【正文】 　　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 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ABC1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 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ABC2和D合。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?？墒?，這種選擇可能受到限制，因?yàn)闈撛诘脑?、助焊劑活性劑和電路板材料的損害。 　　對(duì)這個(gè)試驗(yàn)，較短的接觸時(shí)間產(chǎn)生較好的結(jié)果，可能因?yàn)橹竸?活性劑系統(tǒng)在更高的預(yù)熱和錫爐溫度設(shè)定時(shí)得到兼顧。在這些過(guò)程條件下，對(duì)這個(gè)助焊劑類(lèi)型其結(jié)果是典型的。其它的試驗(yàn)顯示，如果助焊劑活性系統(tǒng)強(qiáng)度足夠忍受較高的溫度，較長(zhǎng)的接觸時(shí)間可能是有益的。否則， ~ 4 秒。 按照預(yù)熱器溫度，110176。C的設(shè)定對(duì)這個(gè)過(guò)程是“急促一點(diǎn)”。在較高設(shè)定(130176。C)，過(guò)程窗口縮窄了許多(OSP涂層和助焊劑可能失去活性)。預(yù)熱水基無(wú)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCfree)的助焊劑，要求特別的考慮。一旦施用了助焊劑，就必須改進(jìn)助焊劑與板表面之間的化學(xué)綁接，可通過(guò)加熱助焊劑來(lái)達(dá)到。因此，在第一個(gè)過(guò)程區(qū)(600mm)的末尾，板頂面的溫度應(yīng)該為大約70 ~ 80176。C。對(duì)這個(gè)試驗(yàn)，選擇了中波Calrod紅外(IR)發(fā)生器單元。該單元提供適當(dāng)?shù)腎R能量和波 長(zhǎng)，來(lái)啟動(dòng)活性，而不會(huì)在開(kāi)始時(shí)使水分從材料中汽化出去。強(qiáng)制式對(duì)流加熱使用在第二和第三區(qū)，在進(jìn)入焊錫波峰之前，消除過(guò)多的水分?！　∫粋€(gè)連續(xù)的、均勻的對(duì)整個(gè)板的助焊劑噴霧是必須的。用盡可能最低的氣壓來(lái)施用盡可能最細(xì)的顆粒，將給予最好的結(jié)果。較高的設(shè)定可能引起顆粒的反彈作用，因而不會(huì)改善板表面的濕潤(rùn)。D2設(shè)定是本試驗(yàn)的“Paper leader”。 對(duì)本試驗(yàn)整體“最好的”設(shè)定如下列出：ABC2和D2： A — 焊錫溫度 = 275176。C；為了防止溫度損壞，在265~270176。C之間。 B — 接觸時(shí)間 = 秒。 C — 預(yù)熱時(shí)間(頂面) = 110176。C。 D — 濕的助焊劑量 = 474 mg/dm2 　結(jié)論　　在生產(chǎn)中，為了成功地實(shí)施無(wú)鉛(Pbfree)波峰焊接，整個(gè)過(guò)程必須再考察，即，這不是一個(gè)將新的化學(xué)品和材料投入到過(guò)程的簡(jiǎn)單事情。通過(guò)進(jìn)行達(dá)柯分析(Taguchi analysis)與適當(dāng)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，這個(gè)考察可以更容易，過(guò)程開(kāi)發(fā)也會(huì)加速。它使工藝工程師(process engineer)只運(yùn)行少量的試驗(yàn)，就可實(shí)際的理解在他自己的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用中要求什么。雖然新的無(wú)鉛波峰焊接工藝的過(guò)程窗口較小，因?yàn)檩^高的溫度和其它材料，但是SPC可能是一個(gè)有價(jià)值的工具，幫助工程師維持正確的參數(shù)規(guī)格，和在這個(gè)新開(kāi)發(fā)的工藝過(guò)程達(dá)到最小的變化。 用于本試驗(yàn)的測(cè)試板是在一個(gè)裝備有噴霧器助焊劑處理器、三區(qū)預(yù)熱器和氮?dú)庠O(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)波峰焊接機(jī)器上運(yùn)行，以2m/min傳送帶速度可得到無(wú)鉛工藝的可重復(fù)性的結(jié)果，而沒(méi)有問(wèn)題。這說(shuō)明通常不需要特別的或?qū)ｉT(mén)的設(shè)備(或配件)來(lái)轉(zhuǎn)變到無(wú)鉛工藝。使用的噴霧助焊劑處理器可傳送足夠的助焊劑到通孔內(nèi)，鼓勵(lì)使用這種，因?yàn)榘l(fā)泡助焊劑處理器通常不能對(duì)大多數(shù)水基無(wú)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCfree)助焊劑正常工作(要求特別的、新的配制助焊劑)。 電子裝配中超聲噴霧的出現(xiàn)與成長(zhǎng)By Dr. Harvey L. Berger 　　本文介紹，在先進(jìn)裝配(advanced package)中使用超聲噴霧(ultrasonic spray)技術(shù)。 超聲波霧化(ultrasonic atomizing)噴嘴通過(guò)超聲波能量將液體轉(zhuǎn)化成一種低粘度水滴的精細(xì)霧狀。這個(gè)技術(shù)在電子裝配工業(yè)，特別是在對(duì)印刷電路裝配、多芯片模塊(MCM, multichip module)、分立元件、球柵陣列(BGA)和芯片規(guī)模包裝(CSP)的液體焊錫助焊劑的應(yīng)用中，找到廣泛的應(yīng)用?！　〉驼承試婌F是這些應(yīng)用中的關(guān)鍵因素，因?yàn)橥ㄟ^(guò)空氣或氮?dú)?，和大?8寬度的形式。由于這種能力，微小數(shù)量的助焊劑可以應(yīng)用到諸如BGA的元件，并且大的印刷電路裝配在波峰焊接之前可以覆蓋助焊劑?！　∫?yàn)橥ㄟ^(guò)超聲波噴嘴產(chǎn)生的速度一般是每秒幾英寸，在明確的、慢速移動(dòng)的空氣流中傳送噴霧和成型它是簡(jiǎn)單的。當(dāng)噴霧指向?qū)⒁可w的目標(biāo)表面時(shí)，液體顯現(xiàn)一點(diǎn)從表面反彈的和進(jìn)入環(huán)境中的趨勢(shì)?！　〕暡▏娮斓牧硪粋€(gè)特性是它能夠接納大范圍的流速。超聲波霧化不需要壓力。液體霧化的速度只決定于其引入噴嘴的速度。噴嘴可設(shè)計(jì)成處理非常小的傳送速度，低至每分鐘幾毫升，或者相對(duì)大的流速，達(dá)到每分鐘幾百毫升。 　　助焊劑噴霧　　自從九十年代早期開(kāi)始，超聲波噴嘴已經(jīng)成功地用于在線(xiàn)的PCB波峰焊接運(yùn)作的助焊劑噴霧，主要用于諸如免洗、水溶性、無(wú)VOC和RA(完全活性化的松香)的焊錫助焊劑。為了用助焊劑覆蓋整個(gè)板表面，從一個(gè)靜態(tài)噴嘴出來(lái)的噴霧在低速的空氣中傳送，形成一個(gè)寬的、狹窄的霧帶，當(dāng)板通過(guò)噴霧時(shí)在板底面均勻地沉積。同樣的技術(shù)可用于從頂上往下噴霧?！　≈竸﹪婌F超過(guò)舊的助焊劑施用方式，如發(fā)泡或波峰助焊劑的優(yōu)點(diǎn)。與舊的方法比較，助焊劑噴霧減少助焊劑的消耗量達(dá)70%、消除了助焊劑稀釋劑的需要、提供更好的過(guò)程控制、和減少缺陷。在過(guò)去幾年里，工業(yè)趨勢(shì)已經(jīng)轉(zhuǎn)到助焊劑噴霧。現(xiàn)有許多的設(shè)備，使用了或者超聲波或者壓力式噴霧噴嘴。 　　以精確的方式施用助焊劑　　一些超聲波噴霧技術(shù)的應(yīng)用要求助焊劑以精確的方式在小的、規(guī)定范圍內(nèi)施用助焊劑，而助焊劑超出其所希望的邊界。這些應(yīng)用包括：CSP、MCM、要求選擇性焊接的PCB、盤(pán)帶包裝的元件、和異型元件?！　‖F(xiàn)有能夠沉積小量材料的自動(dòng)分配系統(tǒng)。這些系統(tǒng)使用閥來(lái)分配小量非霧化的液體，比如錫膏或CSP的底部充劑和保形涂層。在相同設(shè)備上改變，比如用壓力霧化，也可用于分配材料。可是，這些霧化系統(tǒng)不能有效出來(lái)很少量的沉積物，并且由于相對(duì)高的噴霧速度，其可能產(chǎn)生重大的過(guò)霧化。　　利用超聲波噴嘴的一種技術(shù)涉及使用適中壓力(大約 1 psi 每平方英寸磅)的壓縮空氣或氮?dú)?，并在從噴嘴霧化表面出來(lái)時(shí)使噴霧成型。一個(gè)擴(kuò)散室使空氣在噴嘴管座周?chē)稚⒕鶆?，從室?nèi)出來(lái)的空氣傳送噴霧，使它成為聚焦式的方式。 什么是超聲波技術(shù)？ 　　在超聲波噴嘴的一般構(gòu)造中，碟形的陶瓷壓電換能器將高頻的電能從高頻放大器轉(zhuǎn)換到相同超聲波頻率的振動(dòng)機(jī)械能。該換能器是象三明治一樣疊放在兩個(gè)鈦圓柱之間，其作用是在霧化表面集中和放大振動(dòng)幅度。使用鈦是因?yàn)樗鼜?qiáng)大的聽(tīng)覺(jué)聲音，和抗腐蝕性?！　∫后w通過(guò)一個(gè)與噴嘴一樣長(zhǎng)的大直徑喂給管道送到霧化表面。霧化表面的幾何形狀可以變化，取決于特定的應(yīng)用。 　　應(yīng)用　　聚焦式噴霧的第一次工業(yè)應(yīng)用以各種形狀施用 177。寬度的助焊劑線(xiàn)，來(lái)順應(yīng)PCB上導(dǎo)體結(jié)構(gòu)1。一個(gè)噴嘴或者空氣處理裝置安裝在一個(gè)機(jī)械臂上。助焊劑層的厚度是機(jī)械臂速度和流速的函數(shù)，增加機(jī)械臂速度要求增加流速來(lái)維持一個(gè)特定的厚度。最好的結(jié)果是在速度為33 in/min ml/min 時(shí)得到的。霧化表面在板上的最佳高度是大約 。　　在這個(gè)應(yīng)用中，這相對(duì)于大約180的總的線(xiàn)性長(zhǎng)度。在該速率下，一加侖的助焊劑可涂蓋7000塊板，每塊板涂一遍?！　≡搼?yīng)用建議機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的方式對(duì)獲得好結(jié)果是重要的。一個(gè)恒定速度可產(chǎn)生最好的結(jié)果。最困難的控制操縱是角的成型，而不在角上的頂尖上建立過(guò)多的助焊劑。通過(guò)編成機(jī)械手保持轉(zhuǎn)角時(shí)的速度，可以在整個(gè)轉(zhuǎn)角過(guò)程中產(chǎn)生尖銳的、成型良好的和均勻的涂層。 　　BGA、倒裝芯片、CSP　　已經(jīng)有許多的包裝方法，目的是要減少半導(dǎo)體元件所占用的“地產(chǎn)”。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多技術(shù)來(lái)減少單個(gè)包裝的尺寸和把未包裝的芯片植入較大的電路模塊?！　∮性S多這類(lèi)方法要求在工藝過(guò)程中在一些點(diǎn)的位置沉積液體助焊劑。例子包括芯片上附著錫球、為綁接芯片準(zhǔn)備載體和把BGA包裝直接附著到電路板?！　【劢故絿婌F技術(shù)已經(jīng)成功用于這些方面。在一個(gè)現(xiàn)在的應(yīng)用中，必須在貼裝BGA芯片之前將助焊劑施用到PCB上尺寸為 的小矩形區(qū)域。助焊劑不能沉積在超出每個(gè)矩形的四周，在表面上沉積物必須均勻。在這個(gè)應(yīng)用中，噴霧裝置可以安裝在機(jī)械手傳輸系統(tǒng)上，該系統(tǒng)將頭移動(dòng)到每個(gè)矩形內(nèi)所希望噴霧的位置，達(dá)到均勻的涂層，而沒(méi)有過(guò)多噴霧。　　另一個(gè)由一家半導(dǎo)體制造商成功地實(shí)施的應(yīng)用涉及將助焊劑沉積于MCM的附著球上。這些球沿元件周邊附近的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)矩形分布。還有，該噴霧裝置可安裝在一個(gè)傳輸系統(tǒng)上，隨著它跟蹤矩形的圖案將液體的助焊劑分配到球上。 　　盤(pán)帶包裝、分立元件，其它應(yīng)用　　聚焦式噴霧技術(shù)已經(jīng)成功地使用于將助焊劑施用到包裝在盤(pán)帶包裝(tapeandreel)的元件。通常，噴霧裝置是靜止的，帶在噴霧之下或之上移動(dòng)。與該應(yīng)用相關(guān)的流速通常相當(dāng)?shù)氐? 每分鐘幾毫升?！　≡谄渌鼞?yīng)用中，特殊類(lèi)型的分立元件當(dāng)選擇性地將完成的元件焊接到PCB上時(shí)要求特別處理。當(dāng)助焊劑必須施用到元件的特定部位時(shí)，它們也可能在元件制造期間要求特別處理?！　√厥獾纳现竸?yīng)用有很多。一個(gè)例子是在制造保險(xiǎn)絲元件，其中熔斷元素的一個(gè)金屬表面必須涂有助焊劑。三個(gè)這些元素可以放在一個(gè)載體上，以每秒幾英尺的速度傳送通過(guò)噴霧區(qū)域。聚焦噴霧裝置可從上面安裝，垂直于載體的運(yùn)動(dòng)方向。覆蓋的寬度將按照制造的保險(xiǎn)絲特殊類(lèi)型而變化，但通常將在 ~ 的范圍。 結(jié)論　　超聲波噴嘴噴霧技術(shù)已經(jīng)在電子裝配中找到許多應(yīng)用，對(duì)各種類(lèi)型的基板施用數(shù)量受控的焊錫助焊劑，諸如PCB裝配、CSP和分立元件。　　該技術(shù)獨(dú)特的性能包括：柔性噴霧、精確控制噴霧形狀的能力、沉積大量和少量材料的能力、和避免過(guò)程噴霧與噴嘴堵塞。這些特性在為所描述的各種應(yīng)用產(chǎn)生可變化的噴霧工藝是非常重要的因素。55 / 55