隨著(zhù)表面貼裝技術(shù)工藝的日趨成熟，對波峰焊托盤(pán)在混裝電路板組裝的應用要求也越來(lái)越高，托盤(pán)的使用也帶來(lái)一些工藝問(wèn)題，通過(guò)對托盤(pán)的選材及其應用的介紹，力求從托盤(pán)加工制作、PCB 設計要求等方面提出解決方案，做出量化管理和控制，以提高波峰焊接質(zhì)量，推進(jìn)波峰托盤(pán)在電子產(chǎn)品組裝焊接應用。
隨著(zhù)表面貼裝技術(shù)工藝的日趨成熟，對波峰焊托盤(pán)在混裝電路板組裝的應用要求也越來(lái)越高，托盤(pán)的使用也帶來(lái)一些工藝問(wèn)題，通過(guò)對托盤(pán)的選材及其應用的介紹，力求從托盤(pán)加工制作、PCB 設計要求等方面提出解決方案，做出量化管理和控制，以提高波峰焊接質(zhì)量，推進(jìn)波峰托盤(pán)在電子產(chǎn)品組裝焊接應用。
技術(shù)應用
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1問(wèn)題的提出
近年來(lái)由于 SMT 及其組裝工藝和企業(yè)制造成本、生產(chǎn)效率成本的需要，對托盤(pán)應用要求越來(lái)越高，主要體現在：
1.1 組裝工藝需要：線(xiàn)路板上貼片元件用得越來(lái)越多，但有些大電解電容、連接件卻因材料成本及焊接強度不夠，仍然需要一些通孔元件。雙面多層板元器件越來(lái)越密集，小封裝（0402、0201）和小間距（PITCH<0.63mm）貼片IC日益增多，采用點(diǎn)（?。┠z+波峰焊工藝,難于滿(mǎn)足焊接質(zhì)量要求。對于此兩類(lèi)板子，選擇性焊接似乎是最好的解決辦法，但不是每家公司都充裕的資金來(lái)購買(mǎi)選擇性焊接設備，或者是這種類(lèi)型的線(xiàn)路板數量太少，專(zhuān)門(mén)購買(mǎi)選擇性焊接設備昂貴不劃算，或即使買(mǎi)了選擇性波峰焊設備因其生產(chǎn)效率低瓶頸乃未得到有效解決，而通過(guò)托盤(pán)對一些底部元器件進(jìn)行焊接保護，可以用波峰焊設備實(shí)現對產(chǎn)品的選擇性焊接，生產(chǎn)速度快，適應高產(chǎn)能需求。
1.2 成本工藝需要：線(xiàn)路板在組裝制程中需要工藝夾持邊，有些器件因結構需要伸出板外，需要更寬的PCB工藝邊，而目前雙面多層板PCB板材寸土寸金，省工藝邊托盤(pán)的采用可以減少甚至完全去除輔助工藝邊，以達到節省材料成本的作用。此外，無(wú)鉛焊接要求焊接溫度更高。線(xiàn)路板在焊接過(guò)程中更容易彎曲，托盤(pán)能在焊接過(guò)程中對線(xiàn)路板提供最大的保護并防止彎板。
1.3 生產(chǎn)效率需要：如何讓同樣設備獲取更高更多產(chǎn)能，是老板們關(guān)注的課題之一。在電子行業(yè)尤其是自主研發(fā)或 ODM 家電行業(yè)，尤其是平板電視等到家電產(chǎn)品，一臺整機需要多塊不同功能的部件板，要做到 JIT 生產(chǎn)制，則一條整機組裝線(xiàn)就必需配置多條插件線(xiàn)及其對應的波峰焊機和基板線(xiàn)，采用波峰焊托盤(pán)工藝，不但能實(shí)現同類(lèi)小板多聯(lián)過(guò)板，而且能實(shí)現不同功能板多拼過(guò)板，以提高并發(fā)揮聯(lián)裝生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率。
然而，也正是波峰托盤(pán)的廣泛應用，承載PCB的托盤(pán)由于托盤(pán)厚度及其遮蔽效應的影響也會(huì )帶來(lái)的工藝難題，如托盤(pán)選型不當，加工不妥，又沒(méi)有PCB設計師的支持和相應波峰焊工藝參數匹配，在波峰焊接中容易出現諸如連焊（橋接）、漏焊（空焊）錫珠和通孔上錫爬升等焊接質(zhì)量問(wèn)題，因此，做好波峰托盤(pán)相關(guān)管制對焊接及其應用，至關(guān)重要。本文將就這幾方面提出解決方案，力求給出數據量化，工藝工程師參考，以期減少波峰焊接缺陷，推進(jìn)托盤(pán)在波峰焊接技術(shù)應用
2波峰焊托盤(pán)簡(jiǎn)介
2.1 托盤(pán)（治具）功能：波峰焊托盤(pán)是一種承載保護 PCB 及其元件的工裝治具，除了傳統的防止 PCB變形，輔助支撐和定位的作用，還具有改善工藝，保護元件，提升品質(zhì)，提高生產(chǎn)效率的功能。一般托盤(pán)由圖 1 的幾個(gè)要件構成。
2.2 治具材料：為了最大程度地延長(cháng)托盤(pán)的使用壽命，托盤(pán)的制作材料必須能承受高溫及惡劣的工藝條件，特別是適應無(wú)鉛焊接的要求。主材一般具有尺寸穩定性高，良好的抗熱沖擊能力，在多次使用后仍能保持平整，耐腐蝕（助焊劑和清洗劑）和不吸潮等特點(diǎn)。常用的材料合成石，環(huán)氧樹(shù)脂板，電木板等。電子產(chǎn)品的無(wú)鉛組裝焊接由于高溫焊接需要，通常選用合成石和環(huán)氧樹(shù)脂板FR4，極少數采用電木板材料。合成石是一種經(jīng)過(guò)特別處理過(guò)的玻璃纖維化合物，是石油的附屬產(chǎn)品。具有耐熱高、不變形，不易加工特點(diǎn)，但加工精度高，價(jià)格較高，一般可重復過(guò)板 1-2 萬(wàn)次無(wú)問(wèn)題，適用大批量生產(chǎn)。進(jìn)口的環(huán)氧樹(shù)脂板FR4，相對合成石，較易變形，無(wú)靜電防護，但較好加工，耐熱性能足夠，設計得好，也能過(guò)板近萬(wàn)次，但價(jià)格較低相對較低，也適用批量生產(chǎn)，因此性?xún)r(jià)比較高，建議電子產(chǎn)品組裝行業(yè)推薦使用。
2.3 用途分類(lèi)：主要可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是防焊托盤(pán)，以提升制程工藝質(zhì)量為目的。其用于波峰焊接面采用錫膏回流工藝，過(guò)波峰焊接時(shí)保護貼片元件，避免焊點(diǎn)二次熔化；另一類(lèi)是拼板托盤(pán)，以提高生產(chǎn)效率為目的，其用于同類(lèi)拼板或不同 PCB 同時(shí)過(guò)波峰焊接，再一類(lèi)是輔助托盤(pán)，以其他組裝工藝需求為目的。其用于板上元件輔助定位以及不規則 PCB 過(guò)板焊接。各種用途的托盤(pán)圖示見(jiàn)參見(jiàn)表一。
各類(lèi)波峰焊托盤(pán)均兼有緩解PCB受熱變形作用，對PCBTOP面的工藝邊無(wú)特殊要求，節省PCB材料成本。如因工藝需要，將三種功能用途合一的波峰焊萬(wàn)用綜合托盤(pán)，更是錦
上添花，一舉兩得。
3波峰焊托盤(pán)工藝制程及工藝參數建議
3.1 工藝流程：SMT 半成品→檢查→裝載托盤(pán)手插通孔件→波峰焊接→取板及托盤(pán)返回→執錫→裝配→功能檢查測試→部件板包裝。制程中 SMT/AI 完成 PCBA 半成品后，在手插器件裝板治具工序須檢查清理治具殘渣等異物，才能實(shí)施插件和過(guò)波峰焊。
3.2 波峰焊工藝參數：由于采用載具過(guò)波峰焊，在PCB吸熱及助焊劑涂敷范圍等方面與普通PCB過(guò)板相比，工藝參數略有差別。首先波峰焊接開(kāi)窗范圍比托盤(pán)面積小，助焊劑噴霧范圍可根據有效需求面積適當調小，以節省助焊劑使用量；其次由于大部分托盤(pán)都比較厚，吸熱大，波峰焊預熱溫度和波峰高度可適當提高些，以緩解熱量損失，增強通孔爬升能力：
3.3 托盤(pán)的管理與維護：托盤(pán)有使用壽命與其設計結構焊接溫度重復間隔時(shí)間使用焊焊劑清洗劑類(lèi)型以及日常管理都有很大關(guān)系。制程中托盤(pán)應注意輕拿輕放，豎立有序存放，并做好防震運輸措施。專(zhuān)人管理，定期檢驗，維護、清洗和標識。建議使用中性清洗劑，如肥皂水，有條件的可用超聲波機器清洗，如發(fā)現不良的應及時(shí)送修或報廢。
4波峰焊托盤(pán)的設計加工和制作流程
4.1 設計加工控制要點(diǎn)：
4.1.1 托盤(pán)材質(zhì)和厚度：治具材料和厚度的正確選用可防止治具變形和延長(cháng)使用壽命。參照產(chǎn)品工藝和生產(chǎn)周期選擇托盤(pán)的材質(zhì)合成石（以合成石和環(huán)氧樹(shù)脂板居多），拼板類(lèi)托盤(pán)厚度主要評估強度，通常 4-5mm。防焊功能的托盤(pán)則要根據 PCB 板厚及其在治具的定位深度+BOTTOM 面的貼片元件高度+防焊遮蔽厚度和余量來(lái)選擇，一般在 5-8mm 為宜。
4.1.2 托盤(pán)外形通常呈有 R 角矩形，推薦四周有 5mm 寬的軌道邊四角均用倒角以利傳輸順暢傳動(dòng)夾持邊板上四周防護條確定元件壓扣的設計；盡量均勻分布，受力均衡（參見(jiàn)圖 1）。
4.1.3 托盤(pán)的鑲嵌與保護制作：注意保持托盤(pán)中線(xiàn)路板的平整。如果在線(xiàn)路板和托盤(pán)之間有縫隙，焊料、焊劑就會(huì )侵入縫隙。PCB嵌入托盤(pán)后，建議略高于托盤(pán)上表面，以確保壓扣彈力更有效(如厚度 1.6mm的PCB通常沉深 1.5mm)；托盤(pán)保護厚度大于 1mm，SMD元件保護間隙大于 0.5mm。（參見(jiàn)圖 2）
4.1.4 托盤(pán)設計時(shí)應盡可能的加大開(kāi)口，開(kāi)口邊緣坡度、及其導錫坡度 45-60°，以方便焊錫的流動(dòng)，讓更多的能量進(jìn)到焊接區域。
4.1.5 只要不影響SMD“遮蔽厚度”和托盤(pán)機械強度，建議托盤(pán)加導錫槽，這些導錫槽將引導焊錫到托盤(pán)開(kāi)口的位子，同時(shí)也引導焊錫回流至錫缸，大大改善了焊錫的流動(dòng)性。 （參見(jiàn)圖 3）
4.1.6 托盤(pán)拖錫片的添加與設計：有時(shí)帶防焊載具波峰焊過(guò)板，因工藝布局較復雜，過(guò)板時(shí)易產(chǎn)生連焊，在托盤(pán)設計加工上，可參照 PCB竅錫焊盤(pán)的設計原理，在缺陷處相應托盤(pán)上尾部加入拖錫片，以消除連焊。
4.2 制作及驗證流程：見(jiàn)圖 4
5PCB 防焊設計支持
如采用防焊托盤(pán)式選擇性波峰焊的，為方便托盤(pán)的設計加工，延長(cháng)使用壽命，研發(fā)設計師需要對 PCB 做好選擇焊設計支持，同時(shí)工藝技術(shù)人員要在工程驗證（EVT）和設計驗證（DVT）兩階段進(jìn)行可制造性審核，并預生產(chǎn)（PVT）階段得以驗證。PCB防焊設計及審核要點(diǎn)主要是：
5.1 貼片元件類(lèi)與通孔插件類(lèi)都盡量同類(lèi)靠近，相對集中，兩類(lèi)分開(kāi)布放 PCB 較獨立的區域（見(jiàn)圖 3），避免屏蔽的貼片元件與通孔插件無(wú)規則分散布放，增加制作防焊治具的難度；
5.2 在通孔元件的引腳和沿邊四周留有適當的空隙，待波峰焊的焊通孔插件與要遮蔽的貼片元件相鄰焊盤(pán)外沿間距最小間距也為 4mm（推薦 5mm），以改善了焊錫的流動(dòng)性。也利于選擇焊接和治具制作；
5.3 避免在穿孔元件附近放置較大的元件，因為這會(huì )造成避免陰影效應和上錫困難
5.4 除連接器或大電解電容，焊點(diǎn)強度/電流有要求的元件外盡可能使用貼片元件；
5.5 PCB 波峰焊接面不宜布放厚度＞3.5mm 高外形貼片器件，以減少治具厚度，提高焊接質(zhì)量，降低治具成本。
5.6 一旦制作治具,未經(jīng)工藝允許,設計師不可更改插件區數據或在該區布放貼片器件,以提高治具利用率。（見(jiàn)圖 5）
6波峰焊治具應用案例
為了提高生產(chǎn)效率，通過(guò)原本只有 300mm 的手插線(xiàn)改造成可調寬 350mm，結合波峰焊臺波峰觜寬度 350mm，可同時(shí)生產(chǎn)兩塊及以上 PCB 板，一方面可提升波峰焊機的將近一倍的產(chǎn)能，另一方面，也可實(shí)現不同功能板同時(shí)生產(chǎn)，以適應產(chǎn)品多板組裝需要。在實(shí)際應用中，須注意以下問(wèn)題：
6.1 PCB 厚度一致，不同類(lèi)板其波峰焊機工藝參數基本兼容；
6.2 PCB 基板、物料及 SMT 等產(chǎn)銷(xiāo)安排統籌計劃；
6.3 手插線(xiàn)工位及其工藝安排得當合理；
6.4 結合波峰焊托盤(pán)多年應用，除小板拼板生產(chǎn)外，建議采用一機雙板過(guò)波峰焊，以緩解以上問(wèn)題出現，也利于波峰焊后基板線(xiàn)的雙邊作業(yè)。
7結束語(yǔ)
混裝電路板組裝工藝的日趨成熟，利用防焊托盤(pán)式選擇性波峰焊接工藝成為解決混裝電路板工藝首選，同時(shí)波峰焊托盤(pán)必將在電子產(chǎn)品組裝焊接工藝中發(fā)揮并得到廣泛應用。只要工藝工程師們盡早介入可制造性審核（DFM），協(xié)助配合設計師做好 PCB 設計布局支持，并通過(guò)精心設計加工和制作托盤(pán)，輔于相應的波峰焊工藝，波峰焊接托盤(pán)在解決工藝問(wèn)題中將更加得心應手，在未來(lái)的應用領(lǐng)域也將更加寬廣。
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