【正文】 為了對(duì)采用不同規(guī)范的多個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行評(píng)估，從而使工程師們找出比現(xiàn)行性能更好的系統(tǒng)。試驗(yàn)板涉及到細(xì)間距()、插入再流焊、雙面再流焊及點(diǎn)膠，通過對(duì)工藝作仔細(xì)分析并與多個(gè)供應(yīng)商討論以后，決定使用免清洗、低殘留物、可用針床測(cè)試以及90%金屬含量的焊膏。 第二步是確定對(duì)哪些供應(yīng)商進(jìn)行比較。 確定了供應(yīng)商之后，就可開始準(zhǔn)備詢價(jià)函(RFQ)，此時(shí)通知采購(gòu)部門并由他們?cè)赗FQ上添加適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)條款。 由于允許報(bào)價(jià)的供應(yīng)商很多，因此要按照反饋時(shí)間和價(jià)格對(duì)名單進(jìn)行精減。這樣就留下了5個(gè)供應(yīng)商，將他們的產(chǎn)品再加上公司現(xiàn)用系統(tǒng)一起進(jìn)行評(píng)估。此次試驗(yàn)采用的是本公司日常生產(chǎn)的一種最復(fù)雜的板，該板上需采用細(xì)間距器件和插針再流焊。 為達(dá)到本次評(píng)測(cè)的目的，試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)按照統(tǒng)計(jì)要求進(jìn)行。另外，這次試驗(yàn)還選擇了下面四個(gè)參數(shù)：印刷后保持時(shí)間、貼裝后保持時(shí)間、焊膏批次以及回焊環(huán)境。 用DoE作底面試驗(yàn)時(shí)測(cè)兩個(gè)參數(shù)，作頂面試驗(yàn)時(shí)測(cè)試另外兩個(gè)。另外，試驗(yàn)所用板的批量為30塊。 試驗(yàn)過程 整個(gè)過程在真正試驗(yàn)之前都先設(shè)計(jì)好，而且在開始評(píng)測(cè)之前還將所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，包括公司回流焊爐的溫度曲線和印刷機(jī)工藝參數(shù)等，都發(fā)給所有的焊膏供應(yīng)商，這樣做的目的是確保試驗(yàn)條件與實(shí)際情況沒有偏差。當(dāng)從一種焊膏換成另一種時(shí)，漏印模板與刮刀都要作徹底清洗，而且應(yīng)使用自動(dòng)模板清洗機(jī)，以免因每個(gè)人清洗效果不同而引入額外的變量。該試驗(yàn)用來(lái)測(cè)試剛印刷完焊膏的粘著力。 在試驗(yàn)過程當(dāng)中，應(yīng)記住這是在作焊膏評(píng)測(cè)，而不是在對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，因此不要改變工藝流程。 記錄結(jié)果與缺陷 下一步是將觀察到的缺陷記錄下來(lái)，包括錫珠、錫球、橋連、焊料不足、開路、光澤度不好以及潤(rùn)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(yàn)中的一個(gè)重要的指標(biāo)是在線測(cè)試儀(ICT)的針床測(cè)試性。在對(duì)使用不同焊膏的板子進(jìn)行測(cè)試時(shí)，ICT上的所有測(cè)針均要更換，因此留在上面的任何助焊劑殘留物都不會(huì)對(duì)后面的測(cè)試造成影響。 將每一塊板的目檢與測(cè)試儀檢查結(jié)果都記入表中，然后詳細(xì)計(jì)算出每種焊膏每一缺陷的平均值、中間值或總和。當(dāng)數(shù)據(jù)符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律時(shí)用平均值，否則用中間值。請(qǐng)注意這里將數(shù)值進(jìn)行規(guī)范化的目的僅僅是為了作比較。所有的原始數(shù)據(jù)均采用方差分析(ANOVA)，以計(jì)算各制造商兩個(gè)批次間的統(tǒng)計(jì)偏差。 其中一項(xiàng)“印刷外觀”缺陷只是公司對(duì)焊膏印刷之后外觀的看法。 為得到精確的結(jié)果，我們對(duì)每種缺陷給一個(gè)加權(quán)值。每個(gè)加權(quán)值都與各焊膏相應(yīng)缺陷的得分?jǐn)?shù)相乘，將這些結(jié)果加在一起從而得出焊膏的最后得分。結(jié)果也證明了公司一直使用的焊膏還算不錯(cuò)，但由于此項(xiàng)評(píng)測(cè)不是嚴(yán)密的科學(xué)論證，因此公司還考慮將4號(hào)焊膏加入到最后階段的評(píng)測(cè)中。當(dāng)波峰焊助焊劑和返修材料測(cè)試完成后，采用與焊膏評(píng)測(cè)時(shí)相同的方法算出總分值。最后，再對(duì)所有得分高于公司現(xiàn)有體系的供應(yīng)商進(jìn)行一次完全徹底的最終評(píng)估，以確定是否可作為合格的供應(yīng)商。當(dāng)最后的系統(tǒng)評(píng)估完成后，就可向公司采購(gòu)部門提供經(jīng)過全面認(rèn)證的合格焊料供應(yīng)商名單。從工藝角度上看，波峰焊機(jī)器只能提供很少一點(diǎn)最基本的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)調(diào)整。由于大多數(shù)助焊劑在焊接時(shí)必須要達(dá)到并保持一個(gè)活化溫度來(lái)保證焊點(diǎn)的完全浸潤(rùn)，因此線路板在進(jìn)入波峰槽前要先經(jīng)過一個(gè)預(yù)熱區(qū)。它還可以用來(lái)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(huì)在過波峰時(shí)沸騰并造成焊錫濺射，或者產(chǎn)生蒸汽留在焊錫里面形成中空的焊點(diǎn)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(yù)熱溫度。在這些方法中，強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流通常被認(rèn)為是大多數(shù)工藝?yán)锊ǚ搴笝C(jī)最有效的熱量傳遞方法。對(duì)穿孔式元件來(lái)講單波就足夠了，線路板進(jìn)入波峰時(shí)，焊錫流動(dòng)的方向和板子的行進(jìn)方向相反，可在元件引腳周圍產(chǎn)生渦流。 對(duì)于混和技術(shù)組裝件，一般在λ波前還采用了擾流波。 在對(duì)未來(lái)的設(shè)備和供應(yīng)商作任何評(píng)定之前，需要確定用波峰進(jìn)行焊接的板子的所有技術(shù)規(guī)格，因?yàn)檫@些可以決定所需機(jī)器的性能。但已有了一些行之有效的方法可用來(lái)解決這種問題，其中一種方法是采用風(fēng)刀技術(shù)。 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(shí)就會(huì)形成。 盡管焊接橋連或短路可在焊后測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，但要知道虛焊會(huì)在焊后的質(zhì)量檢查時(shí)測(cè)試合格，而在以后的使用中出現(xiàn)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(diǎn)上，因此波峰的高度控制就是一個(gè)很重要的參數(shù)。 錫渣的堆積對(duì)波峰焊接是有害的。可以通過設(shè)計(jì)錫泵系統(tǒng)來(lái)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?dú)夂附涌梢詼p少錫渣節(jié)省成本，但是用戶必須要承擔(dān)氮?dú)獾馁M(fèi)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(shí)會(huì)有一些助焊劑殘余物留在板子上，而根據(jù)產(chǎn)品或客戶的要求這些殘余物是可以接受的。雖然會(huì)有一個(gè)初始設(shè)備投資，但在大多數(shù)情況下這是一個(gè)成本最低的方法，因?yàn)閺纳a(chǎn)線下來(lái)的都是高質(zhì)量而又無(wú)需返工的產(chǎn)品。因此，生產(chǎn)率的問題比以前更為重要，所有設(shè)備都必須要有盡可能高的正常運(yùn)行時(shí)間。如果一個(gè)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(tái)式檢修門而具有較高的易維護(hù)性，就可達(dá)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(chǎn)品的復(fù)雜程度以及產(chǎn)量，如果要做復(fù)雜的產(chǎn)品以及產(chǎn)量很高，可以考慮用氮?dú)夤に嚤热鏑oN▼2▼Tour波峰來(lái)減少錫渣并提高焊點(diǎn)的浸潤(rùn)性。用戶仍然可以在空氣環(huán)境下處理復(fù)雜的板子，在這種情況下，可根據(jù)客戶的要求使用腐蝕性助焊劑，在焊接后再進(jìn)行清洗，或者使用低固態(tài)助焊劑。比如Speedline ELECTROVERT提供了一個(gè)獲得專利的熱風(fēng)刀去橋接技術(shù)，用來(lái)去除橋接以及做焊點(diǎn)的無(wú)損受力測(cè)試。到90176。 但是必須要注意，要使焊點(diǎn)質(zhì)量得到顯著的提升，并不需要在波峰焊設(shè)備上設(shè)定更多的選項(xiàng)。 機(jī)器的選擇 根據(jù)價(jià)格和產(chǎn)量，波峰焊機(jī)大致可以分為三類。雖然還有更便宜的臺(tái)式機(jī)型，但這些只適合于用在研究開發(fā)或制作樣機(jī)的場(chǎng)合，因?yàn)閷?duì)于要適應(yīng)制造商對(duì)增長(zhǎng)的需求而言，它們都不夠經(jīng)用?？赡軟]有對(duì)流式預(yù)熱裝置，但是大多數(shù)供應(yīng)商會(huì)提供兼有單波和雙波性能的機(jī)器。除了將雙波峰作為標(biāo)準(zhǔn)配置外，同時(shí)還提供有更多先進(jìn)的配置，比如惰性氣體環(huán)境等。可以得到2米/分鐘或更高的產(chǎn)量。 如欲了解更多信息，請(qǐng)聯(lián)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(yùn)輸代主要用途是將電路底板送入波峰焊錫機(jī)，沿途經(jīng)助焊劑添加區(qū)，預(yù)熱區(qū)，錫爐等。紅外線感應(yīng)器作用是感應(yīng)有沒有電路底板進(jìn)入 ，如果有感應(yīng)器便會(huì)量出電路底板的寬度。 預(yù)熱區(qū)提供足夠的溫度，以便形成良好的焊點(diǎn)。 錫爐內(nèi)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(jīng)過預(yù)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(lái)。 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(gè)波是一個(gè)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(jīng)過一個(gè)振蕩器來(lái)形成，亦可以通過向焊料池中注入氮?dú)鈦?lái)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(jìn)行調(diào)節(jié)以保証適當(dāng)?shù)暮竸┩糠蠛穸入娐钒孱A(yù)熱焊劑的涂敷是成功焊接的先決條件。對(duì)于某些焊劑來(lái)說(shuō)，還必須滿足一定的時(shí)間 – 溫度特性要求。在預(yù)熱階段，焊料將達(dá)到能夠去 除電路板上氧化物的溫度。若果預(yù)熱不夠充分，PCBA可能從焊波中迅速吸收 熱量，導(dǎo)致波的焊料局部固化或引起短路展望波峰焊技術(shù)的應(yīng)用 在大多數(shù)不需要小型化的產(chǎn)品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技術(shù)線路板，比如電視機(jī)、家庭音像設(shè)備以及即將推出的數(shù)字機(jī)頂盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。一、生產(chǎn)工藝過程 線路板通過傳送帶進(jìn)入波峰焊機(jī)以后，會(huì)經(jīng)過某個(gè)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(yù)熱可以逐漸提升PCB的溫度并使助焊劑活化，這個(gè)過程還能減小組裝件進(jìn)入波峰時(shí)產(chǎn)生的熱沖擊。波峰焊機(jī)預(yù)熱段的長(zhǎng)度由產(chǎn)量和傳送帶速度來(lái)決定，產(chǎn)量越高，為使板子達(dá)到所需的浸潤(rùn)溫度就需要更長(zhǎng)的預(yù)熱區(qū)。 目前波峰焊機(jī)基本上采用熱輻射方式進(jìn)行預(yù)熱，最常用的波峰焊預(yù)熱方法有強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流、電熱板對(duì)流、電熱棒加熱及紅外加熱等。在預(yù)熱之后，線路板用單波(λ波)或雙波(擾流波和λ波)方式進(jìn)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(diǎn)到達(dá)浸潤(rùn)溫度時(shí)形成浸潤(rùn)。這種波比較窄，擾動(dòng)時(shí)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(diǎn)的成形。二、避免缺陷 隨著目前元器件變得越來(lái)越小而PCB越來(lái)越密，在焊點(diǎn)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(shí)用一個(gè)風(fēng)刀向熔化的焊點(diǎn)吹出一束熱空氣或氮?dú)?，這種和PCB一樣寬的風(fēng)刀可以在整個(gè)PCB寬度上進(jìn)行完全質(zhì)量檢查，消除橋連或短路并減少運(yùn)行成本。如果助焊劑不夠或預(yù)熱階段運(yùn)行不正確的話則會(huì)造成頂面浸潤(rùn)不良。使用中出現(xiàn)問題會(huì)嚴(yán)重影響制定的最低利潤(rùn)指標(biāo)，不僅僅是因?yàn)樽鳜F(xiàn)場(chǎng)更換時(shí)會(huì)產(chǎn)生的費(fèi)用，而且由于客戶發(fā)現(xiàn)到了質(zhì)量問題，因而對(duì)今后的銷售也會(huì)有影響?？梢栽诓ǚ迳细郊右粋€(gè)閉環(huán)控制使波峰的高度保持不變，將一個(gè)感應(yīng)器安裝在波峰上面的傳送鏈導(dǎo)軌上，測(cè)量波峰相對(duì)于PCB的高度，然后用加快或降低錫泵速度來(lái)保持正確的浸錫高度。如果在錫槽里聚集有錫渣，則錫渣進(jìn)入波峰里面的可能性會(huì)增加。采用惰性氣體也可減少錫渣并節(jié)省費(fèi)用。通常需要折衷考慮上述兩個(gè)方面的因素，因此必須確定減少維護(hù)以及由于焊點(diǎn)浸潤(rùn)更好因而缺陷率降低所節(jié)省下來(lái)的成本。像合約制造商這樣的用戶對(duì)于所焊接的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不會(huì)有一個(gè)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(jìn)行清洗的方法來(lái)達(dá)到。 四、生產(chǎn)率問題 許多用戶使用自動(dòng)化在線式設(shè)備一周七天地進(jìn)行制造和組裝。在選擇波峰焊設(shè)備時(shí)，必須要考慮各個(gè)系統(tǒng)的MTBF(平均無(wú)故障時(shí)間)及其MTTR(平均修理時(shí)間)。類似地，考慮一下減少焊錫模塊的維護(hù)和減少助焊劑涂敷裝置的維護(hù)也可以取得較短的維護(hù)時(shí)間。如果使用一臺(tái)中型的機(jī)器，其功藝可以分為氮?dú)夤に嚭涂諝夤に嚒?六、風(fēng)刀去橋接技術(shù) 在各種機(jī)器類型里，還有很多先進(jìn)的補(bǔ)充選項(xiàng)。風(fēng)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(diǎn)重新填注焊錫，而不會(huì)影響到正常的焊點(diǎn)。而且對(duì)所有生產(chǎn)設(shè)備而言，檢查每個(gè)工程數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確性也是很重要的，最好的方法是在購(gòu)買前用機(jī)器先運(yùn)行一下板子。 40,000到55,000美元可以買到一臺(tái)入門級(jí)、低或中等產(chǎn)量的立式機(jī)器。采用發(fā)泡式或噴霧式助焊劑涂敷設(shè)備。 48,000到80,000美元可以買到一臺(tái)中等產(chǎn)量的機(jī)器。 在高端市場(chǎng)，用95,000到190,000美元可以買到高產(chǎn)量的機(jī)器，能每天運(yùn)行24小時(shí)并只需很少的人工干預(yù)。它同時(shí)還包括很多先進(jìn)的特性，比如統(tǒng)計(jì)過程控制和遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)裝置，以及在同一機(jī)器內(nèi)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(chǎn)品的性能、可靠性和質(zhì)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(shí)可行的、有生命力的波峰焊接工藝需持時(shí)日。換言之，這種工藝與焊接前的每一工藝步驟密切相關(guān)，其中包括資金投入、 PCB設(shè)計(jì)、元件可焊性、組裝操作、焊劑選擇、溫度/時(shí)間的控制、焊料及晶體結(jié)構(gòu)等。過去，250℃的焊錫鍋溫度被視為“標(biāo)準(zhǔn)”。在230—240℃的范圍內(nèi)設(shè)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(dòng)性，濕潤(rùn)焊點(diǎn)的兩面。 焊錫鍋中的焊料成份與時(shí)間有密切關(guān)系，即隨著時(shí)間而變化，這樣就導(dǎo)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(zhì)的原因及在焊接工藝中錫損耗的原因。在采購(gòu)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，(如象IPC/JSTD006都有明確的規(guī)定)。除了對(duì)浮渣的限制外，對(duì)63％錫；37％％。這種聚集，加上明顯的錫損耗，可使焊料喪失流動(dòng)性，并產(chǎn)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(diǎn)也可能是錫含量低的征兆，不是局部的特種焊點(diǎn)，就是錫鍋中錫損耗的結(jié)果。 焊點(diǎn)的外觀就能直接體現(xiàn)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(lái)說(shuō)是不必要的，由于在常規(guī)的應(yīng)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(yīng)進(jìn)行常規(guī)分析。 浮渣過多又是一個(gè)令人棘手的問題。使用“芯片波峰”這對(duì)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(huì)產(chǎn)生更多的浮渣。在焊接中，由于錫鍋中波峰的湍流和流動(dòng)而會(huì)產(chǎn)生更多的浮渣。浮渣還可能夾雜于波峰中，導(dǎo)致波峰的不穩(wěn)定或湍流，因此要求對(duì)焊錫鍋中的液體成份給予更多的維護(hù)。有時(shí)，顆粒狀焊點(diǎn)會(huì)夾雜浮渣。錫鍋上應(yīng)配備可調(diào)節(jié)的低容量焊料傳感器和報(bào)警裝置。 可將預(yù)熱的、涂有焊劑、無(wú)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(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，焊料合金通過波峰動(dòng)力形成互連，這是最關(guān)鍵的一步。應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在離開波峰的后面(出口端)就應(yīng)使焊料運(yùn)行降速，并慢慢地停止運(yùn)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(yùn)行，在組件和出口端的波峰之間可實(shí)現(xiàn)零相對(duì)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)提供充分的傾角，不產(chǎn)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(shí)，補(bǔ)償焊劑或在后面形成的“苛刻的波峰”區(qū)域的氣泡，而進(jìn)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(dòng)部分也可用來(lái)消除氣泡，保證焊料實(shí)現(xiàn)滿意的接觸組件。