隨著表面貼裝技術(shù)工藝的日趨成熟，對波峰焊托盤在混裝電路板組裝的應(yīng)用要求也越來越高，托盤的使用也帶來一些工藝問題，通過對托盤的選材及其應(yīng)用的介紹，力求從托盤加工制作、PCB 設(shè)計(jì)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)波峰托盤在電子產(chǎn)品組裝焊接應(yīng)用。

隨著表面貼裝技術(shù)工藝的日趨成熟，對波峰焊托盤在混裝電路板組裝的應(yīng)用要求也越來越高，托盤的使用也帶來一些工藝問題，通過對托盤的選材及其應(yīng)用的介紹，力求從托盤加工制作、PCB 設(shè)計(jì)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)波峰托盤在電子產(chǎn)品組裝焊接應(yīng)用。

技術(shù)應(yīng)用

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1問題的提出

近年來由于 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，對托盤應(yīng)用要求越來越高，主要體現(xiàn)在：

1.1 組裝工藝需要：線路板上貼片元件用得越來越多，但有些大電解電容、連接件卻因材料成本及焊接強(qiáng)度不夠，仍然需要一些通孔元件。雙面多層板元器件越來越密集，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,難于滿足焊接質(zhì)量要求。對于此兩類板子，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購買選擇性焊接設(shè)備，或者是這種類型的線路板數(shù)量太少，專門購買選擇性焊接設(shè)備昂貴不劃算，或即使買了選擇性波峰焊設(shè)備因其生產(chǎn)效率低瓶頸乃未得到有效解決，而通過托盤對一些底部元器件進(jìn)行焊接保護(hù)，可以用波峰焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的選擇性焊接，生產(chǎn)速度快，適應(yīng)高產(chǎn)能需求。

1.2 成本工藝需要：線路板在組裝制程中需要工藝夾持邊，有些器件因結(jié)構(gòu)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，省工藝邊托盤的采用可以減少甚至完全去除輔助工藝邊，以達(dá)到節(jié)省材料成本的作用。此外，無鉛焊接要求焊接溫度更高。線路板在焊接過程中更容易彎曲，托盤能在焊接過程中對線路板提供最大的保護(hù)并防止彎板。

1.3 生產(chǎn)效率需要：如何讓同樣設(shè)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(jī)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(jī)組裝線就必需配置多條插件線及其對應(yīng)的波峰焊機(jī)和基板線，采用波峰焊托盤工藝，不但能實(shí)現(xiàn)同類小板多聯(lián)過板，而且能實(shí)現(xiàn)不同功能板多拼過板，以提高并發(fā)揮聯(lián)裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

然而，也正是波峰托盤的廣泛應(yīng)用，承載PCB的托盤由于托盤厚度及其遮蔽效應(yīng)的影響也會帶來的工藝難題，如托盤選型不當(dāng)，加工不妥，又沒有PCB設(shè)計(jì)師的支持和相應(yīng)波峰焊工藝參數(shù)匹配，在波峰焊接中容易出現(xiàn)諸如連焊（橋接）、漏焊（空焊）錫珠和通孔上錫爬升等焊接質(zhì)量問題，因此，做好波峰托盤相關(guān)管制對焊接及其應(yīng)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(shù)據(jù)量化，工藝工程師參考，以期減少波峰焊接缺陷，推進(jìn)托盤在波峰焊接技術(shù)應(yīng)用

2波峰焊托盤簡介

2.1 托盤（治具）功能：波峰焊托盤是一種承載保護(hù) PCB 及其元件的工裝治具，除了傳統(tǒng)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(hù)元件，提升品質(zhì)，提高生產(chǎn)效率的功能。一般托盤由圖 1 的幾個要件構(gòu)成。

2.2 治具材料：為了最大程度地延長托盤的使用壽命，托盤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(yīng)無鉛焊接的要求。主材一般具有尺寸穩(wěn)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)氧樹脂板，電木板等。電子產(chǎn)品的無鉛組裝焊接由于高溫焊接需要，通常選用合成石和環(huán)氧樹脂板FR4，極少數(shù)采用電木板材料。合成石是一種經(jīng)過特別處理過的玻璃纖維化合物，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，價格較高，一般可重復(fù)過板 1-2 萬次無問題，適用大批量生產(chǎn)。進(jìn)口的環(huán)氧樹脂板FR4，相對合成石，較易變形，無靜電防護(hù)，但較好加工，耐熱性能足夠，設(shè)計(jì)得好，也能過板近萬次，但價格較低相對較低，也適用批量生產(chǎn)，因此性價比較高，建議電子產(chǎn)品組裝行業(yè)推薦使用。

2.3 用途分類：主要可分為兩大類，一類是防焊托盤，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，過波峰焊接時保護(hù)貼片元件，避免焊點(diǎn)二次熔化；另一類是拼板托盤，以提高生產(chǎn)效率為目的，其用于同類拼板或不同 PCB 同時過波峰焊接，再一類是輔助托盤，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(guī)則 PCB 過板焊接。各種用途的托盤圖示見參見表一。

各類波峰焊托盤均兼有緩解PCB受熱變形作用，對PCBTOP面的工藝邊無特殊要求，節(jié)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用綜合托盤，更是錦

上添花，一舉兩得。

3波峰焊托盤工藝制程及工藝參數(shù)建議

3.1 工藝流程：SMT 半成品→檢查→裝載托盤手插通孔件→波峰焊接→取板及托盤返回→執(zhí)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?jiān)犬愇?，才能?shí)施插件和過波峰焊。

3.2 波峰焊工藝參數(shù)：由于采用載具過波峰焊，在PCB吸熱及助焊劑涂敷范圍等方面與普通PCB過板相比，工藝參數(shù)略有差別。首先波峰焊接開窗范圍比托盤面積小，助焊劑噴霧范圍可根據(jù)有效需求面積適當(dāng)調(diào)小，以節(jié)省助焊劑使用量；其次由于大部分托盤都比較厚，吸熱大，波峰焊預(yù)熱溫度和波峰高度可適當(dāng)提高些，以緩解熱量損失，增強(qiáng)通孔爬升能力：

3.3 托盤的管理與維護(hù)：托盤有使用壽命與其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)焊接溫度重復(fù)間隔時間使用焊焊劑清洗劑類型以及日常管理都有很大關(guān)系。制程中托盤應(yīng)注意輕拿輕放，豎立有序存放，并做好防震運(yùn)輸措施。專人管理，定期檢驗(yàn)，維護(hù)、清洗和標(biāo)識。建議使用中性清洗劑，如肥皂水，有條件的可用超聲波機(jī)器清洗，如發(fā)現(xiàn)不良的應(yīng)及時送修或報(bào)廢。

4波峰焊托盤的設(shè)計(jì)加工和制作流程

4.1 設(shè)計(jì)加工控制要點(diǎn)：

4.1.1 托盤材質(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使用壽命。參照產(chǎn)品工藝和生產(chǎn)周期選擇托盤的材質(zhì)合成石（以合成石和環(huán)氧樹脂板居多），拼板類托盤厚度主要評估強(qiáng)度，通常 4-5mm。防焊功能的托盤則要根據(jù) 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選擇，一般在 5-8mm 為宜。

4.1.2 托盤外形通常呈有 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夾持邊板上四周防護(hù)條確定元件壓扣的設(shè)計(jì)；盡量均勻分布，受力均衡（參見圖 1）。

4.1.3 托盤的鑲嵌與保護(hù)制作：注意保持托盤中線路板的平整。如果在線路板和托盤之間有縫隙，焊料、焊劑就會侵入縫隙。PCB嵌入托盤后，建議略高于托盤上表面，以確保壓扣彈力更有效(如厚度 1.6mm的PCB通常沉深 1.5mm)；托盤保護(hù)厚度大于 1mm，SMD元件保護(hù)間隙大于 0.5mm。（參見圖 2）

4.1.4 托盤設(shè)計(jì)時應(yīng)盡可能的加大開口，開口邊緣坡度、及其導(dǎo)錫坡度 45-60°，以方便焊錫的流動，讓更多的能量進(jìn)到焊接區(qū)域。

4.1.5 只要不影響SMD“遮蔽厚度”和托盤機(jī)械強(qiáng)度，建議托盤加導(dǎo)錫槽，這些導(dǎo)錫槽將引導(dǎo)焊錫到托盤開口的位子，同時也引導(dǎo)焊錫回流至錫缸，大大改善了焊錫的流動性。 （參見圖 3）

4.1.6 托盤拖錫片的添加與設(shè)計(jì)：有時帶防焊載具波峰焊過板，因工藝布局較復(fù)雜，過板時易產(chǎn)生連焊，在托盤設(shè)計(jì)加工上，可參照 PCB竅錫焊盤的設(shè)計(jì)原理，在缺陷處相應(yīng)托盤上尾部加入拖錫片，以消除連焊。

4.2 制作及驗(yàn)證流程：見圖 4

5PCB 防焊設(shè)計(jì)支持

如采用防焊托盤式選擇性波峰焊的，為方便托盤的設(shè)計(jì)加工，延長使用壽命，研發(fā)設(shè)計(jì)師需要對 PCB 做好選擇焊設(shè)計(jì)支持，同時工藝技術(shù)人員要在工程驗(yàn)證（EVT）和設(shè)計(jì)驗(yàn)證（DVT）兩階段進(jìn)行可制造性審核，并預(yù)生產(chǎn)（PVT）階段得以驗(yàn)證。PCB防焊設(shè)計(jì)及審核要點(diǎn)主要是：

5.1 貼片元件類與通孔插件類都盡量同類靠近，相對集中，兩類分開布放 PCB 較獨(dú)立的區(qū)域（見圖 3），避免屏蔽的貼片元件與通孔插件無規(guī)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(dāng)?shù)目障?，待波峰焊的焊通孔插件與要遮蔽的貼片元件相鄰焊盤外沿間距最小間距也為 4mm（推薦 5mm），以改善了焊錫的流動性。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?yàn)檫@會造成避免陰影效應(yīng)和上錫困難

5.4 除連接器或大電解電容，焊點(diǎn)強(qiáng)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(shè)計(jì)師不可更改插件區(qū)數(shù)據(jù)或在該區(qū)布放貼片器件,以提高治具利用率。（見圖 5）

6波峰焊治具應(yīng)用案例

為了提高生產(chǎn)效率，通過原本只有 300mm 的手插線改造成可調(diào)寬 350mm，結(jié)合波峰焊臺波峰觜寬度 350mm，可同時生產(chǎn)兩塊及以上 PCB 板，一方面可提升波峰焊機(jī)的將近一倍的產(chǎn)能，另一方面，也可實(shí)現(xiàn)不同功能板同時生產(chǎn)，以適應(yīng)產(chǎn)品多板組裝需要。在實(shí)際應(yīng)用中，須注意以下問題：

6.1 PCB 厚度一致，不同類板其波峰焊機(jī)工藝參數(shù)基本兼容；

6.2 PCB 基板、物料及 SMT 等產(chǎn)銷安排統(tǒng)籌計(jì)劃；

6.3 手插線工位及其工藝安排得當(dāng)合理；

6.4 結(jié)合波峰焊托盤多年應(yīng)用，除小板拼板生產(chǎn)外，建議采用一機(jī)雙板過波峰焊，以緩解以上問題出現(xiàn)，也利于波峰焊后基板線的雙邊作業(yè)。

7結(jié)束語

混裝電路板組裝工藝的日趨成熟，利用防焊托盤式選擇性波峰焊接工藝成為解決混裝電路板工藝首選，同時波峰焊托盤必將在電子產(chǎn)品組裝焊接工藝中發(fā)揮并得到廣泛應(yīng)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(shè)計(jì)師做好 PCB 設(shè)計(jì)布局支持，并通過精心設(shè)計(jì)加工和制作托盤，輔于相應(yīng)的波峰焊工藝，波峰焊接托盤在解決工藝問題中將更加得心應(yīng)手，在未來的應(yīng)用領(lǐng)域也將更加寬廣。

文章來源:電子制造技術(shù)