【正文】 在此，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友表示衷心的感謝！感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授。我要感謝曹老師，他為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)耐心。除了考慮工藝材料、工藝設(shè)備、工藝經(jīng)驗(yàn)、檢測和質(zhì)量控制等重 要環(huán)節(jié)外，還應(yīng)重視 PCB 和模板的設(shè)計(jì)的工藝合理 性．設(shè)計(jì)工藝不合理，制造缺陷就多，檢測成本也就高。 SMT 技術(shù)在不斷的發(fā)展過程中占領(lǐng)市場份額，以它高效的貼裝速率、安全的性能等諸多方面的出色表現(xiàn)，定會(huì)捍衛(wèi)自己主流的地位。 3） PCB 焊盤清理 PCB 焊盤清理包含焊盤清洗和整平等工作。拆焊過程中防止臨近元件加熱很重要。組合式一般配備有各種拆卸烙鐵和修復(fù)工具。 4)基準(zhǔn)測試，如果 X、 Y的數(shù)值大于 2，那么建議重新學(xué)習(xí) mark 點(diǎn)。確定 PCB板的兩個(gè)對角位置。 故障覆蓋率高 由于采用了高精密的光學(xué)儀器和高智能的測試軟件，通常的 AOI 設(shè)備可檢測多種生產(chǎn)缺陷，故障覆蓋率可達(dá)到 80%。 總的來說， AOI 檢測各類焊點(diǎn)的外觀質(zhì)量比較成熟，應(yīng)用比較廣泛，可以檢測橋連、偏移、立碑、焊料過多 /過少等常見缺陷。目視檢測主要存在以下局限性： 速度慢，實(shí)現(xiàn) 100％的檢測難以跟上當(dāng)前 SMT 生產(chǎn)線的節(jié)拍； 1） 主觀性強(qiáng)，檢測的結(jié)果會(huì)因人而異； 2） 一致性不高，不確定因素較大； 3） 對操作員個(gè)人技能、經(jīng)驗(yàn)要求較高； 4） 僅能檢測焊點(diǎn)外在缺陷。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 25 焊接質(zhì)量檢測方法 在當(dāng)今的 SMT 組裝線上，在再流焊之后配置 AOI 進(jìn)行焊接質(zhì)量檢測是非常普遍的，也是行之有效的。 結(jié)論 綜上所述，影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素有很多，我們探討了制造過程中的機(jī)械負(fù)載、熱沖擊、裝卸和移動(dòng)造成的破壞、老化等方面的原因，那么在操作時(shí)，應(yīng)該采取以下措施來保證焊點(diǎn)的質(zhì)量： 1)溫度循環(huán)負(fù)載要盡可能小； 2)元器件要盡可能 ??； 3)熱膨脹系數(shù)要匹配； 4)采用柔性引線； 5) 盡量不要裝配那些大而重的元件，通過柔性引線進(jìn)行電氣連接； 6)通孔與引線的配合應(yīng)緊密，但不要太緊； 7)印制板的裝配應(yīng)保證在板的水平方向能自由移動(dòng)，否則周期性的彎曲會(huì)破壞大元件的焊點(diǎn)； 8)焊點(diǎn)尺寸和形狀要適當(dāng)； 9)在單面板上安裝通孔元件，焊點(diǎn)要飽滿； 10)焊料合金要達(dá)到最大的疲勞壽命。 焊接疲勞 元件、焊料以及基板材料有著不同的熱膨脹系數(shù)。 2)焊點(diǎn)在焊接后多少會(huì)釋放一些應(yīng)力，如果焊點(diǎn)位于 PCB 的某一彎曲的位置，就會(huì)受到持久的擠壓。不同的材料出現(xiàn) 蠕變的溫度不同。 2)整個(gè)薄層合金的變化將導(dǎo)致粘附力的降低或電接觸的老化。焊料中的錫也和焊接金屬表現(xiàn)出固化反應(yīng)（焊料中的鉛不能阻止這種反應(yīng)），甚至在室溫下，都可能發(fā)生這樣的反應(yīng)。使用溫度的最高允許值取決于產(chǎn)品的“運(yùn)行”時(shí)間。所有的焊接金屬都可能發(fā)生遷移，銀是最敏感的金屬。 會(huì)造成以下后果： 1)化學(xué)和電化學(xué)腐蝕； 2)板的退化； 3)焊料中的錫與焊接金屬之間合金層的生長； 4)由于彈性塑 性變形產(chǎn)生蠕變斷裂； 5)機(jī)械焊接疲勞。助焊劑殘 余物易于清除。如大而重的有引線元件受機(jī)械沖擊后產(chǎn)生的大慣性力會(huì)引起 PCB 板上覆銅的剝離或板斷裂，進(jìn)而，元件本身也會(huì)損壞。特別是重的元件和只有少量的（ 2或 3根）長的排成一列的柔性引線的元件（例如大的電解電容）會(huì)遭受振動(dòng)。鷗翼形引線在板的平面方向是柔性的，但在與板垂直的方向是剛性的。如果 PCB 上有比較重的元件如變壓器，則應(yīng)該選擇夾具支撐。 裝卸和移動(dòng)造成的焊點(diǎn)失效 電子產(chǎn)品從元器件裝配、電路組 裝和焊接直到成品的運(yùn)輸和使用的整個(gè)壽命周期內(nèi)，可能會(huì)承受由于機(jī)械負(fù)載引起的各種振動(dòng)和沖擊。缺點(diǎn)是受超聲功率大小的控制，超聲功率太低則不起作用，而超聲功率太高則會(huì)破壞 PCB上面元件。而在波峰焊中，幾乎不會(huì)發(fā)生爆裂。 “爆米花”這一詞是專門針對大芯片 IC 的。以金為例，當(dāng)反應(yīng)的時(shí)間及溫度足夠時(shí)，所有的金都將與錫發(fā)生反應(yīng)。銅生成針狀的 Cu6Sn5,銀生成扁平的 Ag3Sn,金生成 AuSn4立方體。 PCB 翹曲嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞上面的元件。由于 PCB 和元件之間的熱膨脹系數(shù)不同，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致陶瓷元件的破裂。 熱應(yīng)力與熱沖擊 波峰焊過程中快速的冷熱變化，對元件造成暫時(shí)的溫度差，這使元件承受熱應(yīng)力。 2）穩(wěn)定失效率階段，該階段大部分焊點(diǎn)的質(zhì)量良好，失效的發(fā)生率（失效率）很低，且比較穩(wěn)定。 “只有完美的焊點(diǎn)才是合格的焊點(diǎn)”。目前，在電子行業(yè)中，雖然無鉛焊料的研究取得很大進(jìn)展，在世界范圍內(nèi)已開始推廣應(yīng)用，而且環(huán)保問題也受到人們的 廣泛關(guān)注，但是由于諸多的原因，采用 SnPb焊料合金的軟釬焊技術(shù)現(xiàn)在仍然是電子電路的主要連接技術(shù)。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 第 4 章 焊點(diǎn)質(zhì)量及可靠性 電子產(chǎn)品的“輕、薄、短、小”化對元器件的微型化和組裝密度提出了更高的要求。當(dāng)最后的曲線圖與理想的溫度曲線相吻合時(shí)，存儲(chǔ)該設(shè)定參數(shù)以備后用。例如，如果預(yù)熱區(qū)和回流區(qū)都不一致，首先調(diào)整預(yù)熱區(qū)。 將采集到的數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算后，畫出溫度曲線，這時(shí)可以跟焊膏制造商推薦的曲線進(jìn)行比較，反復(fù)調(diào)整參數(shù)。測試點(diǎn)通常最少為 3～ 4個(gè)。 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)包括冷卻風(fēng)扇速度、強(qiáng)制空氣沖擊力和惰性氣體流量。接下來要設(shè)定各個(gè)溫區(qū)的溫度，應(yīng)該知道的是北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 實(shí)際的區(qū)間溫度與該區(qū)的顯示溫度不一定一致。例如 ,38℃的自動(dòng)觸發(fā)器，允許測溫儀幾乎在 PCB 剛放入傳送帶進(jìn)入爐時(shí)開始工作，不至于熱電偶在人手上處理時(shí)產(chǎn)生誤觸發(fā)?？纯词謨陨掀渌枰{(diào)整的參數(shù)，這些參數(shù)包括冷卻風(fēng)扇速度、強(qiáng)制空氣沖擊和惰性氣體流量。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。越是靠近這種鏡像關(guān)系，焊點(diǎn)達(dá)到固態(tài)的結(jié)構(gòu)越緊密，得到焊接點(diǎn)的質(zhì)量越高，結(jié)合完整性越好。 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。這個(gè)區(qū)的作用是將 PCB 裝配的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度。 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。在這個(gè)區(qū)，產(chǎn)品的溫度以不超過每秒 4℃速度連續(xù)上升，溫度升得太快會(huì)引起某些缺陷，如陶瓷電容的細(xì)微裂紋，而溫度上升太慢，錫膏會(huì)感溫過度，沒有 足夠的時(shí)間使 PCB 達(dá)到活性溫度。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。由于測試點(diǎn)熱容量的不同，通過3個(gè)測試點(diǎn)所測的溫度曲線形狀會(huì)略有不同，爐溫設(shè)定是否合理，可根據(jù) 3條曲線預(yù)熱結(jié)束時(shí)的溫度差焊接峰值溫度以及再流時(shí)間來考慮。采用焊接辦法固定熱電偶測試點(diǎn)，注意各測試點(diǎn)焊料量盡量小和均勻。附著的位置也要選擇，通常最好是將熱電偶尖附著在 PCB 焊盤和相應(yīng)的元件引腳或金屬端之間。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?？蓮拇蠖鄶?shù)主要的電子工具供應(yīng)商買到溫度曲線附件工具箱，這工具箱使得作曲線方便，因?yàn)樗克璧母郊?(除了曲線儀本身 )。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。 幾個(gè)參數(shù)影響曲線的形狀， 其中最關(guān)鍵的是傳送帶速度和每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定。再流爐的溫區(qū)愈多，愈能使溫度曲線精確。影響曲線形狀的關(guān)鍵參數(shù)是，傳送帶的速度和每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定。因此在新產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，應(yīng)反復(fù)調(diào)整爐溫，并得到一條滿意的焊接溫度曲線。這種方法通常不太可靠。 熱電偶附著于 PCB 的方法有幾種： 1）使用高溫焊料如銀 /錫合金焊接到測試點(diǎn)上，焊點(diǎn)要盡量小。 測試溫度曲線的注意事項(xiàng) 在開始設(shè)定溫度曲線之前，需準(zhǔn)備下列設(shè)備和工具：溫度曲線測試儀、熱電偶、將熱電偶附于 PCB 的工具和焊膏參數(shù)表。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 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 的過分翹曲或燒損，并損害元件。應(yīng)選擇能維持平坦的活化溫度曲線的爐子，將提高可焊性。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)。 升溫區(qū)，也叫預(yù)熱區(qū)，將 PCB 從環(huán)境溫度加熱到所須的活化溫度。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℃。再流焊接工藝的關(guān)鍵在于找出最適當(dāng)?shù)脑倭鳒囟惹€，一條優(yōu)化的再流溫度 曲線將保證高品質(zhì)的焊點(diǎn)。 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。氣相再流焊接使用氟惰性液體作熱轉(zhuǎn)換介質(zhì)，加熱這種介質(zhì)，利用它沸騰后產(chǎn)生的飽和蒸氣的氣化潛熱進(jìn)行加熱。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。 2）強(qiáng)制對流焊設(shè)備 全熱風(fēng)再流焊機(jī)的加熱系統(tǒng)主要由熱風(fēng)馬達(dá)、加熱管、熱電耦、固態(tài)繼電器 SSR、溫控模塊等部分組成。通常， 波長在 ～ 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。 再流焊的分類 1）對 PCB 整體加熱 對 PCB整體加熱再流焊又可分為：氣相再流焊、熱板再流焊、紅外再流焊、紅外加熱風(fēng)再流焊和全熱風(fēng)再流焊。檢查焊接是否充分、有無焊膏融化不充分的痕跡、焊點(diǎn)表面是否光滑、焊點(diǎn)形狀是否呈半月狀、錫球和殘留物的情況、連焊和虛焊的情況。要定期做溫度曲線的實(shí)時(shí)測試。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)焊盤同時(shí)被潤濕時(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）工藝簡單，修板的工作量極小。要合理設(shè)置各溫區(qū)的溫度，使?fàn)t膛內(nèi)的焊接對 象在傳輸過程中所經(jīng)歷的溫度按合理的曲線規(guī)律變化，這是保證再流焊質(zhì)量的關(guān)鍵。 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)對流再流焊爐一般采用上、下兩層的雙加熱裝置。一般中小批量生產(chǎn)選擇 4～ 5個(gè)溫區(qū)，加熱區(qū)長度 左右即能滿足要求； 6) 傳送帶寬度：應(yīng)根據(jù)最大 PCB 尺寸確定。 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，通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏狀軟釬焊料，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。 C大多北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 數(shù)情況是指焊錫爐的溫度實(shí)際運(yùn)行時(shí)﹐所焊接的 PCB焊點(diǎn)溫度要低于爐溫﹐這是因?yàn)?PCB吸熱的結(jié)果。 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。 焊料和助焊劑 目前一般采用 Sn63／ Pb37 棒狀共晶焊料，熔點(diǎn) 183℃。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)。 錫爐焊接 圖 23波峰焊機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) PCB 在錫波中分為三個(gè)重在區(qū)段： 進(jìn)入?yún)^(qū)：管腳吃錫產(chǎn)生的地方。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。然后印制電路板的底面通過第二個(gè)熔融的焊料波，第二個(gè)焊料波是平滑波 (也稱Ω 波 )，平滑波將引腳及焊端之間的連橋分開，并將去除拉尖等焊接缺陷。 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)為例來說明波峰焊原理。按波型個(gè)數(shù)又分成單波峰、雙波峰、三波峰和復(fù)合波峰 4 種。 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。 波峰焊技術(shù)與再流焊技術(shù)是印制電路板上進(jìn)行大批量焊接元器件的主要方式。根據(jù)提供熱源的方式不同，再流焊有傳導(dǎo)、對流、紅外、激光、氣相等方式。 而在一系列的 SMT 工藝中，焊接是表面組裝工藝技術(shù)中的主要工藝技術(shù)。 本論文主要是針對 SMT 生產(chǎn)中的焊接環(huán)節(jié)，詳述焊接工藝流程。 業(yè)界知名國際組織 IPC 為實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的電子組裝焊接技術(shù)，制定了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。最近幾年 SMT 又進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展高潮。目前， SMT 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的電子產(chǎn)品組件和