选择性波峰焊在LED车灯模组生产中的运用

杨才生，尹曦田，兰金耀，杨 彬

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007；2.湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司柳州分公司，广西 柳州 545007）

随着汽车造型越来犀利，汽车车灯作为汽车的重要组成部分，也会趋向于尺寸越来越小，功能越来越来复杂，性能越来越好的方向发展，相应的LED模组会随着车灯的更新而迭代。LED模组包含了LED光源和电子驱动两个重要组成部分。LED光源和驱动以电子元器件表面贴装（SMT）为主，但是，LED光源和电子驱动的连接则是通过连接器和线束来连接。由于LED模组的产品强度、可靠性以及适用性等不同因素的制约，在LED模组的设计中，会根据实际情况使用一些通孔连接器或者其他插装元器件，针对此类元器件在PCB焊接面周边有元器件时，目前采用的生产工艺方法通常是在回流焊后采用手工焊接或者采用机械手焊接连接器线束来完成LED模组的组装。但是，手工焊接存在依赖员工熟练度较高、焊接品质的一致性难以保证、生产效率低等不足；机械手焊接存在透锡率低，对工装的一致性和PCB的尺寸精度要求高等劣势。解决以上生产工艺难点的改善措施是在适当的情况下采用选择性波峰焊工艺取代手工焊接技术和机器人焊接。

1 选择性波峰焊

选择性波峰焊与传统波峰焊相比，选择性波峰焊对于PCB上每个元器件焊点的焊接参数全部可以单独设置，生产中我们不必再通过降低品质而采用统一的焊接参数。工艺工程师有更多的生产工艺调整空间，可以把每个元器件焊点的焊接参数（焊接的时间长短、助焊剂的喷涂量多少、焊接波峰高度等）调至最佳，产品合格率由此提高，选择性波峰焊对于助焊剂的喷涂，可以“有的放矢”，PCB的表面清洁度因此可以提高，同时PCB的离子污染程度相应降低。

焊接作为模组组装的重要工序，很大程度上决定了产品的后期品质。尤其是通孔连接器，在模组上有电气连接和PCB结构连接两个作用。连接器的虚焊、漏焊等焊接不良情况，在功能检测时能够识别出来，但是焊接孔内部锡的填充量较少时，电气连接的作用体现了，结构连接的可靠性又不能保证，功能检测时，内部锡的填充量较少的产品风险又不能够被有效识别，这样的产品流出后，在车灯装配过程中，加上后期高温高湿的汽车灯具内部环境以及汽车随机振动，有可能导致整个产品功能失效，所以我们有必要对焊接工序重视并研究。

2 LED车灯模组选择性波峰焊生产工艺

以后组合灯LED模组为例：LED、IC等电子元器件采用SMT贴片工艺，分板后，通孔连接器采用选择性波峰焊，其组装的完整选择性波峰焊工序包括：PCB板放入工装并扫码—插通孔连接器线束—焊接—焊点检验等4个步骤。

2.1 PCB板放入工装并扫码

合理的焊接工装能够保证焊接品质和提高生产效率，焊接工装的设计应遵循防静电、PCB放置可靠、定位准确、员工拿取方便快捷等原则。为了确保材料与工装正确，我们需要对材料和工装进行二维码绑定。拿取焊接工装核对型号并点检，用扫码枪扫载具上的二维码，然后用扫码枪分别扫描吸塑里的两块线路板Fender Stop/Tail Driver，将其与工装绑定，绑定完成之后，先将一套（上线绑定的六连板）线路板放置于选焊工装的1号型腔，然后再将另一套放置于2号型腔，将放置好的线路板用旋转压块将其固定。检查线路板是否都已固定到位，再将其流转至下道工序。

2.2 插通孔连接器线束

按通孔连接器线束型号与插针对应顺序先后依次插连接线束，将连接好线束的线路板按要求安装在过炉载具上相应的位置。插好线后，用手指轻轻按压线束护套，确认线束对插到位，并检查连接线束是否与线路板表面服帖，插针引脚露出。无翘起、插错等不良安装上盖板。抬起一侧工装检查工装底部线束插针引脚是否都已露出、有无倾斜等现象。检查完成后，通过接驳台将其流入选择性波峰焊炉中。

2.3 焊接

点检设备

首先对波峰焊机进行点检，确认设备正常运行，调用编号与模组型号一致的程序同时确认焊锡喷嘴锡型号、助焊剂、锡条等。

检测助焊剂

用白纸对助焊剂喷射出的量进行对比检测，生产前用白纸对助焊剂喷射出的痕迹及形态进行实际检测，要求助焊轨迹清晰，无断流、杂质等缺陷，检测时需将白纸从载具中取出再进行检测。

炉温曲线

炉温曲线图解（图1）

图1 炉温曲线图

波峰焊各个温区与在温区停留的时间，同样是由波峰焊设备各区温度设定、焊锡熔融温度与轨道传送带的传送快慢来决定的。波峰焊的炉温曲线需要通过专用的测试工具，通过热电偶测试确定，其测试方法和测试过程也与回流焊炉温曲线测定类似。测试点的选择应遵循能够反映整个PCB的焊接点，同时要考虑到印刷线路板的正面贴装密集等因素。测试时，首先确定传送带速度，然后使用能够代表生产产品的试验板来测试，至少测试3个点的温度。反复调整锡炉温度值，使各点温度达到焊接需要设定的曲线要求，然后再使用测试板进行实际测试并进行适当的、必要的调整。工艺人员在编写工艺文件时，除了记录炉温曲线设定外，一般还要记录包含设定温度、波峰高度、助焊剂的喷量、移动速度、预热温度、停留时间、焊锡喷头自动清洗频率，根据不同的产品，设置参数有所不同。炉温曲线的设定

根据焊接曲线，我们建议（以后组合灯LED模组为例）温度：设定260℃；波峰高度：75%±5%；助焊剂喷量（Spray amount）：75%±5%；移动速度：12±3mm/s；预热温度120℃，预热时间55s。锡嘴移动速度：4±1mm/s；停留时间1s；焊锡喷头自动清洗频率：1h一次。设备炉温曲线如图2所示。预热阶段，PCB表面的温度应在75～110℃之间为宜；预热时间：30～60s；焊接温度：250～270℃。

图2 设备炉温曲线

焊接的形成过程

当PCB（印刷线路板）进入波峰面的前端处到尾端处时PCB（印刷线路板）的焊盘与电子元器件引脚全部浸在熔融状态的焊锡中被焊料润湿，此时焊料开始发生扩散反应，熔融状态的焊锡是连成一片的，即锡膏桥连。当PCB（印刷线路板）离开波峰尾端处的一瞬间，由于PCB（印刷线路板）的焊盘和电子元器件的引脚表面与熔融状态的焊锡之间的润湿力（金属间合金层的结合力），使各PCB（印刷线路板）焊盘之间的焊锡分开，并由于液体表面张力的作用使焊锡以电子元器件的引脚为中心，从而收缩到最小的状态，最终形成饱满、半月形的焊点。通过显示屏监控喷嘴喷流状态及焊接过程，要求焊锡完全覆盖喷嘴，喷锡表面光滑，喷嘴外壁无凸起、氧化膜等缺陷；焊接完成后需对产品首件进行X-RAY检验：要求助焊剂无残留，无焊接不良，焊接填充率大于75%。

焊接完成后的设备维护

当天生产结束后锡锅内的锡渣进行清理：使用锡勺将锡锅内的锡渣清理干净并放置在定制的箱内，掏锡渣过程中，需戴耐高温手套，不要将锡渣溅到脚上或地面，以免烫伤。每天2次对锡锅周边环境（锡槽面、轨道及周边）进行锡渣清理。

2.4 焊点检验

先把工装上盖板取下，再将线路板压块移除，后将模组成品从工装中取出检查焊点外观是否圆润、饱满、无虚焊、漏焊、搭锡、漏锡等不良，线束接插件无翘起、偏移等不良现象。线束焊点若出现锡洞，则用黑点卡进行对比测量，单个锡洞最长边小于0.6mm锡洞可接受。

若出现线束翘起，则使用0.5mm塞尺进行测量，浮高≥0.5mm则为不良品。人工操作判定合格后用扫码枪扫码，如人工判定不合格的放置在不合格品周转箱中，等生产完毕后统一进行处理。

2.5 焊接常见缺陷原因分析及改善措施

焊接完成后，排除了电子元器件焊脚氧化，PCB焊盘氧化等物料问题后，我们可从表1中对工艺参数和工装进行检查，并适当优化。

表1 焊接常见缺陷原因分析及改善措施

3 总结

要获得PCB最佳的焊接品质，提高产品可靠性，必须在保证物料都完好的前提下，控制焊接前、焊接中的每一道工艺步骤。尤其是选择性波峰焊工艺步骤中的3个制造环节。根据不同种类通孔连接器或者其他电子元器件的各自装配和连接参数，通过设计符合各自产品要求的专用工装以及可靠的固定涂覆方法进行相互固定，满足选择性波峰焊生产工艺的必备条件，从而达到PCB（印刷线路板）通孔电子元器件最大化焊接，确保各种产品品质一致性，有效解决假焊、漏焊、焊渣污染PCB等缺陷，选择性焊接部锡的活性大大增强。同时如果采用选择性喷雾方式，助焊剂消耗量比传统波峰焊降低了70%。锡炉容量16kg，因极小的加锡量，又能够有效降低成本。相关焊接不良率也可以小于80PPM。同时可提高焊接的品质和PCB连接的牢固性，以及降低不良率和生产成本。