一、 核心评估因素(选择依据)您需要从以下几个维度来评估您的特定应用需求:
热性能(最关键因素)
连续工作温度:材料必须能承受工艺中的峰值温度和长时间的连续暴露。例如,选择性焊接低于波峰焊,激光焊接则局部高温。
热变形温度:材料在高温下抗变形的能力。这直接决定了治具在高温下是否能保持形状和精度。
热膨胀系数:系数越低越好。低CTE确保治具在升温和冷却过程中尺寸稳定,不会因热胀冷缩而挤压或偏离PCB。
机械性能
强度与刚度:材料必须有足够的机械强度以支撑PCB重量,并具备高刚度以抵抗波峰焊锡波的冲击力,防止振动和变形。
硬度与耐磨性:治具表面需抵抗安装定位销、反复插拔PCB等操作造成的磨损,以保持长期精度。
电气与化学性能
防静电性能:对于敏感元器件,治具材料应具有防静电或导电性,防止静电放电损坏PCB。
化学惰性:材料应能抵抗助焊剂、清洗剂(如酒精、异丙醇)的化学腐蚀,不溶解、不膨胀、不降解。
不粘性与易清洁性:表面应不粘锡,并且易于清理锡渣和助焊剂残留。
工艺性与成本
可加工性:材料是否易于进行CNC精密铣削、钻孔和切割,以获得光滑无毛刺的边缘。
成本:综合考虑初始材料成本、加工难易度以及使用寿命。有时更昂贵的材料因其超长的寿命而拥有更低的长期总成本。
二、 主流治具材料及其适用场景基于以上因素,以下是常见的选择矩阵,帮助您快速定位:
材料类型主要优点主要缺点最适用场景合成石耐高温(≥260℃)、低CTE、防静电、高强度、不粘锡、寿命长成本较高、重量相对较大波峰焊、选择性焊接——目前的主流和,适用于绝大多数高低温应用。玻纤板(FR-4)成本低、易加工、重量轻、绝缘耐温性较差(约180-220℃)、易分层、寿命短低端波峰焊、SMT回流焊载具、测试夹具——适用于温度较低或预算极其有限的场合。电木/酚醛树脂成本极低、硬度高脆性大、易破裂、耐温性一般、有吸湿性非常低端的临时治具或原型制作——不推荐用于精密或长期生产。铝合金强度硬度极高、导热快、尺寸稳定、耐用导热性极强(此为缺点)、成本高、需表面处理防粘锡FCT/ICT测试治具、部分SMT回流焊载具——不能用于波峰焊,因为其高导热性会“吸热”,导致PCB局部温度不足,产生冷焊。PEEK/PEI超高耐温(>300℃)、超高强度、耐化学性价格非常昂贵超高温应用,如特殊芯片绑定、高频加热工艺——当合成石也无法满足耐温要求时的选择。硅胶/硅橡胶的弹性、密封性、耐高温强度低、不易做结构件用作局部压紧或密封垫,辅助主治具保护特定元件。三、 如何做出最终决策:一个实战流程明确工艺类型:
波峰焊/选择性焊接?→合成石。这是经过全球电子制造业验证的标准答案。
SMT回流焊载具?→ 可选择合成石或铝合金。铝合金因其高精度和耐用性在SMT领域应用广泛,且不会遇到液态锡波问题。
测试治具?→ 铝合金(强度、精度、接地性好),或FR-4(低成本)。
评估生产环境与要求:
高产量、连续生产?→ 投资高品质合成石,其长寿命和稳定性将摊薄单次成本。
研发、小批量、原型制作?→ 可以考虑FR-4以降低成本,但需接受其较短的寿命。
有无特殊要求?如需要透明以便观察(极少见),则需寻找特殊亚克力材料,但耐温性会大打折扣。
权衡总拥有成本:
不要只看材料单价。计算总拥有成本:(材料费 + 加工费) / 预计使用寿命(生产板数)。
一个昂贵的合成石治具可能能生产100万块板,而一个便宜的FR-4治具只能生产1万块板。从长远看,合成石的实际成本更低。
结论:
对于绝大多数涉及焊接的波峰焊应用,合成石是性能、寿命和成本之间平衡点的选择。只有在温度较低、预算极度紧张或像SMT/SMT测试治具这样没有液态锡干扰的应用中,才考虑FR-4或铝合金。