【正文】 業(yè)論文 24 3)如果焊料同發(fā)生塑性形變的引線固化在一起，就會(huì)發(fā)生蠕變斷裂，這取決于引線的硬度和塑性形變量。這涉及了方方面面的問(wèn)題，必須在質(zhì)量管理上下功夫，使各種影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素盡減小，這樣才能提供良好的質(zhì)量保證。 圖 42 AOI檢測(cè)儀 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 26 采用儀器自動(dòng)檢測(cè)，與目視檢測(cè)相比具有以下優(yōu)勢(shì) : 1)速度快，與 SMT 生產(chǎn)速率匹配，實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化的組裝與檢測(cè)； 2)一致性高，有效減少人為因素，提高檢驗(yàn)效率； 3)自動(dòng) X光等不僅可以檢測(cè)外部缺陷，還可以檢測(cè)焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷。 2)通過(guò)點(diǎn)擊位置移動(dòng)各方向按鈕控制機(jī)械 部件位置，將被測(cè)試 PCB 移動(dòng)至機(jī)器內(nèi)?；旧峡煞譃閮深?:組合式和 BGA 式。 2）器件整 形 要想繼續(xù)使用已拆下的器件，必須對(duì)器件進(jìn)行整形，一般情況下拆下的器件的引腳或焊球都會(huì)有不同程度的損傷，如細(xì)間距封裝器件的引腳變形， BGA 的焊球脫落等情形。 SMT 焊接技術(shù)的可靠性涉及眾多相關(guān)因素和不同學(xué)科的知識(shí)。 在此我要向我的導(dǎo)師曹白楊教授致以最衷心的感謝和深深的敬意！ 在三年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，電子工藝與管理教研室的每位老師對(duì)我的學(xué)習(xí)、生活和工作都給予了熱情的幫助，使我的專業(yè)知識(shí)得到了 豐富，水平得到了很大的提高，取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。在論文的寫(xiě)作和措辭等方面他也總會(huì)以“專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”嚴(yán)格要求我，從選題、定題開(kāi)始，一直到最后論文的反復(fù)修改、潤(rùn)色，曹老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我深刻而細(xì)致地指導(dǎo)，幫助我開(kāi)拓思路、精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。根據(jù)產(chǎn)品的工藝流程確定設(shè)備選型方案。因?yàn)閷⒑更c(diǎn)加熱到熔點(diǎn)以下溫度的后果可能實(shí)際上影響到焊點(diǎn)的可靠性，元件內(nèi)的溫度梯度大于 25℃ 可能在過(guò)高溫度下發(fā)生損壞。 檢測(cè)的不足 1)難以檢測(cè) BGA等面陣列類器件的隱藏焊點(diǎn)的質(zhì)量狀況； 2)對(duì)焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷無(wú)能為力； 3)完整的焊點(diǎn) 3D 信息比較難以獲得，即使能獲得，速度較慢；同時(shí)建立 3D 的 接受準(zhǔn)則比較困難； 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 27 4）各類不同的元器件材料對(duì)于光源的吸收率、反射率、顏色以及表面紋理相差很大，一次性完成滿足所有要求的設(shè)置比較困難。 3)減少生產(chǎn)成本 由于 AOI 可放置在回流爐前對(duì) PCB 進(jìn)行檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)由各種原因引起的缺陷，而不必等到 PCB 過(guò)了回流爐后才進(jìn)行檢測(cè)，這就大大降低了生產(chǎn)成本 的編程 1)編程的作用就是將每個(gè)界面采集出來(lái)，學(xué)習(xí)后，用于測(cè)試。 由于目視檢測(cè)的上述不足，在當(dāng)前的 SMT 組裝線上很少作為主要的焊接質(zhì)量檢測(cè)手段，多數(shù)用于返修 /返工的輔助工具、缺陷確 認(rèn)等?？梢酝ㄟ^(guò)優(yōu)化兩個(gè)特性：疲勞屈服點(diǎn)和蠕變阻抗，使焊料合金的疲勞壽命達(dá)到最大值。大尺寸 IC 的焊點(diǎn)，帶有相對(duì)較硬的引線，這樣的焊點(diǎn)在這種情況下會(huì)斷裂。 3)在焊接金屬與合金層之間的界面處會(huì)出現(xiàn)焊接金屬的伴生物，如銅一錫合金層之間出現(xiàn)的 SnO2。對(duì)電路來(lái)講，連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間是 105h。 腐蝕 空氣污染所致的干性化學(xué)腐蝕危險(xiǎn)性小。為了解決這一問(wèn)題，要求大而重的元件有足夠的機(jī)械支撐固定，而且要求引線應(yīng)柔性的。如果帶有大的細(xì)間距 IC 的 PCB 有一個(gè)角發(fā)生翹曲，而沒(méi)有支撐，或者由于不正確地調(diào)整測(cè)試夾具而形成機(jī)械負(fù)載，會(huì)對(duì)焊點(diǎn)造成危脅。例如，引起片狀電容器產(chǎn)生裂紋的一個(gè)常見(jiàn)的原因是印制板彎曲。目前的解決辦法是：先烘干 IC，然后密封保存并保持干燥。所以焊點(diǎn)中金的含量不應(yīng)超過(guò) 3％～ 4％。 金屬的溶解 在厚、薄膜混合電路（包括片式電容）組裝中，常常有蝕金、蝕銀的現(xiàn)象。當(dāng)溫差過(guò)大時(shí)，導(dǎo)致元件的陶瓷與玻璃部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。所謂“完美的焊點(diǎn)”是指“引線和焊盤(pán)全部潤(rùn)濕的焊點(diǎn)”。在這樣的要求下，如何保證焊點(diǎn)質(zhì)量是一個(gè)重要的問(wèn)題。一般最好每次調(diào)一個(gè)參數(shù)，在作下一步調(diào)整之前執(zhí)行該參數(shù) 設(shè)定，畫(huà)出一條新的曲線?？紤]到 PCB 尺寸大小、敏感元件的因素，可以適量增加測(cè)試點(diǎn)，但目前最多不超過(guò) 9個(gè)。顯示溫度只代表爐內(nèi)溫區(qū)某一處熱電偶的溫度，與熱電偶所在的位置有關(guān)。一旦所有參數(shù)輸入后，啟動(dòng)機(jī)器，爐子穩(wěn)定后 (即，所有實(shí)際顯示溫度接近符合設(shè)定參數(shù) )可以開(kāi)始作曲線。 溫度曲線制作的簡(jiǎn)單估算 作溫度曲線的第一個(gè)考慮 參數(shù)是傳輸帶的速度設(shè)定，該設(shè)定將決定 PCB 在加熱通道所花的時(shí)間?；钚詼囟瓤偸潜群辖鸬娜埸c(diǎn)溫度低一點(diǎn)，而峰值溫度總是在熔北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 點(diǎn)上。爐的預(yù)熱區(qū)一般占整個(gè)加熱通道長(zhǎng)度的 25～ 33%。 錫膏特性參數(shù)表也是必要的，其包含的信息對(duì)溫度曲線是至關(guān)重要的，如：所希望的溫度曲線持續(xù)時(shí)間、錫膏活性溫度、合金熔點(diǎn)和所希望的回流最高溫度。 測(cè)試步驟： 1) 選取能代表 SMA 組件上溫度變化的測(cè)試點(diǎn)，一般至少應(yīng)選取三點(diǎn)，這三點(diǎn)應(yīng)反映北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 出表面組裝組件上溫度最高、最低、中間部位上的溫度變化。 現(xiàn)在許多再流焊機(jī)器包括了一個(gè)板上測(cè)溫儀，甚至一些較小的、便宜的臺(tái)面式爐子。帶速?zèng)Q定機(jī)板暴露在每個(gè)區(qū)所設(shè)定的溫度下的持續(xù)時(shí)間，增加持續(xù)時(shí)間可以允許更多時(shí)間使電路裝配接近該區(qū)的溫度設(shè)定。帶速?zèng)Q定 SMT 停留在每個(gè)溫區(qū)的持續(xù)時(shí)間，增加時(shí)間可以使 SMA 上溫度愈來(lái)愈接近所設(shè)定的溫度，每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定影響 SMA的溫度上升速率。 熱電偶附著于 PCB 的位置也要 選擇，通常最好是將熱電偶的探頭附著在 PCB 的焊盤(pán)和相應(yīng)的元件引腳或金屬端之間。 現(xiàn)在市場(chǎng)上能購(gòu)買(mǎi)到的測(cè)溫儀分為兩類：一種為實(shí) 時(shí)測(cè)溫儀，即時(shí)傳送溫度 /時(shí)間數(shù)據(jù)并作出圖形；另一種測(cè)溫儀采樣并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，然后上傳到計(jì)算機(jī)，再在計(jì)算機(jī)上分析處理。 再流區(qū)，也叫峰值區(qū)。在這個(gè)區(qū)，組件的溫度以 4℃ /S 的速率連續(xù)上升，時(shí)間大約為 90 秒左右。 影響再流溫度曲線變化的因素很多，與再流焊爐的性能、采用的工藝材料（焊膏）、PCB 板的顏色和質(zhì)地、板上元件種類及布局等有關(guān)。 在氣相焊系統(tǒng)中 ,焊接操作控制的變量是組件的預(yù)熱和在線系統(tǒng)中的通過(guò)時(shí)間 , 及在系統(tǒng)中蒸氣的停留時(shí)間的控制。 再流焊機(jī)爐膛被劃分成若干獨(dú)立控溫的溫區(qū)，其中每個(gè)溫區(qū)又分為上、下兩個(gè)溫區(qū)。 2）對(duì) PCB 局部加熱 對(duì) PCB局部加熱再流焊可分為：激光再流焊、聚焦紅外再流焊、光束再流焊、熱氣流再流焊 。 2）要按照 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)的焊接方向進(jìn)行焊接。 再流焊原理 圖 32溫度曲線 如圖 32分析再流焊的原理：當(dāng) PCB 進(jìn)入升溫區(qū)（干燥區(qū)）時(shí)，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時(shí)，焊膏中的助焊劑潤(rùn)濕焊盤(pán)、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤(pán)，將焊盤(pán)、元器件引腳與氧氣隔離； PCB 進(jìn)入保溫區(qū)時(shí)，使 PCB 和元器件得到充分的預(yù)熱，以防 PCB 突然進(jìn)入焊接高溫區(qū)而損壞 PCB 和元器件；當(dāng) PCB 進(jìn)入焊接區(qū)時(shí)，溫度迅速上升使焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫對(duì) PCB 的焊盤(pán)、元器件端頭和引腳潤(rùn)濕、擴(kuò)散、漫流或回流混合形成焊錫接點(diǎn)； PCB 進(jìn)入冷卻區(qū)，使焊點(diǎn)凝固。 再流焊爐主要由爐體、上下加熱源、 PCB 傳輸裝置、空氣循環(huán)裝置、冷卻裝置、排風(fēng)裝置、溫度控制裝置，以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。 ?為 DIP 焊點(diǎn)或焊接面溫度曲線，體現(xiàn)焊接面器件的受熱與焊接過(guò)程。 助焊劑中的松香樹(shù)脂和活性劑在一定溫度下產(chǎn)生活性化反應(yīng)，能去除焊接金屬表面氧化膜，同時(shí)松香樹(shù)脂又能保護(hù)金屬表面在高溫下不再氧化；助焊劑能降低熔融焊料的表面張力，有利于焊料的潤(rùn)濕和擴(kuò)散。焊錫在進(jìn)入?yún)^(qū)時(shí)，焊錫的流動(dòng)特性受到 器件管腳的阻擋，當(dāng)焊錫性不良好的本體或管腳浸入熔錫中，熔錫就會(huì)變成弧形，改變方向，形成相對(duì)應(yīng)的陰影區(qū)域。當(dāng)印制電路板繼續(xù)向前運(yùn)行離開(kāi)第二個(gè)焊料波后，自然降溫冷卻形成焊點(diǎn)，即完成焊接。 波峰焊機(jī) 波峰焊機(jī) — 能產(chǎn)生焊錫波峰并能自動(dòng)完成印制板組件焊接工藝過(guò)程的工藝設(shè)備。就目前而言，再流焊技術(shù)與設(shè)備是 SMT 組裝廠商組裝 SMD/SMC 的主選技術(shù)與設(shè)備，但波峰焊任然是一種高效自動(dòng)化、高產(chǎn)量、可在生產(chǎn)線上串聯(lián)的焊接技術(shù)。在 SMT 中采用軟釬焊技術(shù)主要有波峰焊和再流焊。最直接的就是 IPC— A— 610 與 IPC/J— STD— 001 兩大標(biāo)準(zhǔn)。而且，隨著半導(dǎo)體元器件技術(shù)、材料技術(shù)、電子與信息技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的飛速進(jìn)步， SMT 的應(yīng)用還在不斷擴(kuò)大，其技術(shù)也在不斷完善和深化發(fā)展之中。追求良好而堅(jiān)固的工藝，不僅是產(chǎn)品質(zhì)量的要求，也是高密度組裝的客觀需要。 技術(shù)要求： 1．波峰焊、再流焊、 AOI 自動(dòng)檢測(cè)儀及返修工作站等 SMT 設(shè)備的使用。目前用于 SMT焊接的方法有多種，既有傳統(tǒng)波峰焊，又有適應(yīng)超細(xì)元件和多引腳器件焊接而發(fā)展起來(lái)的紅外再流焊、汽相焊、激光焊，并研究出與之相適應(yīng)的各種再流焊爐（包括熱板式、紅外式、熱風(fēng)紅外式再流焊爐），汽相焊爐（井式與再線式），激光焊機(jī)。最近幾年 SMT 又進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展高潮。 本論文主要是針對(duì) SMT 生產(chǎn)中的焊接環(huán)節(jié)，詳述焊接工藝流程。根據(jù)提供熱源的方式不同，再流焊有傳導(dǎo)、對(duì)流、紅外、激光、氣相等方式。 課題的建立以及本文完成的主要工作 本文主要包括以下內(nèi)容： 1）主要介紹波峰焊、再流焊、焊點(diǎn)可靠性研究。 波峰焊工作 原理 用于表面貼裝元器件的波峰焊設(shè)備一般都是雙波峰或電磁泵波峰焊機(jī)，下面以雙波峰焊機(jī)為例來(lái)說(shuō)明波峰焊原理。助焊劑涂敷之后的預(yù)熱可以逐漸提升 PCB 的溫度并使助焊劑活化，這個(gè)過(guò)程還北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 能減小組 裝件進(jìn)入波峰時(shí)產(chǎn)生的熱沖擊。在傳熱區(qū)焊接 ,電路板因焊錫完全短路，因此必須在脫錫區(qū)將多余的錫拉回錫槽內(nèi)。 3)預(yù)熱溫度：預(yù)熱溫度是指 PCB 與波峰面接觸前達(dá)到的溫度。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 第 3 章 再流焊 再 流焊的 概念 再流焊又稱回流焊，通過(guò)重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤(pán)上的膏狀軟釬焊料，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤(pán)之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。 再流焊機(jī)的結(jié)構(gòu)主體是一個(gè)熱源受控的隧道式爐膛，沿傳送系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方向，設(shè)有若干獨(dú)立控溫的溫區(qū)，通常設(shè)定為不同的溫度，全熱風(fēng)對(duì)流再流焊爐一般采用上、下兩層的雙加熱裝置。但由于再流焊加熱方法不同，有時(shí)會(huì)施加給器件較大的熱應(yīng)力； 2）只需要在焊盤(pán)上施加焊料，并能控制焊料的施加量，避免了虛焊、橋接等焊接缺陷的產(chǎn)生，因此焊接質(zhì)量好，可靠性高； 3）有自定位效應(yīng) — 當(dāng)元器件貼放位置有一定偏離時(shí)，由于熔融焊料表面張力作用 ，當(dāng)其全部焊端或引腳與相應(yīng)焊盤(pán)同時(shí)被潤(rùn)濕時(shí)，在表面張力作用自動(dòng)被拉回到近似目標(biāo)位置的現(xiàn)象； 4）焊料中不會(huì)混入不純物，使用焊膏時(shí)，能正確地保證焊料的組分； 5）可以采用局部加熱熱源，從而可在同一基板上，采用不同焊接工藝進(jìn)行焊接； 6）工藝簡(jiǎn)單，修板的工作量極小。檢查焊接是否充分、有無(wú)焊膏融化不充分的痕跡、焊點(diǎn)表面是否光滑、焊點(diǎn)形狀是否呈半月?tīng)?、錫球和殘留物的情況、連焊和虛焊的情況。通常， 波長(zhǎng)在 ～ l0μ m 的紅外輻射能力最強(qiáng)，約占紅外總能量的 80％～ 90％，輻射到的物體能快速升溫。該設(shè)備有一個(gè)氣體的加熱系統(tǒng) ,應(yīng)用大功率風(fēng)扇把熱風(fēng)吹向焊接件 ,由于組件與熱風(fēng)的偶連好 ,所以，只要很短時(shí)間 ,組件和氣體之間就能達(dá)到熱平衡。 4）激光再流焊設(shè)備 激光焊接是利用激光束直接照射焊接部位，焊接部 位（器件引腳和焊料）吸收激光能并轉(zhuǎn)成變熱能，溫度急劇上升到焊接溫度，導(dǎo)致焊料熔化，激光照射停止后，焊接部位迅速空冷，焊料凝固，形成牢固可靠的連接。本文著重介紹的是升溫 保溫 回流溫度曲線，適用于成分為 Sn63/Pb37 的共晶焊膏，其熔點(diǎn)為 183℃。它有兩個(gè)功能：第一是 PCB 在相 當(dāng)穩(wěn)定的溫度下受熱，允許不同質(zhì)量的元件在溫度上趨于一致，減少它們的相對(duì)溫差（△ T）；第二個(gè)功能是使助焊劑活化，揮發(fā)性的溶劑從焊膏中揮發(fā)。假如這個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定太高，會(huì)使其溫升斜率超過(guò) 4℃ /S，或達(dá)到的回流峰值溫度比理想的高，這種情況可能引起PCB 的過(guò)分翹曲或燒損，并損害元件。 熱電偶附著于 PCB 的方法有幾種： 1）使用高溫焊料如銀 /錫合金焊接到測(cè)試點(diǎn)上，焊點(diǎn)要盡量小。因此在新產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)反復(fù)調(diào)整爐溫，并得到一條滿意的焊接溫度曲線。再流爐的溫區(qū)愈多，愈能使溫度曲線精確。增加區(qū)的設(shè)定溫度允許機(jī)板更快地達(dá)到給定溫度。一般較小直徑的熱電偶，熱質(zhì)量小響應(yīng)快，得到的結(jié)果精確。采用焊接辦法固定熱電偶測(cè)試點(diǎn)，注意各測(cè)試點(diǎn)焊料量盡量小和均勻。前面三個(gè)溫區(qū)主要是加熱的作用，從預(yù)熱逐漸升溫至焊錫膏融化的溫度，最后一個(gè)區(qū)冷卻，即焊點(diǎn)成形的區(qū)域。 一般普遍的活性溫度范圍是 120℃～ 150℃，如果活性區(qū)的溫度設(shè)定太高，助焊劑沒(méi)有足夠的時(shí)間活性化，溫度曲線的斜率是一個(gè)向上遞增的斜率。 今天，最普遍使用的合金是 Sn63/Pb37，這種比例的錫和鉛使得該合金共晶。顯示溫度只是代表區(qū)內(nèi)熱敏電偶的溫度，如果熱電偶越靠近加熱源，顯示的溫度將相對(duì)比區(qū)間溫度較高，熱電偶越靠近 PCB 的直接通道，顯示的溫度將越能反應(yīng)區(qū)間溫度。例如 ,38℃的自動(dòng)觸發(fā)器，允許測(cè)溫儀幾乎在 PCB 剛放入傳送帶進(jìn)入爐時(shí)開(kāi)始工作，不至于熱電偶在人手上處理時(shí)產(chǎn)生誤觸發(fā)。 速度和溫度確定后，再看爐子其它需要調(diào)整的參數(shù)，這些參數(shù)包括冷卻