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選擇性焊接怎麼選:遮罩載具過波焊還是選擇性焊錫爐,從看板子、比做法到設計留空間的 5 個階段

選擇性焊接怎麼選:遮罩載具過波焊還是選擇性焊錫爐,從看板子、比做法到設計留空間的 5 個階段

板子上大多是 SMD、只有少數插件時,不能整片過波焊,就要「選擇性」地焊插件腳。常見兩條路:用遮罩載具蓋住不能碰錫的地方再過波焊,或用選擇性焊錫爐,以小噴嘴一個一個焊。遮罩載具能用現有的波焊機、產量高,但一個載具通常只能配一種設計、不能碰錫的零件要離開口遠一點,預熱與錫波高度都要重調;選擇性焊錫爐比較彈性,但噴嘴周圍也要留空間,插件腳的長度有限制。 本文談的是混合插件與 SMD 的板子,插件腳要用遮罩載具過波焊、還是用選擇性焊錫爐,以及兩種做法對設計的要求;選擇性焊錫爐的機型比較、參數設定與助焊劑選用,不在範圍內。分成 5 個階段:

  • 階段①|先看板子為什麼不能整片過波焊: 插件與 SMD 混在一起、背面 SMD 不能過錫、拼板會彎、兩面都有插件。
  • 階段②|兩條路: 遮罩載具過波焊,或選擇性焊錫爐。
  • 階段③|遮罩載具的條件與限制: 一個載具配一種設計、開口與留空、預熱與錫波高度。
  • 階段④|選擇性焊錫爐的設計規則: 噴嘴周圍留空、腳長、板邊留空。
  • 階段⑤|怎麼選與驗證: 產量、設計穩不穩、留空間夠不夠,之後看吃錫。

下面每個階段寫:怎麼做、公開資料怎麼說,有對應時再寫嘉鴻能幫的;來源、例外與整理放在文末的「備註」。此為一般情況,仍需視個案而定。

① 為什麼 混合板 插件與 SMD 都有 背面 SMD 不能過錫 拼板會彎 兩面有插件 要有:要焊的插件表 ② 兩條路 遮罩載具 過波焊 選擇性爐 小噴嘴焊 現有設備 能不能沿用 要有:候選的做法 ③ 遮罩載具 一種設計 一個載具 開口 不要太小 預熱錫波 要重調 要有:載具的條件 ④ 選擇性爐 噴嘴留空 周圍要空 腳長 有上限 板邊 要留空 要有:設計的規則 ⑤ 選與驗證 產量 高還是少量 設計 穩不穩 吃錫 看孔與短路 要有:選定的做法 示意圖,本文的整理
圖 1 選擇性焊接的五個階段:為什麼、兩條路、遮罩載具、選擇性焊錫爐、選與驗證(示意圖,本文的整理)

階段①:先看板子為什麼不能整片過波焊

怎麼做:

  • 插件與 SMD 混在一起:現在的設計大多是 SMD,但有些零件(例如蜂鳴器、開關、使用者會插拔的連接器)做不成 SMD(來源 3)。
  • 背面的 SMD 不能過錫:背面 SMD 不能過波焊,或是用雙面回焊、沒有點膠,過錫波時會被沖掉(來源 3)。
  • 拼板會彎:很寬的拼板只靠輸送帶的夾爪撐,可能會彎(來源 3)。
  • 兩面都有插件:兩面各用一個載具、過兩次波焊(來源 3)。
  • 先列清楚:把要焊的插件、它們周圍的 SMD 與距離列成一張表,後面兩條路都會用到(本文的整理)。

公開資料怎麼說: 一家電子製造研究公司在產業雜誌的專欄(2009 年 11 月)寫到:過去的板子大多照同一套流程,背面點膠貼 SMD、正面回焊、之後插件過波焊;現在大多數零件是 SMD,但有些零件(例如蜂鳴器、開關、使用者插拔的連接器)做不成 SMD,拼板又寬到難以控制平整,這些都推動了選擇性焊接;需要遮罩載具的原因包括背面 SMD 不能過波焊或沒有點膠會被錫波沖掉、拼板只靠夾爪撐會彎、兩面都有插件要各過一次(備註表 1)。

階段②:兩條路

怎麼做:

  • 遮罩載具過波焊:用載具蓋住不能碰錫的地方,只讓要焊的插件腳露出來過錫波(來源 2、3)。
  • 選擇性焊錫爐:用小噴嘴的錫波,只焊需要焊的地方(來源 4)。
  • 哪一條比較好:一位資深製程工程師在產業雜誌寫,插件與 SMD 都有的混合技術板子,選擇性焊錫是理想的選擇;但不是每家都有設備或產量,用載具蓋住 SMD 過波焊是可行的替代,產量高、週期短(來源 2)。
  • 能用現有設備:遮罩載具讓工廠可以沿用現有的波焊設備與製程經驗(來源 3)。
遮罩載具過波焊 整片錫波,只碰到開口 + 沿用現有波焊機 + 產量高、週期短 - 一個載具配一種設計 - 不過錫的零件要離遠 選擇性焊錫爐 小噴嘴,一處一處焊 + 只焊需要的地方 + 設計改了不用換載具 - 噴嘴周圍也要留空 - 腳長有上限 綠字=好處 紅字=限制 深藍=底面零件 示意圖,本文的整理;依來源二、三、四
圖 2 兩條路的比較:遮罩載具過波焊與選擇性焊錫爐(示意圖,本文的整理;依來源 2、3、4)

公開資料怎麼說: 一位資深製程工程師在產業雜誌的文章(2006 年 5 月)寫:插件與 SMD 都有的混合技術板子,選擇性焊錫是理想的選擇,但不是每家都有資本或產量轉換;用載具蓋住 SMD 再過波焊,產量高、週期短。前面那篇研究公司的專欄寫:遮罩載具讓製造商可以善用現有的設備與製程知識(備註表 1)。

嘉鴻能幫的:

  • 錫棒:商品頁寫錫棒主要用在電子組裝廠的波焊製程與電路板廠的噴錫製程。

階段③:遮罩載具的條件與限制

怎麼做:

  • 一個載具配一種設計:遮罩載具通常只能配一種板子,設計要先穩定,再大量投資;一個完整的應用通常不超過 10 個載具(來源 3)。
  • 不能碰錫的零件要離遠一點:錫會碰到整個開口範圍,所以不能過錫的零件要留比較大的距離(來源 3)。
  • 載具要貼緊:載具要完全貼住板子,錫才不會漏到該保護的地方(來源 3);開口周圍要留夠空的區域,讓載具的牆壓住板面(來源 1)。
  • 開口不要太小:一篇放在 IPC 網站上的論文,在一片多層厚板上、針對無鉛製程的記憶體模組連接器接地腳試驗:較小的開口缺點較多,7.62 mm 以上缺點率就沒有差別;訊號腳與錫鉛製程看不出開口大小的影響。作者結論是 7.62 mm 的開口對多數零件可以接受,前提是其他可製造性設計的條件也照做;電解電容可能要稍大的開口(來源 1)。
  • 開口也要對應留空:每一種開口大小,都要在插件焊墊周圍留對應的 SMD 禁置區,讓載具的牆能壓住板子(來源 1)。
  • 預熱與錫波高度要重調:載具增加熱容量,預熱溫度要調;錫波要流進載具的口袋,高度要比一般高(來源 3)。

公開資料怎麼說: 前面那篇研究公司的專欄寫:遮罩載具通常一個只能配一種設計,設計要相對穩定再大量投資,一個完整應用通常不超過 10 個;錫會碰到整個開口,所以不過錫的零件要留較大的距離;載具要完全貼住板子防漏錫;載具增加熱容量,預熱要調,錫波高度也要提高。一篇放在 IPC 網站上的論文寫:在一片多層的厚板上,無鉛製程的記憶體模組連接器接地腳,較小的 1.27 mm 開口缺點較多,開口越大缺點越少,到 7.62 mm(0.300 吋)以上缺點率沒有差別;訊號腳的開口大小對孔內吃錫沒有顯著影響,錫鉛製程的記憶體模組連接器也看不出開口大小的差別;作者結論是 7.62 mm 對多數零件可以接受,前提是其他設計條件也照做,電解電容可能要稍大的開口;試驗的載具厚 8 mm;每種開口都要對應插件焊墊周圍的 SMD 禁置區(備註表 2)。

嘉鴻能幫的:

  • 遮罩載具要客製時,嘉鴻的〈製程・治具設計〉頁寫「標準品解決不了的,交給我們評估、設計、做出來。」,請客戶傳照片或圖面,由工程部回覆做不做得出來、怎麼做。

階段④:選擇性焊錫爐的設計規則

怎麼做:

  • 噴嘴周圍留空:一家公司的選擇性焊接設計指引寫,用不沾錫的噴嘴時,噴嘴外緣到周圍零件或 SMD 焊墊要留 1 mm 以上(來源 4)。
  • 拖焊要更多空間:拖焊時,焊點中心到周圍零件要 4 mm 以上;用允許的較小噴嘴時,1 mm 也可以(來源 4)。
  • 插件腳的長度:拖焊的腳長限制在 4 mm(圖上寫小於 4 mm);浸焊可以 0.7 到 10 mm;腳短比較不會短路,腳長比較容易把熱傳進孔裡(來源 4)。
  • 腳不要伸太長:伸出板面超過 1 mm 的直腳,通常不會多吃錫、也不會更牢(來源 4)。
  • 板邊留空:板子上下面的板邊至少留 3 mm,給輸送與夾持用(來源 4)。
  • 焊區裡不要有 SMD:多噴嘴的焊區裡,通常不允許有 SMD,除非已經點膠並焊好(來源 4)。

公開資料怎麼說: 一家公司的選擇性焊接設計指引(文件自稱一般指引,內文也提到該公司的機型與機台規格)寫:不沾錫噴嘴要在噴嘴外緣到周圍零件或 SMD 焊墊留 1 mm 以上;拖焊時焊點中心到周圍零件 4 mm 以上,用允許的較小噴嘴時可到 1 mm;腳長拖焊小於 4 mm、浸焊 0.7 到 10 mm;伸出超過 1 mm 的直腳通常不會多吃錫;板邊上下至少 3 mm;多噴嘴焊區內一般不允許 SMD,除非已點膠且焊好(備註表 3)。

階段⑤:怎麼選與驗證

怎麼做:

  • 產量高、設計穩定、已有波焊機:遮罩載具比較有利(本文的整理,依來源 2、3)。
  • 設計常改、多樣少量:每改一次設計就要改載具,選擇性焊錫爐比較彈性(本文的整理,依來源 3 的一個載具配一種設計)。
  • 板子很擠:不能過錫的零件離插件很近時,兩條路都要留空;先照階段③、④的距離檢查,留不出來就要改排板(本文的整理)。
  • 方向有幫助,但不是唯一因素:那篇論文的試驗裡,有一個記憶體模組連接器垂直於錫波、接地腳連接的接地層又較少,吃錫為佳;但另一組比較顯示,前面零件傳來的熱可以抵銷平行於錫波的不利影響(來源 1)。
  • 驗證:看插件孔的吃錫、短路、錫珠,以及載具或噴嘴旁的 SMD 有沒有被影響(本文的整理)。
怎麼選:看產量、設計穩定度與板子擠不擠 產量高、設計穩定 遮罩載具 已經有波焊機 遮罩載具 設計常改、多樣少量 選擇性焊錫爐 不過錫的零件很靠近插件 兩條都要留空,先查距離 本文的整理;終究都要看插件孔吃錫、短路與旁邊的零件
圖 3 怎麼選:產量高且設計穩定或已有波焊機選遮罩載具,設計常改選選擇性焊錫爐(示意圖,本文的整理)

公開資料怎麼說: 前面那篇論文寫:某個位置的記憶體模組連接器垂直於錫波、每支接地腳連接的接地層又較少,吃錫表現為佳;另一個平行於錫波的連接器,因為前面的零件先把熱帶進內層,表現和垂直的那一個沒有統計上的差別;多數零件在 7.62 mm 開口下可以接受,前提是其他可製造性設計的條件也照做。前面那篇研究公司的專欄寫:遮罩載具一個配一種設計,設計要穩定再投資(備註表 2)。

常見問題

Q1:什麼是選擇性焊接?

板子上大多是 SMD、只有少數插件時,不能整片過波焊,就只焊插件腳。常見兩條路:用遮罩載具蓋住不能碰錫的地方再過波焊,或用選擇性焊錫爐,以小噴嘴一個一個焊。

Q2:遮罩載具過波焊和選擇性焊錫爐怎麼選?

產量高、設計穩定、已有波焊機,遮罩載具比較有利,可沿用現有設備、週期短;設計常改、多樣少量,選擇性焊錫爐比較彈性。一位資深製程工程師在產業雜誌寫,混合技術的板子選擇性焊錫是理想的選擇,但用載具過波焊是可行的替代。

Q3:選擇性焊錫爐的噴嘴周圍要留多少空間?

一家公司的設計指引寫:用不沾錫的噴嘴時,噴嘴外緣到周圍零件或 SMD 焊墊要留 1 mm 以上;拖焊時焊點中心到周圍零件要 4 mm 以上。插件腳長度也有限制:拖焊小於 4 mm、浸焊 0.7 到 10 mm,伸出板面超過 1 mm 的直腳通常不會更牢。

Q4:遮罩載具有什麼限制?

一個載具通常只能配一種板子,設計要先穩定再投資,一個完整的應用通常不超過 10 個載具;錫會碰到整個開口,不能過錫的零件要離開口遠一點;載具要完全貼住板子。一篇放在 IPC 網站的論文試驗也發現,開口太小缺點較多,7.62 mm 以上缺點率就沒有差別。

備註:來源與例外

以下給需要核對的人看,不看也不影響上面的做法。您的產品規範、設備廠與載具廠的規格,和本文不同時,以它們為準。

各階段的出處

來源用在哪裡與出處
來源 1階段③、⑤:遮罩載具開口大小、禁置區、載具厚度、方向與吃錫;一篇放在 IPC 網站上的論文(頁面沒寫發表場合與日期,引用文獻到 2010 年;作者單位頁面沒說明性質)
來源 2階段②、⑤:選擇性焊錫是理想的選擇、遮罩載具是可行替代;一位資深製程工程師的產業雜誌文章(2006 年 5 月;頁面沒說明作者公司的性質)
來源 3階段①、②、③、⑤:為什麼要選擇性焊接、遮罩載具的條件與限制;一家電子製造研究公司的產業雜誌專欄(自稱科學研究公司,2009 年 11 月)
來源 4階段②、④:選擇性焊錫爐的留空、腳長、板邊與焊區規則;一家公司的選擇性焊接設計指引(廠商資料,沒有標日期;自稱一般指引,內文提到該公司的機型)
嘉鴻資料「嘉鴻能幫的」;製程・治具設計頁

表 1|為什麼要選擇性焊接、兩條路

項目公開資料怎麼說
零件大多是 SMD,有些零件(例如蜂鳴器、開關、插拔連接器)做不成 SMD(來源 3)
背面 SMD不能過波焊,或沒點膠會被錫波沖掉(來源 3)
拼板寬拼板只靠夾爪撐可能會彎(來源 3)
兩面插件每面一個載具,過兩次波焊(來源 3)
哪條路選擇性焊錫為佳;遮罩載具過波焊是可行替代,產量高、週期短(來源 2)
現有設備遮罩載具可沿用現有設備與製程知識(來源 3)

來源:見各列。

表 2|遮罩載具

項目公開資料怎麼說
設計一個載具通常配一種設計,設計穩定再投資;完整應用通常不超過 10 個(來源 3)
留空錫會碰到整個開口,不過錫的零件要留較大距離;載具要完全貼住(來源 3);留距離讓載具的牆壓住板面(來源 1)
開口無鉛、記憶體模組接地腳:小開口缺點較多,7.62 mm 以上沒有差別;訊號腳與錫鉛看不出影響(來源 1)
禁置區每種開口都要在插件焊墊周圍留對應的 SMD 禁置區(來源 1)
厚度試驗的載具厚 8 mm(來源 1)
製程載具增加熱容量,預熱要調;錫波要提高(來源 3)
方向該試驗某個垂直於錫波、接地層連接少的連接器為佳;前面零件的熱可抵銷平行方向的影響(來源 1)

來源:見各列;來源 1 的數字來自一片多層厚板的試驗。

表 3|選擇性焊錫爐

項目公開資料怎麼說
噴嘴留空不沾錫噴嘴外緣到周圍零件或 SMD 焊墊 1 mm 以上(來源 4)
拖焊焊點中心到周圍零件 4 mm 以上;較小噴嘴時可到 1 mm(來源 4)
腳長拖焊小於 4 mm;浸焊 0.7 到 10 mm(來源 4)
伸出長度直腳伸出超過 1 mm 通常不會多吃錫(來源 4)
板邊上下至少 3 mm(來源 4)
焊區內 SMD多噴嘴焊區內一般不允許,除非已點膠且焊好(來源 4)

來源:見各列;文件自稱一般指引,內文也提到該公司的機型與機台規格,數字以您的設備廠規格為準。

例外與限制

  • 看到什麼、沒看到什麼:本文讀到的是 4 份公開資料(一篇放在 IPC 網站上的論文、一篇資深製程工程師的雜誌文章、一篇研究公司的雜誌專欄、一份公司的選擇性焊接設計指引),以及嘉鴻的製程・治具設計頁。沒有讀到選擇性焊接的標準全文。
  • 來源的立場:來源 2 與來源 4 頁面寫的是同一家公司,頁面沒說明公司的性質;來源 1 的作者單位頁面沒說明性質,頁面也沒寫發表場合與日期;來源 3 的作者單位自稱科學研究公司。
  • 數字是特定條件下的:來源 1 的 7.62 mm 開口來自一片多層厚板、無鉛製程的記憶體模組連接器接地腳,訊號腳與錫鉛製程看不出開口大小的影響,作者另提電解電容可能要稍大的開口;來源 4 自稱一般指引,但內文也提到該公司的機型與機台規格;換了板子或設備,要以自己的驗證與設備廠規格為準。
  • 本文的整理:階段①的列表、階段⑤的怎麼選(產量、設計穩定度、板子擠不擠)與驗證、圖 1 到圖 3,是本文的整理;其餘句子都能在來源或嘉鴻的頁面找到對應的敘述。
  • 範圍:本文只談選擇性焊接的兩條路與設計要求;選擇性焊錫爐的機型比較、參數設定、助焊劑,不在範圍內。
  • 嘉鴻的協助範圍:「嘉鴻能幫的」只寫嘉鴻工程部的協助範圍與站上已發佈頁面的原句。

本文為一般情況的整理,不是標準條文的轉述,也不是對某一家代工廠、設備商或研究公司的背書,更不構成對您產品與製程的保證。請以您的產品規範、設備廠與載具廠的規格,以及您自己的驗證為準;此為一般情況,仍需視個案而定。

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