【導(dǎo)讀】在電子組件的組裝過(guò)程中，焊接起到了相當(dāng)重要的作用。此外，由于電子組件朝著輕、薄、小的方向快速發(fā)展，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足市場(chǎng)需求。目前，最廣泛使用的焊接工藝主要有波峰焊接和再流焊接。種關(guān)鍵的群焊工藝。盡管波峰焊接工藝已有多年的歷史，而且還。力的波峰焊接工藝需持時(shí)日。因?yàn)檫@種工藝必須達(dá)到快速、生產(chǎn)。率高和成本合理等要求。換言之，這種工藝與焊接前的每一工藝。液體溫度183℃，并使溫度均勻。過(guò)去，250℃的焊錫鍋溫度被。的溫度，以便形成合格的焊點(diǎn)是必要的。夠的熱量，提高所有引線和焊盤(pán)的溫度，從而確保焊料的流動(dòng)性，作和焊劑化合物的共同作用下，可使波峰出口具有足夠的焊劑，在采購(gòu)中，要規(guī)定的金屬微量浮。要求在ANSI/J-STD-001B標(biāo)準(zhǔn)中也有規(guī)定。外，對(duì)63％錫；37％鉛合金中規(guī)定錫含量最低不得低于％。感元件暴露于高溫下。然而，應(yīng)考慮到侵蝕性冷卻系統(tǒng)對(duì)元件和。焊點(diǎn)的熱沖擊的危害性。關(guān)心的是后一個(gè)原因，其可能是造成某些焊劑殘?jiān)鹋莸脑颉?

　　

【正文】 選擇性和通用可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)波峰夾具兩個(gè)都設(shè)計(jì)用來(lái)解決這個(gè)板面設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。圖六所示的通用旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)波峰夾具是設(shè)計(jì)用于 SMT 第三類板 – 只有被動(dòng)元件安裝在板的第二面。圖七所 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 38 頁(yè) 共 55 頁(yè) 示的選擇性可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)夾具設(shè)計(jì)用于 SMT 第二類型的板 – 主動(dòng)和被動(dòng) SMT 元件都安裝在主面和第二面。通孔元件安裝在SMT第二和三類型裝配的主面。 旋轉(zhuǎn)夾具的角度可以調(diào)節(jié)，以允許引腳接觸到不動(dòng)的波峰焊錫。當(dāng)由于設(shè)計(jì)的約束而發(fā)生挑戰(zhàn)元件的布置時(shí)，這個(gè)可調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)夾具幫助消除板上的錫橋和焊接遺漏 缺陷， 結(jié)論 克服波峰焊接的復(fù)雜性是復(fù)雜的，似乎沒(méi)有象一次性解決方案這樣的東西，來(lái)保證可重復(fù)的結(jié)果。通過(guò)采用連續(xù)的改進(jìn)概念和本文所討論的工具，小組已有效地得出令人鼓舞的結(jié)果 – 96%的補(bǔ)焊被消除。 補(bǔ)焊是一個(gè)昂貴的過(guò)程，并損害焊接點(diǎn)。因此，第一次生產(chǎn)出完美的波峰焊點(diǎn)，不僅只是口號(hào)，或一個(gè)有動(dòng)機(jī)的方案。的確，這是制造商使用的最節(jié)省成本的方法。通過(guò)顯著的改進(jìn)結(jié)果，一個(gè)漸進(jìn)的、連續(xù)的改進(jìn)過(guò)程正是達(dá)到“零波峰焊接缺陷”目標(biāo)的方法。這個(gè)工程也證明了，“人員素質(zhì)”哲學(xué)是可行的。 分析無(wú)鉛波峰焊接缺陷 By Gerjan Diepstraten 一個(gè)歐洲協(xié)會(huì)和其它的協(xié)會(huì)已經(jīng)得出結(jié)論，無(wú)鉛 (Pbfree)焊 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 39 頁(yè) 共 55 頁(yè) 接在技術(shù)上是可能的，但首先必須解決實(shí)施的問(wèn)題，包括無(wú)揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOCfree)的助焊劑技術(shù)和是否必須修改工藝來(lái)接納所要求的更高焊接溫度。 達(dá)柯 (Taguchi)試驗(yàn)設(shè)計(jì) (DOE, designofexperiment)方法和統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制 (SPC, statistical process control)是評(píng)估波峰焊接中無(wú)鉛工藝的有效方法。其目的是要為特定應(yīng)用的最佳設(shè)置確定基本的控 制參數(shù)。 達(dá)柯方法 (Taguchi method)尋求將創(chuàng)新的品質(zhì)方法與傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)。研究出一系列相關(guān)的技術(shù)來(lái)最大限度的減少不想要的可變性，減少生產(chǎn)損耗和提供更大的顧客滿意。例如，達(dá)柯方法用于減少生產(chǎn)變量有兩個(gè)步驟： 制造產(chǎn)品，以“最佳的”方式達(dá)到與目標(biāo)的最小背離。 盡可能同樣地生產(chǎn)所有產(chǎn)品，達(dá)到產(chǎn)品之間的最小背離。 達(dá)柯試驗(yàn)使用一個(gè)專門(mén)構(gòu)造的表格或“正交陣列”來(lái)影響設(shè)計(jì)過(guò)程，因此品質(zhì)在其設(shè)計(jì)階段就嵌入產(chǎn)品內(nèi)部。正交陣列是一項(xiàng)允許對(duì)影響試驗(yàn)的因素進(jìn)行獨(dú)立地?cái)?shù)學(xué)評(píng)估的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。 試驗(yàn)準(zhǔn)備 達(dá)柯試驗(yàn)準(zhǔn)備從一個(gè)集思廣益的會(huì)議開(kāi)始，在這里一個(gè)結(jié)合不同學(xué)科的小組建立清楚的報(bào)告書(shū)，為設(shè)計(jì)合理的試驗(yàn)，列出問(wèn)題、目標(biāo)、所希望的輸出特性和測(cè)量方法。然后，確定所有的過(guò)程參數(shù)和定義影響結(jié)果的有關(guān)因素： 可控制因素： C1 = 對(duì)過(guò)程作用很大的并可直接控制的因素； C2 = 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 40 頁(yè) 共 55 頁(yè) 如果 C1因素改變，需要停止過(guò)程的因素 這個(gè)試驗(yàn)中， 選擇了三個(gè) C1因素： B = 接觸時(shí)間 C = 預(yù)熱溫度 D = 助焊劑數(shù)量 錫溫度是一個(gè) C2 因素， 由于需要用來(lái)增加 /減少溫度的時(shí)間。 噪音因素是影響偏差的變量，但 是不可能控制或控制成本效率低的。例如在生產(chǎn) /試驗(yàn)期間，室內(nèi)溫度、濕度、灰塵等的變化。由于實(shí)際原因，沒(méi)有把“噪音”成分列入試驗(yàn)的因素。相反，主要目標(biāo)是評(píng)估單個(gè)品質(zhì)影響因素的所起的作用。必須作其它的試驗(yàn)來(lái)量化它們對(duì)過(guò)程噪音的反應(yīng)。 最后，要求選擇需要測(cè)量的輸出特性。 首選兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：沒(méi)有錫橋的引腳數(shù)和通孔充滿的合格性。 試驗(yàn)規(guī)劃與設(shè)計(jì) 與其它方法比較 (通常使用每次一個(gè)因素的研究，以確定可控制參數(shù) )，這個(gè)試驗(yàn)使用了一個(gè) L9 正交陣列。在只有九個(gè)試驗(yàn)運(yùn)行中，調(diào)查了三個(gè)級(jí)別的四個(gè)因素，如表一所示。 表一、 過(guò)程因素 級(jí)別一 級(jí)別二 級(jí)別三 A 焊接溫度 (176。 C) 250 260 275 B 接觸時(shí)間 (sec) 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 41 頁(yè) 共 55 頁(yè) C 預(yù)熱溫度 PCB 頂面 (176。 C) 130 90 110 D 熔濕助焊劑數(shù)量 (mg/dm2) 355 474 639 輸出特性。適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)設(shè)定可得到最可靠的數(shù)據(jù)。例如，控制參數(shù)范圍必須象實(shí)際一樣趨于極端， 以使問(wèn)題明顯化 — ； 在這個(gè)情況下，錫橋與通孔滲透不良 (圖一 )。為了量化錫橋的影響，對(duì)沒(méi)有錫橋的上錫引腳計(jì)數(shù)。 (每個(gè) 板有 200 個(gè)引腳，因此最高分是 200。 ) 對(duì)通孔滲透的影響，每個(gè)充滿焊錫的孔如圖二所示標(biāo)記。每個(gè)板最大總數(shù)為 4662 個(gè)點(diǎn)。 試驗(yàn)中的材料 無(wú)鉛合金。 最常用的波峰焊接無(wú)鉛合金是 Sn/Cu 和Sn/Ag/Cu。 Sn/Cu, 最廉價(jià)的無(wú)鉛合金之一，具有高熔點(diǎn) (227176。C)，除此之外比其它無(wú)鉛合金的機(jī)械性能差。 Sn/Ag/Cu 是在Sn/Ag 基礎(chǔ)上的改進(jìn)。 Sn/接點(diǎn)，而且可焊性比 Sn/Ag 和 Sn/Cu 都好。銻的加入 (~% 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 42 頁(yè) 共 55 頁(yè) Sb)，通過(guò)銻與銀 和銻 與銅的金屬間結(jié)構(gòu)，提供更高的溫度阻抗?？墒牵袑?duì)銻的毒性的關(guān)注，盡管有毒的氧化銻只是在 600176。 C以上的溫度才產(chǎn)生。 Sn/(SACS)，熔點(diǎn)溫度217176。 C，在試驗(yàn)中使用過(guò) (表二 )。 板的表面情況。 試驗(yàn)板選擇了有機(jī)可焊性保護(hù)層 (OSP, anic solderability preservative)，一種高性能的銅板涂層，它保護(hù)和維持通孔的可焊性。 (較早的研究表明， Sn/Ag/Cu 與 OSP 表面是兼容的。 )OSP 是熱氣焊錫均涂 (HASL, hotair solder leveling)與其它金屬印刷電路板 (PCB)表面處理的替代方法。由于更高的預(yù)熱設(shè)定，這薄薄的有機(jī)涂層 ( ~ 181。m 厚度 )失去活性。由于 OSP與水溶性助焊劑兼容，包含在助焊劑中的酸和溶劑迅速溶解 OSP涂層，變成助焊劑的一部 分，當(dāng)熔化的焊錫接觸到板時(shí)揮發(fā)掉。 表二，試驗(yàn)合金 特性 單位 SACS 化學(xué)成分 Mass% Sn/熔點(diǎn) 176。 C 217 密度 Kgm3 7300(solid/250176。 C) 7000(liquid/250176。 C) 溫度膨脹系數(shù) ppm 21 黏度 Mpas(250176。 C) 表面張力 Nm1 (N2) 室溫下懦變強(qiáng)度 High 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 43 頁(yè) 共 55 頁(yè) 價(jià)格 per mass 177。 4 x Sn/Pb 助焊劑 。對(duì)這個(gè)試驗(yàn)，選擇了固體含量少于 2%的合成無(wú)揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOCfree)的助焊劑 396RX(表三 )。選擇一種無(wú)鹵化物的低殘留助焊劑，由于其在銅表面的良好可焊性加上其防止錫橋的作用。從板的頂面測(cè)量的助焊劑預(yù)熱范圍是 100 ~ 112176。C，示裝配的結(jié)構(gòu)而 定。 表三、助焊劑物理特性 產(chǎn)品類型 396RX 20176。 C 時(shí)的密度 1007 (177。 %) 酸的數(shù)量 (mg KOH/g) (177。 %) 顏色 無(wú)色 固體含量 ()% w/w 閃點(diǎn) 無(wú) DIN8527 腐蝕試驗(yàn) 通過(guò) 鹵化物 0% pH(5%) 5 助焊劑應(yīng)用 。在可利用的助焊劑應(yīng)用技術(shù)之中，找到一種噴嘴噴霧的助焊劑處理器最適合對(duì)電路板施用適當(dāng)?shù)闹竸?。用無(wú)揮發(fā)性的有機(jī)化合物助焊劑，盡可能達(dá)到最精細(xì)的顆粒是達(dá)到 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 44 頁(yè) 共 55 頁(yè) 良好的通 孔滲透和成功的水膜揮發(fā)的關(guān)鍵。因此，水基助焊劑應(yīng)該仔細(xì)地配制表面特性，以得到一個(gè)與金屬和非金屬表面的流暢的接觸面。 噴嘴助焊劑處理器允許對(duì)施用的助焊劑的精確控制 — ； 從大約 300 ~ 750 mg/dm2 (濕的助焊劑 )。最大為 750 mg/dm2 因?yàn)樵俣嗟闹竸╅_(kāi)始從板上滴落下來(lái)。 測(cè)試板的設(shè)計(jì)和材料 。測(cè)試板的尺寸為 160 x 100 x mm。材料為 FR4，通孔雙面鍍銅。連接器特征為 10 針、雙排、amp。 Au/Ni 表面處理。 試驗(yàn)結(jié)果 運(yùn)行了十八塊板 (九塊九塊重復(fù)一次 )，得到需要用來(lái)作正交陣列分析的數(shù)據(jù)，達(dá)到如下目標(biāo)： 評(píng)估單個(gè)品質(zhì)影響因素的影響 得到對(duì)無(wú)鉛 (Pbfree)工藝的最佳條件 逼近最佳條件下的控制參數(shù)響應(yīng) 變異分析 (ANOVA, analysis of variance)，一種統(tǒng)計(jì)處理方法，評(píng)估正交陣列的結(jié)果和確認(rèn)每個(gè)因素的影響有多大。表四顯示有關(guān)從試驗(yàn)中獲得的焊錫橋的數(shù)據(jù)。 表四、錫橋數(shù)據(jù) 控制因素 良好焊接針的數(shù)量 Group 1 A B C D Run 1 Run 2 1 1 1 1 1 198 196 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 45 頁(yè) 共 55 頁(yè) 2 1 2 2 2 188 198 3 1 3 3 3 171 161 4 2 1 2 3 200 200 5 2 2 3 1 169 192 6 2 3 1 2 192 196 7 3 1 3 2 196 192 8 3 2 1 3 200 200 9 3 3 2 1 178 172 圖三解釋了相對(duì)于過(guò)程因素的錫橋的影響范圍，即，數(shù)量越多，品質(zhì)越 高 (200 = 無(wú)錫橋 )。它顯示，就錫橋來(lái)說(shuō)，接觸時(shí)間和預(yù)熱溫度是影響輸出數(shù)據(jù)最大，即，改變其中一個(gè)設(shè)定將對(duì)錫橋數(shù)量具有最戲劇性的影響。 基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到對(duì)于錫橋最佳的設(shè)定是 A B C1和D2。雖然 A2 與 A3 之間的差別很小，選擇 A2 是因?yàn)檩^低的能量損耗的要求而選擇 260176。 C 的焊錫溫度。加上，在這個(gè)水平，元件和電路板材料經(jīng)受的溫度沖擊小。圖四顯示對(duì)錫橋來(lái)說(shuō)，每個(gè)控制參數(shù)影響的百分比；表五列出有關(guān)通孔熔濕的試驗(yàn)結(jié)果。 表五、通孔滲透數(shù)據(jù) 控制因素 良好通孔滲透的數(shù)量 Group 1 A B C D Run 1 Run 2 1 1 1 1 1 4426 4464 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 46 頁(yè) 共 55 頁(yè) 2 1 2 2 2 4526 4539 3 1 3 3 3 3776 3792 4 2 1 2 3 4652 4651 5 2 2 3 1 3464 3061 6 2 3 1 2 4530 4538 7 3 1 3 2 4316 4505 8 3 2 1 3 4516 4593 9 3 3 2 1 4586 4578 圖五，再一次，數(shù)量越高，結(jié)果越大 (4662 = 100%的“良好焊接”板 )。 預(yù)熱溫度 (130176。 C)影響過(guò)程最大，當(dāng)其它因素的影響大約相等的時(shí)候。而且，試驗(yàn)重復(fù)誤差對(duì)通孔滲透很小。 (圖六顯示有關(guān)通孔滲透的每個(gè)控制參數(shù)影響的 百分比。 )基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為最好的通孔焊錫滲透所建立的最佳設(shè)定是 A B C2和 D 合。 中國(guó)最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 47 頁(yè) 共 55 頁(yè) 圖七顯示試驗(yàn)中使用的測(cè)試板的 SACS 焊接點(diǎn)的截面顯微照片。 試驗(yàn)結(jié)果 焊錫溫度的影響相對(duì)于其在錫橋上的影響是不大的。對(duì)通孔滲透，更 高的溫度更好。可是，這種選擇可能受到限制，因?yàn)闈撛诘脑⒅?