擇三軸高精度自動焊錫設(shè)備，并附帶自動焊接系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)的組合來開展相應(yīng)的焊接工作，從而構(gòu)成基于精密焊接的自動化錫焊系統(tǒng)。這種設(shè)備的作業(yè)動作具有可調(diào)節(jié)性，能夠應(yīng)對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；視覺系統(tǒng)則可以對焊接點位進(jìn)行精準(zhǔn)定位和檢測，確保焊接的準(zhǔn)確性和一致性。

圖2 激光自動錫球焊接機(jī)設(shè)備展示

2 自動焊接難點及解決

2.1拉尖問題及解決

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

對于傳統(tǒng)的烙鐵頭焊錫方式，在幾個焊點焊接完成后，烙鐵頭上會有一定的死錫積累。當(dāng)遇到下一個焊點是小焊盤且對烙鐵頭上死錫殘存量要求極為苛刻時，需要對準(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焊點的焊接效果。

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

圖3 焊接設(shè)備及焊接效果圖

2.2 虛焊問題及解決

在對較小焊盤點位進(jìn)行焊接時，由于焊盤面積小，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防止漏焊、虛焊現(xiàn)象。因為熔融焊料的表面張力會使熔融焊料立即聚結(jié)成圓珠狀的液滴。

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

作為先進(jìn)的激光工藝，激光自動錫球錫焊系統(tǒng)特別適合微小焊盤的焊接。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濕作用下均勻地鋪展在焊盤上，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)致的虛焊問題，確保每個焊點的質(zhì)量。

這里對潤濕現(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動的帶負(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）和運動電荷間的磁力，又存在萬有引力。這些力的綜合作用決定了焊料在焊盤上的潤濕情況。

在激光自動錫球焊錫過程中，通過優(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，實現(xiàn)更好的潤濕效果，提高焊接質(zhì)量。

激光自動錫球焊錫機(jī)精密焊接案例展示

2.3 金脆問題及解決

在本項目中，一些待焊接元器件引腳含有鍍金成分。在焊接時，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)散動力學(xué)角度解釋，先是Au在Sn中通過間隙擴(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相的形核與長大可以容易且快速地發(fā)生。對于AuSn4相的生長過程，主要受Au進(jìn)入Sn的晶界擴(kuò)散所控制，會出現(xiàn)層狀或羽狀生長。Au-Sn化合物的維式硬度達(dá)到750，僅次于玻璃，硬脆性較高，合金焊點承載能力有限，會使結(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濃度。

對于元器件的引線，本項目采用浸錫法去金處理，使用流動的焊料溶液來實施。在操作過程中，搪錫去金的溫度和時間是關(guān)鍵工藝參數(shù)，需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，以免對元器件造成損壞。通過對搪錫前后效果進(jìn)行對比（如圖5所示），可以清晰地看到去金處理對改善焊接質(zhì)量的顯著效果，有效避免了金脆問題對焊點性能的影響。

3 結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了激光自動錫球焊錫設(shè)備在工作中影響焊接質(zhì)量的幾個關(guān)鍵因素，包括拉尖、虛焊和金脆問題，并針對這些問題提出了相應(yīng)的解決方法。通過巧妙利用熔融焊料的表面張力和潤濕現(xiàn)象，以實際項目為背景，詳細(xì)列舉了現(xiàn)場出現(xiàn)的狀況并給出了解決方案。經(jīng)過大量的焊接實踐工作驗證，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焊接質(zhì)量提供了有力保障，展現(xiàn)了激光自動錫球焊錫機(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)對更復(fù)雜的焊接場景和更高質(zhì)量要求的電子裝配任務(wù)。

本文由大研智造撰寫，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。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，請通過大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來我司參觀、試機(jī)、免費打樣。

審核編輯 黃宇