【正文】 這個(gè)化學(xué)處理過程中的重要組成部分，在采用及改進(jìn)焊料系統(tǒng)時(shí)都需要對(duì)其進(jìn)行全面的評(píng)估?，F(xiàn)工廠其它波峰焊機(jī)也都應(yīng)用了這項(xiàng)新工藝，新工藝實(shí)施5年多來為企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提高、節(jié)能降耗、節(jié)約外協(xié)費(fèi)用、降低制造成本作出了成績(jī)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)品生產(chǎn)銷售量一年超過一年，為工廠創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 我們先后對(duì)10多種批量生產(chǎn)的產(chǎn)品20多種印制板分別進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)范化→小批工藝試驗(yàn)→中批投產(chǎn)工藝試驗(yàn)→組織技術(shù)鑒定→完善設(shè)計(jì)工藝文件→進(jìn)入工藝穩(wěn)定的大批量生產(chǎn)。 10．2抓好QC小組活動(dòng)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。 10科技處： 9．5工裝夾具排放整齊，工作場(chǎng)地周圍清潔，印制板配件裝入工位器具。 嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律，保證工藝質(zhì)量。 8．2對(duì)夾具上的框架材料，結(jié)構(gòu)形式，簧片材料進(jìn)行工藝試驗(yàn)，使工裝夾具在錫溫高工作條件下反復(fù)使用的變形能滿足使用質(zhì)量要求。 7．2對(duì)上流水線的元器件質(zhì)量(成形質(zhì)量、可焊性、交貨正確性等)進(jìn)行檢驗(yàn)，確保上線元器件符合質(zhì)量要求。 6．3對(duì)波峰機(jī)上的易損件(發(fā)泡管等)及時(shí)提供備件，以便縮短維修停機(jī)時(shí)間。6 動(dòng)力設(shè)備部門： 5．3供應(yīng)交貨與生產(chǎn)批汰安排盡可能協(xié)調(diào)，入庫(kù)元器件做到先進(jìn)庫(kù)先發(fā)貨，控制貯存期為6 個(gè)月。5元器件供應(yīng)、庫(kù)存、保管部門： 4．1抓好工作質(zhì)量：圖形符號(hào)符合設(shè)計(jì)文件，孔位不錯(cuò)鉆漏鉆，孔徑符合工藝，RC等符號(hào)印字清晰，可焊性等符合要求。4印制板外協(xié)制造及保管部門： 2．5制訂波峰焊的工藝規(guī)范：明確錫槽溫度，助焊劑品種及濃度，傳送帶速度等。 2．3根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料開展工藝設(shè)計(jì)，提出元器件預(yù)成形模具要求，對(duì)每一只元器件明確跨距，成形形式，及引線切腳長(zhǎng)短尺寸。2工藝部門產(chǎn)品工藝人員： 1．2印制板元器件排列成形垮距規(guī)范化，減少成形尺寸品種，便于機(jī)械化及模具操作加工。 1．1產(chǎn)品印制板設(shè)計(jì)貫徹廠標(biāo)準(zhǔn)化室制訂的Q/KF3792企業(yè)標(biāo)推文件。 為實(shí)現(xiàn)“短插一次波峰焊”工藝，必須要設(shè)計(jì)、工藝、工裝、設(shè)備、檢驗(yàn)、元器件配套、生產(chǎn)管理等各類專業(yè)人員緊密配合、共同努力，各職能部門的具體分工如下： (元器件加工成短腳→插裝上印制板→自動(dòng)波峰焊)。 所以電裝工藝成為影響產(chǎn)品大批量生產(chǎn)及提高質(zhì)量的關(guān)鍵。對(duì)尺寸較大的元器件板，由于基板變形及壓緊裝置等原因切腳不整齊，高度不容易控制，裝焊質(zhì)量、生產(chǎn)效率不理想。 電裝工藝改進(jìn)—“短插一次波峰焊”工藝實(shí)踐作者：唐經(jīng)球 胡明昌 周紅(七二一廠) 我廠在八十年代研制生產(chǎn)的海鷹牌清紗器等紡織電子產(chǎn)品，海底牌 B超類醫(yī)用電子產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中印制板部件的裝聯(lián)工藝主要是采用手工操作方式。對(duì)于大批量、的混合的運(yùn)作，你有機(jī)會(huì)來優(yōu)化你運(yùn)行的每一個(gè)板?！　∫斫獾牧硪粋€(gè)重要方面是工藝窗口(process window)。因此，你可用該數(shù)據(jù)來保證可重復(fù)性和最佳效果。 作為確定最佳駐留時(shí)間的第一步，再運(yùn)行設(shè)備，得到新的駐留時(shí)間讀數(shù)。　　要開始是簡(jiǎn)單的。對(duì)所有的板使用相同的波峰焊機(jī)設(shè)定將永遠(yuǎn)不會(huì)產(chǎn)生對(duì)各種裝配類型最佳的波峰焊接結(jié)果，對(duì)波峰焊機(jī)設(shè)定的依賴不包裝板與波峰相互作用的可重復(fù)性。在圖四中，注意由藍(lán)條形所代表的板的缺陷率，在不同范圍上比由黃色條形所代表的板更優(yōu)化：48 mil 或甚至 36~60 mil 分別比 24~36 mil。泵速產(chǎn)生波峰高度，它隨著錫缸的焊錫變空而消失。注意兩種板的“駐留時(shí)間曲線”是不同的。 逐板的優(yōu)化　　正如每鐘板在表面貼裝爐中使用其自己的溫度曲線一樣，每種板也在波峰焊機(jī)中使用其自己的板與波峰的參數(shù)。該公司也可以實(shí)現(xiàn)更少的過程控制圖表中的峰值，因?yàn)樵诎暹\(yùn)行之前進(jìn)行了測(cè)量；更少的停機(jī)時(shí)間；較高的產(chǎn)量，減少對(duì)工藝工程師的壓力；以及更愉快的管理。因此該板現(xiàn)在只以 秒的駐留時(shí)間和 24mil 的浸錫深度運(yùn)行。對(duì)每個(gè)駐留時(shí)間進(jìn)行上述的 1~5 步。這個(gè)板的 dpm 持續(xù)地在312范圍。 　　在運(yùn)行裝配板之前，如果測(cè)量顯示不平行 或者駐留時(shí)間比 1 秒鐘超出 秒，或者浸錫深度不是 24mil 則對(duì)波峰焊機(jī)作出調(diào)整。 評(píng)估板的質(zhì)量。還有，該設(shè)備的LCD顯示器允許從波峰焊機(jī)出來時(shí)即時(shí)的數(shù)據(jù)讀數(shù)，并提供浸錫高度的直接測(cè)量。 用于研究的駐留時(shí)間基線　　一家主要的消費(fèi)電子公司讓其北美的工廠完成為期一個(gè)月的研究，以評(píng)估駐留時(shí)間優(yōu)化與可重復(fù)性的重要性。還有，波峰焊機(jī)的設(shè)定不顯示波峰焊機(jī)的可變化性。 機(jī)器設(shè)定的限制　　控制波峰焊接過程涉及直接測(cè)量板在波峰上實(shí)際所經(jīng)歷的。但是這個(gè)答案是簡(jiǎn)單的，可測(cè)量的：所有波峰焊機(jī)產(chǎn)生的波峰是不同形狀的。必須有精確測(cè)量與控制浸錫深度的方法。 接觸長(zhǎng)度(contact length): 接觸長(zhǎng)度是一個(gè)引腳通過波峰的距離。 這個(gè)看法的直接結(jié)果就是允許生產(chǎn)成本的大幅增加和波峰焊接嚴(yán)重的表現(xiàn)不佳?！　”M管有溫度管理的Herculean效應(yīng)、波峰焊機(jī)品質(zhì)的驚奇進(jìn)步、以及助焊劑與焊錫化學(xué)成分的不斷發(fā)展，波峰焊接還可能是有問題的。 溫度曲線的限制　　那些堅(jiān)持認(rèn)為波峰焊接控制主要是溫度的人，通常選擇嚴(yán)格地依賴溫度粘結(jié)劑、高溫計(jì)或溫度曲線?！　∫_在焊錫波峰內(nèi)只是幾秒鐘或更少。你知道這個(gè)敘述是完全正確的，因?yàn)楫?dāng)你看看回流焊接爐里面時(shí)你沒有看到波峰?！?　　在過去幾年中，生產(chǎn)與工藝工程師對(duì)板與波峰的相互作用又有新的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致了波峰焊接程序的戲劇性變化。工藝控制，不是一次搞好的，和對(duì)細(xì)節(jié)的關(guān)注是關(guān)鍵。這些數(shù)據(jù)的使用使得能夠計(jì)劃維護(hù)，以在情況惡化、造成產(chǎn)品缺陷、干擾你的計(jì)劃和讓你顧客失望之前糾正變量。如果他們理解怎樣產(chǎn)生一個(gè)不可接受的條件，和怎樣產(chǎn)生一個(gè)可接受的條件，他們將獲得知識(shí)與信心，特別是如果允許他們?yōu)榱藢W(xué)習(xí)去做這兩種事情。一些使用其它助焊劑的工藝，通過提高預(yù)熱來達(dá)到較高的頂面與底面溫度和將波峰溫度減少到低至430176?！　‘?dāng)使用熟悉的錫/鉛共晶合金時(shí)，在板的底面使用的焊錫溫度應(yīng)該是連續(xù)一致的，在460~500176。事實(shí)上，在工藝開始之前，焊接工位需要相對(duì)的關(guān)注。在錫波上　　在焊接工位，波峰焊接工藝的所有元素都一起來到。過分的時(shí)間/溫度曲線將降低助焊劑和/或所有的助焊劑將在波峰之前失去/反應(yīng)。其他的則推薦一個(gè)連續(xù)的升溫，這經(jīng)常與特殊助焊劑的固體含量有關(guān)。多數(shù)助焊劑供應(yīng)商發(fā)布推薦的溫度上升率和最大/最小頂面與底面預(yù)熱溫度。揮發(fā)物在波峰上的出現(xiàn)可能引起焊錫飛濺和在裝配上的錫球。第一，提升要焊接的表面的溫度，因此從波峰上要求較少的溫帶能量，這樣有助于助焊劑/表面的反應(yīng)和更快速的焊接。為了有效，助焊劑必須滲入孔內(nèi)和涂在引腳上。因此，免洗助焊劑可能是一個(gè)好的選擇，甚至是必須清洗。裝配的操作環(huán)境主要決定是否免洗助焊劑可以留在裝配上。有些松香基材料的殘留物可以留在焊接的裝配上。助焊劑、上助焊劑和預(yù)熱　　如圖一中所說明的，助焊劑用來提高能量水平，改善要焊接的表面的可熔濕性。在焊接工藝中短的熔濕(wetting)時(shí)間要求用來表面元件損傷和一些焊接缺陷。這個(gè)不同可能導(dǎo)致在一些要焊接的表面特征上很薄的涂層。　　對(duì)于進(jìn)化的和較舊的兩種PWB設(shè)計(jì)，新的不同的可焊性保護(hù)劑正得到波峰焊接和回流焊接工藝的親眛?！　「呙芏劝惭b的混合技術(shù)裝配的增加，驅(qū)使許多工藝的創(chuàng)新。這個(gè)方法假設(shè)了足夠的元件和印制線路板(PWB, printed wiring board)的可焊性和受控的上助焊劑、預(yù)熱和焊接工藝。　　兩種方法都從熔化焊錫的表面張力與能力平衡著手。對(duì)該工藝的輸入　　最近在現(xiàn)場(chǎng)遇到的特別關(guān)注是與底面裝配的表面貼裝電阻元件和頂面安裝的連接器的橋接有關(guān)的焊接問題?？墒?，它繼續(xù)得到與其復(fù)雜性的克服一起而來的尊重，這個(gè)復(fù)雜性是通過所涉及的變量輸入數(shù)量與類型來權(quán)衡的?；氐揭苯饘W(xué)基礎(chǔ)上面來是將來預(yù)測(cè)系統(tǒng)的方法，因?yàn)閷ふ腋h(huán)境友好材料的動(dòng)力是政府法規(guī)所追求和所要求的。不純凈可以和加入低三元素產(chǎn)生同樣的影響，人們發(fā)現(xiàn)這樣會(huì)降低焊錫的熔濕(wetting)特性。 規(guī)格　　冶金學(xué)者很想知道當(dāng)各種金屬開始在熔化的焊錫鍋中累積的時(shí)候發(fā)生什么，集合體特性將受到怎樣的影響。該建議的替代金屬的金相圖如圖三所示。 表一列出合金和幾種選擇，分別以一到十來表示好壞。這些法令建議到2002年在裝配中減少鉛，到2004年消除鉛。在電子裝配中消除鉛的主要理由 是機(jī)器操作員的環(huán)境暴露。溫度設(shè)定點(diǎn)必須改變和監(jiān)測(cè)，以控制可能由于錫鍋合金成分的冶金變化而出現(xiàn)的缺陷。在微結(jié)構(gòu)中，有時(shí)使用名詞微組元(microconstituent)是方便的，即，具有可確認(rèn)和有特征結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)元素。當(dāng)室內(nèi)空氣冷卻固溶體時(shí)，剩下的液體可能經(jīng)歷共晶反應(yīng)，在室溫下在非共晶成分中給出共晶微結(jié)構(gòu)。合成物是一個(gè)平均的成分。正如所料，當(dāng)偏離共晶時(shí)，各種合金的特性是不同的。更高Sn含量的合成物不能調(diào)節(jié)成本增加與電子裝配性能改善之間的關(guān)系。給共晶焊錫的普通名稱是令人誤解的。這個(gè)接合對(duì)連接是好的，直到其增長(zhǎng)完全支配焊接點(diǎn)的特性；這時(shí)，這樣的焊點(diǎn)對(duì)裝配就是有害的。Cu來自于PCB的連接面，而Sn來自于焊錫合金。增長(zhǎng)速度是與在特定溫度的時(shí)間的平方根和溫度的指數(shù)成線性?！　∫苯饘W(xué)的因素對(duì)焊錫連接有重要的和經(jīng)常是主要的影響3。毛細(xì)管作用使焊錫達(dá)到PCB的圓形電鍍孔的頂面。PCB有必要的暴露金屬區(qū)域，從波峰上通過。氧化物從金屬表面去掉，以保證焊接點(diǎn)與帶有助焊劑的熔化焊錫之間的清潔接觸。這樣傾斜也允許熔化的焊錫脫落進(jìn)入錫鍋，減少相鄰焊接點(diǎn)之間的橋接。這一整套問題導(dǎo)致波峰焊接的引入。大規(guī)模的波峰焊接的使用為元件的可焊性提出一個(gè)關(guān)注的問題，因?yàn)樾枰谝淮尉彤a(chǎn)生適當(dāng)?shù)倪B接，并在裝配上不進(jìn)行返修，今天的產(chǎn)品不如過去那些較不復(fù)雜裝配那么寬容。附著方法基本上只需要助焊劑，熱和焊錫，以形成冶金連接。在八十年代，開發(fā)出被稱為波峰焊接的概念。因此在這里有必要回顧一下基礎(chǔ)的冶金學(xué)原理，開發(fā)和理解為將來建議使用的替代材料。83 / 84基礎(chǔ)冶金學(xué)與波峰焊接趨勢(shì)　　本文介紹，為了使波峰焊接在電子工業(yè)中完全被接受，冶金學(xué)者、工業(yè)與主管機(jī)構(gòu)必須一起工作，進(jìn)行廣泛的研究。為了決定與理解對(duì)波峰焊接工藝中被廣泛接受的焊錫作“插入式”替代的理論基礎(chǔ)，作一些研究是必要的。最早的大規(guī)模焊接概念是在英國(guó)的浸焊(dip soldering)。焊接形成只是變化來滿足設(shè)備的要求；可是，化學(xué)成分和理論動(dòng)力學(xué)還是基本的和簡(jiǎn)單的。在一個(gè)裝配上發(fā)現(xiàn)的材料包括：塑料、陶瓷、金屬、涂料、化學(xué)品及其廣泛不同的化學(xué)成分。1　　最早的浸焊方法有一些問題：很難重新產(chǎn)生所希望的合格率；將板放在熔化的焊錫上在底下夾住氣體，干擾熱傳導(dǎo)與焊錫接觸；焊錫只能熔濕(wet)到金屬表面；錫渣(氧化物與燃燒的助焊劑的化合物)必須撇去，不斷地阻礙生產(chǎn)2。傳送帶系統(tǒng)通常在一個(gè)角度上，因此當(dāng)板通過波峰時(shí)，不會(huì)夾住任何東西在PCB下面。焊錫合金加熱到其液相線區(qū)域，以提高焊接點(diǎn)的熔濕(wetting)。加熱PCB來補(bǔ)償溫差差，不對(duì)元件引起傷害。如果固體的表面能量相當(dāng)高于液態(tài)和固體/液態(tài)界面表面能量的總和，那么液態(tài)熔濕并流走。　 進(jìn)入焊點(diǎn)的流動(dòng)速度隨著表面分開的減少而減少。 金屬間化合的形成與增長(zhǎng)　　直到連接冷卻到可以處理，金屬間化合層還在增長(zhǎng)。m的Cu6Sn5。因此，自擴(kuò)散系數(shù)和更大的擴(kuò)散控制特性的穩(wěn)定性是強(qiáng)鍵結(jié)合和有序結(jié)構(gòu)的結(jié)果4。產(chǎn)量的增強(qiáng)要求使用快速固化的和可以在幾秒鐘內(nèi)形成數(shù)百焊接點(diǎn)的材料。這個(gè) 差異來自于早期對(duì)共晶成分的錯(cuò)誤計(jì)算。其合金圖是二元合金系統(tǒng)的典型圖，適用于基本的冶金學(xué)原理。有實(shí)例證明，沒有樹枝狀晶體出現(xiàn)的固化是可能的，整體的微結(jié)構(gòu)符合共晶。轉(zhuǎn)換固相的轉(zhuǎn)化動(dòng)能被固體轉(zhuǎn)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過。這些溶質(zhì)輪廓可產(chǎn)生結(jié)構(gòu)過冷，盡管這個(gè)現(xiàn)象不是平面不穩(wěn)性的充分條件5。氧化和金屬間化合的形成隨著時(shí)間改變著焊錫鍋中的成分，也改變了特性。轉(zhuǎn)換到無(wú)鉛不是被工業(yè)所廣泛接受?！　?duì)要接受的無(wú)鉛替代品，必須提供下列： 有足夠數(shù)量的來源 與現(xiàn)有的工藝可兼容 足夠的熔化溫度 良好的焊點(diǎn)強(qiáng)度 熱和電的傳導(dǎo)性類似Sn/Pb 容易修理 非毒性 低成本 　　許多公司正在開發(fā)合適的替代合金，作為“插入式”的替代品，以遵守歐洲和日本的法令。 工藝上關(guān)注的問題　 國(guó)際錫研究協(xié)會(huì)(ITRI, International Tin Research Institute)開辦了SOLDERTEC，一個(gè)無(wú)鉛焊接技術(shù)中心，來傳播前緣信息和收縮可利用的選擇。 在制造產(chǎn)品中使用的材料 當(dāng)在運(yùn)行中使用產(chǎn)品時(shí)的材料消耗 在制造產(chǎn)品與過程中使用的能量 在產(chǎn)品壽命終結(jié)時(shí)的可再生性和重復(fù)利用性 在包括材料提取、制造和報(bào)廢/再生的整個(gè)生命周期中的輻射 在制造廢料流中的可再生性 　　Sn/，主要是由于其低金屬成本和來源。銅和錫兩種金屬都是來源豐富的，該二元系統(tǒng)減少當(dāng)使用三元合金成分時(shí)出現(xiàn)的低熔化相?！　“l(fā)現(xiàn)引起大多數(shù)負(fù)作用的不純凈金屬是那些金屬，它們或者與Sn在合金中形成金屬間化合物的或者以特性改變的方式來改變合金成分?？墒?，這似乎對(duì)那些不可避免要出現(xiàn)的新時(shí)期焊接合金不一定是正確的?！　〔ǚ搴附?，作為批量焊接技術(shù)的長(zhǎng)期伙伴，可能已經(jīng)不會(huì)得到象回流焊接那么多的注意了。結(jié)果，對(duì)問題和由這個(gè)“陳舊但良好的”工藝所提供的解決方案的興趣還在 繼續(xù)。另一種方法，使用非活性的、靠近在線最后焊盤后面的“掠錫”焊盤經(jīng)常達(dá)到目的。掠錫焊盤為焊錫提供一個(gè)“斷開”的地方，或許防止了危害。其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是消除了大的通孔(throughhole)連接器所出現(xiàn)的橋接。這些托盤針對(duì)那些在裝配的底面上有已經(jīng)焊接的、大型、溫度敏感有源元件、球柵陣列(BGA, ball grid array)和QFP(quad flat pack)的通孔元件。要求用來從小的通孔中清除過量焊錫的空氣壓力，或者在涂鍍的兩個(gè)表面上的壓力差，有時(shí)引起面與面之間HASL涂層的厚度不同。涂層必須經(jīng)受焊接之前的儲(chǔ)存時(shí)間和環(huán)境，以及多次溫度巡回而不退化。任何使用的可焊性保護(hù)劑都必須持續(xù)地滿足裝配與焊接工藝的需求和所要求的產(chǎn)品可靠性。侵蝕性水溶性強(qiáng)有機(jī)酸助焊劑的殘留物必