在PCB組裝行業中，機器人自動焊接是一個在不斷增長的 領域。市場對機器人焊接設備和應用的需求也在逐年增加。自 動焊接比手工焊接更高效，也可減少人為錯誤。自動焊接工藝 更加可控且可重復性高，提高生產效率且降低成本。但是業界 關于自動焊接技術的公開數據和文獻較少。此項研究主要專注 于對錫線中助焊劑百分比對機器人自動焊接焊料鋪展和飛濺的 影響。實驗中選用的錫線直徑為0.020英寸，SAC305合金， 助焊劑含量分別為3%、3.5%、4%和4.5%。
隨著制造技術和生產工藝的進步，電子制造業和其他行業 的生產商開始廣泛使用機器人自動焊接?；仡欀圃鞓I的發展歷程，先從手工操作到機械生產，再到流水線作業，伴隨計算機輔助技術進步，逐漸地發展到可編程的、自動化生產的階段。 機器人焊接設備大約出現于20世紀80年代早期，經過不斷迭代，成為當今常見的高效且可靠的自動化生產設備。
在PCB組裝生產中選用自動焊接系統有兩個主要原因。
首先，也是最重要的原因，是機器人自動焊接始終能準確 和可重復地使焊料施加到需要的位置。一旦編程完成，機器人每次都將以相同的時間向所需焊接的位置施加相同數量的焊料和熱量。提升可重復性并降低制造成本，如返修所需的人工成本、時間和材料成本。
其次，從人員方面考慮，由于人員變動等原因，許多熟練 的手工焊接技術人員會流動頻率加劇，而培訓一個熟練的技術人員直至達到IPC標準所需的技能需要花費大量時間。另外，技術工人的缺乏將生產加工帶到了十字路口：一個方向是培訓新的操作人員，并期望他們留在公司的時間足夠長從而看到投資回報；另一方向是投資自動化焊接設備，并依靠設備制造和工程團隊建立一個高效可靠的焊接工藝。
機器人焊接的優勢和應用
在PCB組裝生產中加入自動焊接設備的優點主要是提高生 產效率和靈活性；其次確保焊接的一致性和可靠性，減少返 修，節省時間和人工成本。生產程序優化之后，提高的產能可以使設備投資方看到可觀的投資回報。
在波峰焊或回流焊工藝使用受限，而人工焊接不太可靠或 成本太高的情況下，可以考慮使用機器人自動焊接。機器人焊 接的其它應用場景有：采用回流焊頻繁出現缺陷；需要避免人工焊接的；熱敏感元件的組裝，只有焊接區域可以受熱，而不是整個元件；大元件存在會導致回流焊接困難或速度太慢。
但在點數較多的大規模焊接時，機器人自動焊接耗時過長 而降低生產效率，因此并非最佳選擇。大規模焊接可選擇波峰 焊，可以快速完成多焊點焊接。個別需要技術人員做出判斷的應用也不適合使用機器人焊接，人工操作可以按實際情況進行判斷調整。
機器人焊接的應用場景和行業:
·印刷電路板組裝
·導線焊接
·柔性電路板組裝
應用行業:
·汽車
·航空
·醫療
·消費電子
含助焊劑芯錫線的特性
從機器人焊接設備供應商角度，好的含芯錫線應 該具備特性是？
在已完成實驗中，搜集了大量可用于優化機器人焊接效率 的數據。通過分析后發現機器人焊接設備商和客戶最為關注的三個方面：
首先，焊料能順利地通過機器到達焊接位置。焊錫線供應 商需確保焊錫線均勻纏繞，以防止在使用過程中出現焊錫線打 結。也就是焊線在從卷軸中釋放出再進入機器人送料系統的過程中，焊錫線上應保持一定的張力，以防止焊錫線打結或太松。打結或太松都可能會導致錫線被扯斷。送料良好的錫線不應該存在空隙，也就是錫線芯中的助焊劑沒有空或斷裂?？障犊赡軙е聺櫇癫涣?，進而引發生產停線。
其次，焊料流動要良好。流動良好的焊料可充分潤濕烙鐵 頭。開始焊接后，焊料可以快速流動并焊接位置形成良好的焊點。這需要對多方面進行微調和優化，如線徑、助焊劑配方、 助焊劑含量百分比、烙鐵頭溫度和焊接時間等。
最后，焊錫線和助焊劑不會腐蝕烙鐵頭。烙鐵頭是機器人 焊接過程中最重要的部件之一，烙鐵頭必須能夠反復為焊接提 供穩定的熱量，是高質量焊接的重要保證，因此是不容忽視 的。助焊劑配方類型及成分可能對烙鐵表面帶來不同程度 影響。按照實際應用選擇對應類型和尺寸的烙鐵頭對于自 動焊接工藝優化是非常關鍵的。
從機器人焊設接備的用戶的角度，好的含芯錫線 應該具備特性是？
機器人自動焊接設備完成安裝后，焊錫線多由設備供應 商推薦，經過評估后決定。如上文所述，選定的焊錫線特 性需適用于客戶的應用。其中送料平衡順暢是必需的。
送料和推進順暢的錫線可保證焊接一致性和準確性，同 時能改善電路板焊接的時間周期，減少返工。在決定使用 何種助焊劑配方時，需要考慮烙鐵頭的老化周期。過度頻 繁地更換烙鐵頭會影響設備正常運行時間，從而增加生產 總成本。
含助焊劑芯錫線焊接后可能會出現飛濺現象，這會影響 到產品的外觀和甚至功能。這也是機器人自動焊接應用重 點關注項。為此，銦泰公司推出“低飛濺”助焊劑配方， 以降低此類缺陷(圖1)。
關注飛濺
飛濺是什么?飛濺是指焊料(助焊劑或金屬)在加熱過程中 從錫線本體中“微爆炸”現象。這通常是由于助焊劑在焊 接過程中揮發排氣不暢所致。
在自動和手動焊接作業中，飛濺不僅會影響焊點外觀， 還會增清理時間、浪費材料，還可能會影響敏感元件或電路 板的性能(圖2)。甚至還可能造成手動焊接的操作人員灼傷。
在機器人自動焊接應用中，飛濺會對設備的視覺檢測系 統造成影響。一旦助焊劑飛濺到鏡頭上，會導致檢查結果 出現偏差，如誤判或漏檢。并導致更多質量問題，如更多 的返工和電路板報廢等。如果問題電路板不慎出貨到客戶 端，可能會影響產品的使用壽命，并導致客訴。
飛濺實驗
測試參數
·烙鐵頭
·尺寸：3毫米
·溫度：400°C (752°F) 注：如果設定425℃，4.5%助焊劑含量飛濺更多
·板：鋁基板，預熱@160°C (325°F)
·錫線 ·直徑：0.020”(0.50mm)
·助焊劑配方類型：免洗
·助焊劑百分比：3%、3.5%、4%、4.5% 測試目標
·助焊劑百分比對飛濺的影響
·助焊劑配方對飛濺的影響
結論
助焊劑配方對飛濺的影響大于助焊焊劑含量百分比差異
在機器人自動焊接應用中，焊點的形成不需要人工干預。因此，一般會認為在焊線中添加盡可能多的助焊劑以 確保潤濕良好進而形成合格的焊點。實驗發現，采用相同 的助焊劑配方時，助焊劑含量由3%增加到4.5%時，助焊劑 焊料鋪展和潤濕均有一定的提升。而對應的飛濺表現相差較小。
其他結論
ROL0<ROL1<ROM1
助焊劑含量和活性對潤濕影響的程度不同的。實驗結果 表明，采用相同助焊劑含量3%的焊錫線，活性增加對焊料 鋪展和潤濕有顯著的提升。即按照J-STD-004A標準對助焊 劑活性分類的低活性零鹵ROL0鋪展潤濕性劣于低活性有鹵 助焊劑ROL1，ROL01鋪展潤濕性又劣于中等活性有鹵助 焊劑ROM1。然而，需要注意的是，隨著活性增加從“L” 到“M”，飛濺有增加的趨勢。EM
*文章首次發表于2020年2月美國加州圣地亞哥APEX展會。
