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，而激光自動焊錫機為提升錫焊質(zhì)量提供了新的途徑。基于此，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行精準定位和檢測，確保焊接的準確性和一致性。

圖2 激光自動錫球焊接機設(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。但在基于機器人的自動化錫焊工作中，無法進行人工擦拭。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，需要對準烙鐵頭焊接面強力吹風進行吹錫處理，以此達到清理效果，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則無需擔憂此類問題，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行嚴格控制，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制能夠有效避免因焊料不足或分布不均導致的虛焊問題，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）。從擴散動力學角度解釋，先是Au在Sn中通過間隙擴散機制進行快速擴散，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進入Sn的晶界擴散所控制，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，力學強度下降，產(chǎn)生金脆現(xiàn)象。因此，需要進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)，需要進行嚴格控制，以免對元器件造成損壞。通過對搪錫前后效果進行對比（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在電子制造領(lǐng)域的巨大應用潛力。在未來的研究中，可以進一步探索優(yōu)化激光焊接參數(shù)和工藝，以應對更復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)于激光焊錫機在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應用，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、免費打樣。

審核編輯 黃宇