【正文】 一步考慮范圍之外。 鋅 鋅非常便宜，幾乎與鉛的價(jià)格相同，并且隨時(shí)可以得到，同時(shí)它在降低錫合金的熔點(diǎn)方面也具有非常高的效率。也許通過惰性化或特種焊劑配方可以克服這些技術(shù)障礙，但現(xiàn)在人們要求在更大的工藝范圍內(nèi)對(duì)含鋅方案進(jìn)行論證，因此鋅合金在今后考慮過程中也會(huì)被排除在外。鉍具有非常好的潤濕性質(zhì)和較好的物理性質(zhì)，但鉍的主要問題是錫/鉍合金遇到鉛以后其形成的合金熔點(diǎn)會(huì)比較低，而在元件引腳或印刷電路板的焊盤上都會(huì)有鉛存在，錫/鉛/鉍的熔點(diǎn)只有96℃，很容易造成焊點(diǎn)斷裂。盡管我們也能通過直接開采獲取鉍，但這樣成本會(huì)比較高。 四種和五種成分合金 由四種或五種金屬構(gòu)成的合金為我們提供了一系列合金成分組合形式，各種可能性不勝枚舉。 另外一個(gè)問題是合金成分時(shí)常會(huì)發(fā)生變動(dòng)，因此熔點(diǎn)也會(huì)變，這在四或五金屬合金中會(huì)經(jīng)常遇到。 所以多元合金將被排除在進(jìn)一步考慮范圍之外，除非某種多元合金成分具有比二元系統(tǒng)更好的特性。 表2列出一些主要無鉛替代方案，以及最終選用或不選用的原因，表中包括了單位重量?jī)r(jià)格、單位體積價(jià)格(對(duì)焊錫膏而言單位體積價(jià)格更具成本意義)以及熔點(diǎn)等信息，這些合金按照其液相溫度遞增順序排列。 先考慮焊條(波峰焊)和焊線(手工和機(jī)器焊接)。 結(jié)果所有選中的合金都符合波峰焊要求。 手工焊用錫線的要求與上面焊條應(yīng)用非常相似，成本考慮仍然居于優(yōu)先地位，同時(shí)也要求能夠提供較好的潤濕和焊接能力。 與焊條和焊線相比，焊錫膏較少考慮合金成本，因?yàn)榻饘俪杀驹谑褂煤稿a膏的制造流程總成本中所占比重較少，選擇焊錫膏合金的主要要求是盡量降低回流焊溫度。 這兩種合金都是較為合適的選擇并各具特點(diǎn)，相比之下Sn/Ag/Cu合金的液相溫度更低(雖然只有4℃)，而Sn/Ag合金則表現(xiàn)出更強(qiáng)的一致性和可重復(fù)制造性，并已在電子業(yè)界應(yīng)用多年，一直保持很好的可靠性。 實(shí)測(cè)評(píng)估結(jié)果 波峰焊評(píng)測(cè) Plus波峰焊機(jī)進(jìn)行測(cè)試，這種波峰焊機(jī)配備有USI超聲波助焊劑噴涂系統(tǒng)、Vectaheat對(duì)流式預(yù)熱和“A”波CoN2tour惰性系統(tǒng)。另外作為對(duì)照，將同樣的電路板在相同設(shè)備上采用相同條件進(jìn)行焊接，只是焊料用傳統(tǒng)63Sn/37Pb合金。 ，焊點(diǎn)的光亮程度、焊點(diǎn)成型、焊盤潤濕和通孔上端上錫情況也基本一樣。 ℃溫度條件下焊接非常成功，在245℃條件下也沒有問題。在大批量生產(chǎn)中，電路板的銅吸收情況與用Sn/Pb合金時(shí)相同。另外如果在空氣中工作，回流焊溫度較高還可能使普通免清洗助焊劑變色，所以這種助焊劑對(duì)高溫要有很強(qiáng)的承受能力。 UP系列焊錫膏在印刷測(cè)試中表現(xiàn)非常好，測(cè)試時(shí)采用的是MPM UP2000印刷機(jī)，印刷條件包括6mil厚激光切割網(wǎng)板、印刷速度25mm/秒、網(wǎng)板開口間距16～50mil以及接觸式印刷，焊膏印出的輪廓非常清晰且表現(xiàn)出良好的脫模性能。 回流焊采用Electrovert Omniflo七溫區(qū)回焊爐，在空氣環(huán)境下進(jìn)行焊接。 得出結(jié)論如下： 。 對(duì)測(cè)試板而言，℃最高溫度是可以接受的。 焊點(diǎn)光亮度好，與標(biāo)準(zhǔn)Sn/Pb合金相同。 潤濕和擴(kuò)散特性與Sn/Pb標(biāo)準(zhǔn)合金相同。 有些元件經(jīng)高溫回流焊后會(huì)出現(xiàn)變色和氧化跡象，將這種無鉛焊料用于兩面都有表面安裝器件的電路板上時(shí)，建議在回流焊后再安裝需作波峰焊接的底面SMD器件，以免過度受熱影響可焊性。 其它特性 選擇一種簡(jiǎn)單普通二元合金的最大好處在于它已經(jīng)完成了大量測(cè)試且已被廣泛接受。 福特汽車公司對(duì)使用Sn/Ag合金的測(cè)試板和實(shí)際電子組件進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)(40℃～140℃)，已完成全面熱疲勞測(cè)試研究，另外他們還將無鉛組件用于整車中，測(cè)試結(jié)果顯示Sn/Ag合金的可靠性與Sn/Pb合金相差無幾甚至更好。 根據(jù)研究結(jié)果，Sn/Ag和Sn/Pb在導(dǎo)電性、表面張力、導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)等各方面所取得結(jié)果大致相當(dāng)(見表3)。 對(duì)波峰焊應(yīng)用而言。 雖然上述方案還未能達(dá)到研究無鉛替代方案工程師們所確定的每項(xiàng)目標(biāo)，但基本上能令人滿意，～30℃，因此回流焊對(duì)元件的要求也有所提高。 隨著新技術(shù)的發(fā)展，將來還會(huì)有更多更好的替代方案推出，這里討論的系統(tǒng)最大價(jià)值在于其它復(fù)雜系統(tǒng)可以根據(jù)它提供的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參照比較。危害是指某物質(zhì)存在毒性以及食入、吸入或吸收后對(duì)人體的影響，危險(xiǎn)更多是指采取正確預(yù)防措施后材料的安全性或者危害發(fā)生的可能性。在評(píng)定鉛的危險(xiǎn)性時(shí)，通常是通過調(diào)查飲食或呼吸攝入的可能性。 可以采用一些簡(jiǎn)單的預(yù)防措施，包括在保養(yǎng)波峰焊錫爐和清理殘?jiān)鼤r(shí)戴上面罩，在有鉛區(qū)域禁止抽煙，盡可能減少在工作區(qū)攝入鉛的可能性。 一般地說，從鉛吸收來源來看食入鉛的危險(xiǎn)要高于呼吸吸入，所以應(yīng)強(qiáng)調(diào)養(yǎng)成良好衛(wèi)生習(xí)慣的重要性，在含鉛的區(qū)域嚴(yán)禁飲食和抽煙以將危險(xiǎn)降到最低。 既然在電子工業(yè)中使用鉛的危險(xiǎn)如此之小，那么人們?yōu)槭裁催€在考慮徹底消除鉛的使用呢？其實(shí)主要的擔(dān)心是含鉛材料的處置問題，如印刷線路板等。 目前存在一些技術(shù)爭(zhēng)論，主要圍繞鉛從PCB滲出的可能性以及飲用水可接受的含鉛量(如果確實(shí)含鉛)應(yīng)該低于多少。由于電子業(yè)所用的鉛在人類鉛使用總量中僅占非常小的份額，而且電子業(yè)在國民生產(chǎn)總值中所占比例非常重要并呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此對(duì)電子工業(yè)限制用鉛會(huì)遇到很大阻力。 歐洲則在推動(dòng)無鉛立法上采取了更為積極的態(tài)度，歐盟計(jì)劃進(jìn)行一項(xiàng)投票表決，要求2004年1月之前在除車用和某些特殊場(chǎng)合之外的所有電子產(chǎn)品中禁止用鉛，荷蘭和瑞士則早已實(shí)施了有關(guān)電子廢料的法令。日本電子產(chǎn)業(yè)開發(fā)協(xié)會(huì)和日本電子封裝研究所在1998年1月制定了無鉛方案的研究原則與計(jì)劃，有些OEM廠商已經(jīng)成功開發(fā)出回收利用方法，索尼、東芝、松下、日立和NEC等大公司也已承諾將遵守日本的法律，于2001年在某些電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)無鉛化。 也有許多公司將實(shí)施無鉛工藝作為一種營銷戰(zhàn)略，他們希望在營銷過程中將其電子產(chǎn)品作為無鉛和環(huán)保產(chǎn)品進(jìn)行宣傳。 　　在過去十年里，電子裝配制造商已經(jīng)迅速地采用了免洗助焊劑技術(shù)。隨著低固體、免洗助焊劑技術(shù)的采用，出現(xiàn)了幾個(gè)明顯的挑戰(zhàn)。這兩種缺陷的頻率經(jīng)常伴隨片狀元件波峰焊接(wave solder)的使用而大大增加。 片狀元件波峰焊接的難題是什么？　　使用傳統(tǒng)的 λ 或“A”型焊接波峰來焊接底面的表面貼裝元件(SMD)，經(jīng)常產(chǎn)生不滿意的焊接結(jié)果。因此，在許多情況下，這兩種波型不具有適當(dāng)?shù)慕佑|作用或動(dòng)力，來打破在底面SMD的元件引腳與焊盤界面之間焊錫的表面張力。這個(gè)現(xiàn)象有時(shí)叫做“陰影(shadowing)”，是那些通常叫做“漏焊(skip)”的缺陷的主要原因。在這種波峰焊接機(jī)器類型中，片狀波峰(chip wave)后面跟著傳統(tǒng)的焊接波峰，構(gòu)成雙波峰焊接工藝。這種作用允許焊錫的表面張力更容易地打破，保證焊錫適當(dāng)?shù)娜蹪窈副P與元件的界面，形成焊接點(diǎn)。　　可是，當(dāng)片狀波峰要求用于底面SMD的適當(dāng)焊接和與傳統(tǒng)低固(lowsolids)、免洗(noclean)助焊劑一起使用時(shí)，其它的焊接問題是常見的。在雙波峰工藝中經(jīng)常與這些助焊劑的使用有關(guān)的缺陷是錫球(solder ball)和錫橋(solder bridge)。 如果使用片狀波峰，會(huì)出現(xiàn)過多的焊錫球和錫橋。 　　注意，在這種情況下遇到的錫球通常叫做非隨機(jī)錫球。它們的發(fā)生和焊錫與阻焊層之間的表面張力有關(guān)。結(jié)果形成錫球。當(dāng)使用雙波峰工藝時(shí)，表現(xiàn)差是常見的，因?yàn)槠瑺畈ǚ宕蟠蟮卦黾恿薖CB與熔化的焊錫之間的接觸時(shí)間。F熔化的焊錫接觸的時(shí)間增加了，比單波峰工藝增加25~40%?！　±?，對(duì)于 5 ft/，“A”波比“A”。　　傳統(tǒng)的低固、免洗助焊劑不是設(shè)計(jì)忍耐這么長(zhǎng)的溫度暴露。這里，助焊劑發(fā)揮其在焊接工藝中最好的和關(guān)鍵的作用。另外，剩余的助焊劑必須幫助焊錫從元件引腳排放掉，以減少錫橋的頻率。 解決片狀波峰的難題　　有幾種選擇來解決片狀波峰的難題。在多個(gè)研究中，與平滑的阻焊層相比較，不光滑表面的阻焊層的使用顯示50~90%的錫球數(shù)量的大大減少。可是，這些 方法不總是可以辦到的，有時(shí)可能產(chǎn)生其它焊接問題。不象傳統(tǒng)的不能忍耐焊接中駐留時(shí)間延長(zhǎng)的低固免洗助焊劑，已經(jīng)開發(fā)出更新的助焊劑技術(shù)，提供溫度更穩(wěn)定的活性劑系統(tǒng)。這個(gè)能力保證助焊劑將在波峰出來時(shí)還有，以減少焊錫的表面張力，大大地減少非隨機(jī)錫球與錫橋的發(fā)生。圖二比較一種傳統(tǒng)的低固免洗助焊劑與一種較新的更溫度穩(wěn)定的基于溶劑的低固免洗助焊劑的TGA圖。TGA測(cè)試從樣品的已知數(shù)量開始，用圖繪出隨著`溫度與時(shí)間的增加樣品質(zhì)量的損失?！　≡趫D二中比較的兩種助焊劑的情況中，每一個(gè)都是以急下坡開始，這表示每個(gè)助焊劑樣品的大多數(shù)已經(jīng)揮發(fā)。畫圈的區(qū)域是比較的更關(guān)鍵區(qū)域。在這個(gè)溫度范圍助焊劑溫度穩(wěn)定性的差別幫助預(yù)測(cè)助焊劑性能的差別。因?yàn)閾]發(fā)較慢，在焊錫波峰的剝離區(qū)域或出口還有助焊劑，來減少焊錫的表面張力，結(jié)果減少非隨機(jī)錫球和錫橋。非隨機(jī)錫球與錫橋的發(fā)生經(jīng)常隨著片狀波峰的使用而大大增加。 波峰焊接是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，保持一種有效的大規(guī)模焊接工藝過程，特別是對(duì)通孔和第三類SMT裝配。波峰焊接的復(fù)雜是由于其過程運(yùn)作變量，例如，傳送帶速度、預(yù)熱溫度、波峰的焊接問題，板與波的交互作用、助焊劑化學(xué)成分、機(jī)器維護(hù)、板的設(shè)計(jì)、元件的可行性和操作員的培訓(xùn)。如果可以掌握到波峰焊接的復(fù)雜性，以達(dá)到可重復(fù)的良好的焊接性能，一些專家相信，它將保持其適當(dāng)?shù)奈恢煤褪蛊溥m應(yīng)新的挑戰(zhàn)。每個(gè)與波峰焊接改進(jìn)有關(guān)的人都必須認(rèn)識(shí)到，焊接缺陷的修補(bǔ)是不必要的和十分花費(fèi)的。事實(shí)上，焊接點(diǎn)將會(huì)降級(jí)，因?yàn)樗鼈円?jīng)歷另一次溫度周期，增加金屬間化合物的厚度。不是嘗試去尋找一個(gè)一次性修正方案，而是采用了連續(xù)的問題解決方法。 因?yàn)槿耸侨魏胃倪M(jìn)行動(dòng)的基礎(chǔ)，日本的Kaizen哲學(xué)首先關(guān)心的是人的素質(zhì)。對(duì)每一個(gè)涉及波峰焊接過程的人需要做定期的正式和適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。不管改進(jìn)是多小，或改進(jìn)行動(dòng)是什么，都降提 高整個(gè)的焊接性能。由于管理層的支持，工程目標(biāo)清楚地定義如下：“團(tuán)結(jié)組織內(nèi)所有有關(guān)人員，一起工作以達(dá)到?jīng)]有大的固定資產(chǎn)投入的情況下，連續(xù)地改進(jìn)現(xiàn)有的波峰焊接工藝。對(duì)與波峰焊接過程有關(guān)的每個(gè)人必須定期接受正式的和適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。 　第一個(gè)階段包括兩個(gè)全天的由外面專家進(jìn)行的技術(shù)培訓(xùn)。在第二培訓(xùn)階段，公司的高級(jí)品質(zhì)經(jīng)理講的主題如問題解 決和過程改進(jìn)技術(shù)。有些不可控制根源(例如，PCB設(shè)計(jì)、元件選擇、設(shè)備限制等)可變成可控制的。在做(Do)的階段，實(shí)施每個(gè)行動(dòng)計(jì)劃，在研究(Study)階段評(píng)估結(jié)果，看是否計(jì)劃如預(yù)期的執(zhí)行。在Deming循環(huán)的最后階段，行動(dòng)(Act)階段，在評(píng)估從研究階段得出結(jié)果的基礎(chǔ)上采取適當(dāng)行動(dòng)，采用或放棄這些改進(jìn)?？墒牵绻倪M(jìn)計(jì)劃沒有滿足預(yù)期目標(biāo)，那么，要建立新的改進(jìn)計(jì)劃，把Deming的PDSA循環(huán)帶回開始階段。 改進(jìn)工具的應(yīng)用 在早期階段，幾種問題解決工具被廣泛使用。通過圖形表示因果鏈，因果圖幫助小組分類出波峰焊接缺陷的潛在原因，把原因分成定義的類別。然后每個(gè)子計(jì)劃采用Deming循環(huán)來執(zhí)行計(jì)劃。比較是相對(duì)于以前所作的測(cè)量，而不是標(biāo)準(zhǔn)或可接受水平。優(yōu)化波峰焊接過程意味著優(yōu)化這三個(gè)子過程。焊接助焊劑是該過程的必要部分。它也在加熱過程中保護(hù)金屬表面，防止金屬再氧化。由于免洗助焊劑的表面絕緣阻抗(SIR, surface insulation resistance)污染水平要求，助焊劑的選擇局限 在那些低固體含量。所有助焊劑都施加在光板上，板再通過波峰焊機(jī)。通過目視殘留物評(píng)估的剩下四種助焊劑放到通過SIR和離子色譜分離法測(cè)試。C和85%濕度下進(jìn)行七日。 助焊劑評(píng)估的最后一步是波峰缺陷分析。每一種助焊劑使用5塊板來作評(píng)估運(yùn)行。最后 的選擇是基于缺陷的計(jì)數(shù)。 助焊劑沉積分析。為了保證助焊劑均勻地施加到PCB，助焊劑處理器必須正確地設(shè)定。小組采取用來保證噴霧助焊劑處理器設(shè)定正確的第一個(gè)步驟是，優(yōu)化助焊劑控制單元的設(shè)定：助焊劑速度、空氣刀壓力和助焊劑的量。助焊劑覆蓋是用來決定助焊劑沉積物的均勻性的響應(yīng)。當(dāng)板通過助焊劑處理器上時(shí)，助焊劑噴霧在紙上，引起紙變顏色。 基于標(biāo)準(zhǔn)的Pareto圖，助焊劑的量和空氣刀壓力是最重要的因素。傳送帶速度比較其它三個(gè)因素是不太重要的因素。在這個(gè)試驗(yàn)中，助焊劑 速度和量的低級(jí)數(shù)值減少到40psi，空氣刀壓力的高級(jí)數(shù)值增加到30psi。試驗(yàn)結(jié)果幫助建立如下優(yōu)化的助焊劑設(shè)定： 助焊劑速度：45psi助焊劑的量：45psi空氣刀壓力：25psi 優(yōu)化曲線。關(guān)鍵變量是傳送帶速度、預(yù)熱溫度和焊錫溫度。由于在Proto Assem