【正文】 為了對采用不同規(guī)范的多個供應商進行評估，從而使工程師們找出比現行性能更好的系統(tǒng)。試驗板涉及到細間距()、插入再流焊、雙面再流焊及點膠，通過對工藝作仔細分析并與多個供應商討論以后，決定使用免清洗、低殘留物、可用針床測試以及90%金屬含量的焊膏。 第二步是確定對哪些供應商進行比較。 確定了供應商之后，就可開始準備詢價函(RFQ)，此時通知采購部門并由他們在RFQ上添加適當的商業(yè)條款。 由于允許報價的供應商很多，因此要按照反饋時間和價格對名單進行精減。這樣就留下了5個供應商，將他們的產品再加上公司現用系統(tǒng)一起進行評估。此次試驗采用的是本公司日常生產的一種最復雜的板，該板上需采用細間距器件和插針再流焊。 為達到本次評測的目的，試驗設計(DoE)按照統(tǒng)計要求進行。另外，這次試驗還選擇了下面四個參數：印刷后保持時間、貼裝后保持時間、焊膏批次以及回焊環(huán)境。 用DoE作底面試驗時測兩個參數，作頂面試驗時測試另外兩個。另外，試驗所用板的批量為30塊。 試驗過程 整個過程在真正試驗之前都先設計好，而且在開始評測之前還將所設計的試驗，包括公司回流焊爐的溫度曲線和印刷機工藝參數等，都發(fā)給所有的焊膏供應商，這樣做的目的是確保試驗條件與實際情況沒有偏差。當從一種焊膏換成另一種時，漏印模板與刮刀都要作徹底清洗，而且應使用自動模板清洗機，以免因每個人清洗效果不同而引入額外的變量。該試驗用來測試剛印刷完焊膏的粘著力。 在試驗過程當中，應記住這是在作焊膏評測，而不是在對工藝進行優(yōu)化，因此不要改變工藝流程。 記錄結果與缺陷 下一步是將觀察到的缺陷記錄下來，包括錫珠、錫球、橋連、焊料不足、開路、光澤度不好以及潤濕性和殘留物情況等，隨后作一表格，記下每塊板上的所有缺陷。 試驗中的一個重要的指標是在線測試儀(ICT)的針床測試性。在對使用不同焊膏的板子進行測試時，ICT上的所有測針均要更換，因此留在上面的任何助焊劑殘留物都不會對后面的測試造成影響。 將每一塊板的目檢與測試儀檢查結果都記入表中，然后詳細計算出每種焊膏每一缺陷的平均值、中間值或總和。當數據符合統(tǒng)計規(guī)律時用平均值，否則用中間值。請注意這里將數值進行規(guī)范化的目的僅僅是為了作比較。所有的原始數據均采用方差分析(ANOVA)，以計算各制造商兩個批次間的統(tǒng)計偏差。 其中一項“印刷外觀”缺陷只是公司對焊膏印刷之后外觀的看法。 為得到精確的結果，我們對每種缺陷給一個加權值。每個加權值都與各焊膏相應缺陷的得分數相乘，將這些結果加在一起從而得出焊膏的最后得分。結果也證明了公司一直使用的焊膏還算不錯，但由于此項評測不是嚴密的科學論證，因此公司還考慮將4號焊膏加入到最后階段的評測中。當波峰焊助焊劑和返修材料測試完成后，采用與焊膏評測時相同的方法算出總分值。最后，再對所有得分高于公司現有體系的供應商進行一次完全徹底的最終評估，以確定是否可作為合格的供應商。當最后的系統(tǒng)評估完成后，就可向公司采購部門提供經過全面認證的合格焊料供應商名單。從工藝角度上看，波峰焊機器只能提供很少一點最基本的設備運行參數調整。由于大多數助焊劑在焊接時必須要達到并保持一個活化溫度來保證焊點的完全浸潤，因此線路板在進入波峰槽前要先經過一個預熱區(qū)。它還可以用來蒸發(fā)掉所有可能吸收的潮氣或稀釋助焊劑的載體溶劑，如果這些東西不被去除的話，它們會在過波峰時沸騰并造成焊錫濺射，或者產生蒸汽留在焊錫里面形成中空的焊點或砂眼。另外，由于雙面板和多層板的熱容量較大，因此它們比單面板需要更高的預熱溫度。在這些方法中，強制熱風對流通常被認為是大多數工藝里波峰焊機最有效的熱量傳遞方法。對穿孔式元件來講單波就足夠了，線路板進入波峰時，焊錫流動的方向和板子的行進方向相反，可在元件引腳周圍產生渦流。 對于混和技術組裝件，一般在λ波前還采用了擾流波。 在對未來的設備和供應商作任何評定之前，需要確定用波峰進行焊接的板子的所有技術規(guī)格，因為這些可以決定所需機器的性能。但已有了一些行之有效的方法可用來解決這種問題，其中一種方法是采用風刀技術。 還有可能發(fā)生的其它缺陷包括虛焊或漏焊，也稱為開路，如果助焊劑沒有涂在PCB上時就會形成。 盡管焊接橋連或短路可在焊后測試時發(fā)現，但要知道虛焊會在焊后的質量檢查時測試合格，而在以后的使用中出現問題。 在波峰焊接階段，PCB必須要浸入波峰中將焊料涂敷在焊點上，因此波峰的高度控制就是一個很重要的參數。 錫渣的堆積對波峰焊接是有害的?？梢酝ㄟ^設計錫泵系統(tǒng)來避免這種問題，使其從錫槽的底部而不是錫渣聚集的頂部抽取錫。 惰性焊接 氮氣焊接可以減少錫渣節(jié)省成本，但是用戶必須要承擔氮氣的費用以及輸送系統(tǒng)的先期投資。另外也可以采用低殘余物工藝，此時會有一些助焊劑殘余物留在板子上，而根據產品或客戶的要求這些殘余物是可以接受的。雖然會有一個初始設備投資，但在大多數情況下這是一個成本最低的方法，因為從生產線下來的都是高質量而又無需返工的產品。因此，生產率的問題比以前更為重要，所有設備都必須要有盡可能高的正常運行時間。如果一個系統(tǒng)采用了可以抬起的面板、可折起的后門以及完全操縱臺式檢修門而具有較高的易維護性，就可達到較低的MTTR。 采用何種波峰焊接方法? 波峰焊方法或工藝的采用取決于產品的復雜程度以及產量，如果要做復雜的產品以及產量很高，可以考慮用氮氣工藝比如CoN▼2▼Tour波峰來減少錫渣并提高焊點的浸潤性。用戶仍然可以在空氣環(huán)境下處理復雜的板子，在這種情況下，可根據客戶的要求使用腐蝕性助焊劑，在焊接后再進行清洗，或者使用低固態(tài)助焊劑。比如Speedline ELECTROVERT提供了一個獲得專利的熱風刀去橋接技術，用來去除橋接以及做焊點的無損受力測試。到90176。 但是必須要注意，要使焊點質量得到顯著的提升，并不需要在波峰焊設備上設定更多的選項。 機器的選擇 根據價格和產量，波峰焊機大致可以分為三類。雖然還有更便宜的臺式機型，但這些只適合于用在研究開發(fā)或制作樣機的場合，因為對于要適應制造商對增長的需求而言，它們都不夠經用?？赡軟]有對流式預熱裝置，但是大多數供應商會提供兼有單波和雙波性能的機器。除了將雙波峰作為標準配置外，同時還提供有更多先進的配置，比如惰性氣體環(huán)境等?？梢缘玫?米/分鐘或更高的產量。 如欲了解更多信息，請聯系作者Nithia Devan。 圖2：Speedline ELECTROVERT的Vectra系統(tǒng)是一種中型高速波峰焊系統(tǒng)，可以焊接各種PCB，包括元件密集和難于焊接的SMT板。 運輸代主要用途是將電路底板送入波峰焊錫機，沿途經助焊劑添加區(qū)，預熱區(qū)，錫爐等。紅外線感應器作用是感應有沒有電路底板進入 ，如果有感應器便會量出電路底板的寬度。 預熱區(qū)提供足夠的溫度，以便形成良好的焊點。 錫爐內有發(fā)熱線，錫泵，Main Wave及Jet Wave。焊接過程中，先在一塊插有組件的PCB (PCBA)上涂敷焊劑、經過預熱后再通過由熔化了的焊料所形成的波峰，從而使PCB接觸波峰頂部將組件和PCB焊盤的連接處焊接起來。 雙波峰焊接系統(tǒng)圖33所示的是其中一種波峰焊系統(tǒng)(雙波峰焊接系統(tǒng))，其中第一個波是一個湍流波，作用是防止虛焊。湍流波既可以通過讓熔化的焊料經過一個振蕩器來形成，亦可以通過向焊料池中注入氮氣來形成。波峰法其工作原理與波峰焊本身非常相似，PCB在焊劑形成的波峰上方通過，波峰的高度和電路板浸入波中的深度可以進行調節(jié)以保証適當的焊劑涂敷厚度電路板預熱焊劑的涂敷是成功焊接的先決條件。對于某些焊劑來說，還必須滿足一定的時間 – 溫度特性要求。在預熱階段，焊料將達到能夠去 除電路板上氧化物的溫度。若果預熱不夠充分，PCBA可能從焊波中迅速吸收 熱量，導致波的焊料局部固化或引起短路展望波峰焊技術的應用 在大多數不需要小型化的產品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技術線路板，比如電視機、家庭音像設備以及即將推出的數字機頂盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。一、生產工藝過程 線路板通過傳送帶進入波峰焊機以后，會經過某個形式的助焊劑涂敷裝置，在這里助焊劑利用波峰、發(fā)泡或噴射的方法涂敷到線路板上。助焊劑涂敷之后的預熱可以逐漸提升PCB的溫度并使助焊劑活化，這個過程還能減小組裝件進入波峰時產生的熱沖擊。波峰焊機預熱段的長度由產量和傳送帶速度來決定，產量越高，為使板子達到所需的浸潤溫度就需要更長的預熱區(qū)。 目前波峰焊機基本上采用熱輻射方式進行預熱，最常用的波峰焊預熱方法有強制熱風對流、電熱板對流、電熱棒加熱及紅外加熱等。在預熱之后，線路板用單波(λ波)或雙波(擾流波和λ波)方式進行焊接。這就象是一種洗刷，將上面所有助焊劑和氧化膜的殘余物去除，在焊點到達浸潤溫度時形成浸潤。這種波比較窄，擾動時帶有較高的垂直壓力，可使焊錫很好地滲入到安放緊湊的引腳和表面安裝元件(SMD)焊盤之間，然后用λ波完成焊點的成形。二、避免缺陷 隨著目前元器件變得越來越小而PCB越來越密，在焊點之間發(fā)生橋連和短路的可能性也因此有所增加。這是在PCB離開波峰時用一個風刀向熔化的焊點吹出一束熱空氣或氮氣，這種和PCB一樣寬的風刀可以在整個PCB寬度上進行完全質量檢查，消除橋連或短路并減少運行成本。如果助焊劑不夠或預熱階段運行不正確的話則會造成頂面浸潤不良。使用中出現問題會嚴重影響制定的最低利潤指標，不僅僅是因為作現場更換時會產生的費用，而且由于客戶發(fā)現到了質量問題，因而對今后的銷售也會有影響?？梢栽诓ǚ迳细郊右粋€閉環(huán)控制使波峰的高度保持不變，將一個感應器安裝在波峰上面的傳送鏈導軌上，測量波峰相對于PCB的高度，然后用加快或降低錫泵速度來保持正確的浸錫高度。如果在錫槽里聚集有錫渣，則錫渣進入波峰里面的可能性會增加。采用惰性氣體也可減少錫渣并節(jié)省費用。通常需要折衷考慮上述兩個方面的因素，因此必須確定減少維護以及由于焊點浸潤更好因而缺陷率降低所節(jié)省下來的成本。像合約制造商這樣的用戶對于所焊接的產品設計不會有一個總的控制，因此他們要尋求更寬的工藝范圍，這可以通過采用有腐蝕性的助焊劑然后進行清洗的方法來達到。 四、生產率問題 許多用戶使用自動化在線式設備一周七天地進行制造和組裝。在選擇波峰焊設備時，必須要考慮各個系統(tǒng)的MTBF(平均無故障時間)及其MTTR(平均修理時間)。類似地，考慮一下減少焊錫模塊的維護和減少助焊劑涂敷裝置的維護也可以取得較短的維護時間。如果使用一臺中型的機器，其功藝可以分為氮氣工藝和空氣工藝。 六、風刀去橋接技術 在各種機器類型里，還有很多先進的補充選項。風刀位于焊槽的出口處，以與水平呈40176。它可以使所有在第一次由于留有空氣使得焊接不夠好的穿孔焊點重新填注焊錫，而不會影響到正常的焊點。而且對所有生產設備而言，檢查每個工程數據的真實準確性也是很重要的，最好的方法是在購買前用機器先運行一下板子。 40,000到55,000美元可以買到一臺入門級、低或中等產量的立式機器。采用發(fā)泡式或噴霧式助焊劑涂敷設備。 48,000到80,000美元可以買到一臺中等產量的機器。 在高端市場，用95,000到190,000美元可以買到高產量的機器，能每天運行24小時并只需很少的人工干預。它同時還包括很多先進的特性，比如統(tǒng)計過程控制和遠距離監(jiān)測裝置，以及在同一機器內既有噴霧式、發(fā)泡式又有波峰式助焊劑涂敷系統(tǒng)，另外可能還有三波峰性能。它涉及到產品的性能、可靠性和質量等，甚至影響到其后的每一工藝步驟。 目前，最廣泛使用的焊接工藝主要有波峰焊接和再流焊接。盡管波峰焊接工藝已有多年的歷史，而且還將繼續(xù)沿用下去，然而，我們要是能夠用上切實可行的、有生命力的波峰焊接工藝需持時日。換言之，這種工藝與焊接前的每一工藝步驟密切相關，其中包括資金投入、 PCB設計、元件可焊性、組裝操作、焊劑選擇、溫度/時間的控制、焊料及晶體結構等。過去，250℃的焊錫鍋溫度被視為“標準”。在230—240℃的范圍內設置焊錫鍋溫度是很普遍的。重要的問題是要提供足夠的熱量，提高所有引線和焊盤的溫度，從而確保焊料的流動性，濕潤焊點的兩面。 焊錫鍋中的焊料成份與時間有密切關系，即隨著時間而變化，這樣就導致了浮渣的形成，這就是要從焊接的組件上去除殘余物和其它金屬雜質的原因及在焊接工藝中錫損耗的原因。在采購中，要規(guī)定的金屬微量浮渣和焊料的錫含量的最高極限，在各個標準中，(如象IPC/JSTD006都有明確的規(guī)定)。除了對浮渣的限制外，對63％錫；37％％。這種聚集，加上明顯的錫損耗，可使焊料喪失流動性，并產生焊接問題。由于焊錫鍋中的集聚的浮渣或組件自身固有的殘余物暗淡、粗糙的粒狀焊點也可能是錫含量低的征兆，不是局部的特種焊點，就是錫鍋中錫損耗的結果。 焊點的外觀就能直接體現出工藝問題或材料問題。由于焊錫鍋中有浮渣而“倒掉”焊錫鍋中的焊劑，通常來說是不必要的，由于在常規(guī)的應用中要求往錫鍋中添加焊料，使錫鍋中的焊料始終是滿的。為了監(jiān)控錫鍋中的化合物，應進行常規(guī)分析。 浮渣過多又是一個令人棘手的問題。使用“芯片波峰”這對焊接高密度組件很有幫助，由于暴露于大氣的焊料表面太大，而使焊料氧化，所以會產生更多的浮渣。在焊接中，由于錫鍋中波峰的湍流和流動而會產生更多的浮渣。浮渣還可能夾雜于波峰中，導致波峰的不穩(wěn)定或湍流，因此要求對焊錫鍋中的液體成份給予更多的維護。有時，顆粒狀焊點會夾雜浮渣。錫鍋上應配備可調節(jié)的低容量焊料傳感器和報警裝置。 可將預熱的、涂有焊劑、無污物的金屬通過傳送帶送到焊接工作站，接觸具有一定溫度的焊料，而后加熱，這樣焊劑就會產生化學反應，焊料合金通過波峰動力形成互連，這是最關鍵的一步。應該對數據進行適當的調整，在離開波峰的后面(出口端)就應使焊料運行降速，并慢慢地停止運行。在最掛的情況下，焊料的表面張力和最佳化的板的波峰運行，在組件和出口端的波峰之間可實現零相對運動。應提供充分的傾角，不產生橋接、毛刺、拉絲和焊球等缺陷。在板的底部裝上表面貼裝元件后，有時，補償焊劑或在后面形成的“苛刻的波峰”區(qū)域的氣泡，而進行的波峰整平之前，使用湍流芯片波峰。在整平的層流波峰后面的振動部分也可用來消除氣泡，保證焊料實現滿意的接觸組件。