焊接工艺技术

3、焊焊接 基础冶金金学与波波峰焊接接趋势 波峰焊接接 - 还是可可行的 在波峰焊焊接优化化中的关关键参数数 电装工艺艺改进“短插插一次波波峰焊”工艺实实践 电子组件件的波峰峰焊接工工艺 片状元件件波峰焊焊接的难难题 波峰焊接接的持续续改进方方法 分析无铅铅波峰焊焊接缺陷陷 电子装配配中超声声喷雾的的出现与与成长 打破焊接接的障碍碍 再流焊温温度曲线线记录器器的研究究与应用用 怎样设定定锡膏回回流温度度曲线 得益于升升温-到到-回流流的回流流温度曲曲线 Proccesss Paarammeteers Opttimiizattionn Foor MMasss Reefloow OOf 002011 Coompoonennts 柔性电路路的脉冲冲加热回回流焊接接 开发通孔孔回流焊焊接工艺艺 穿孔回流流焊一种种新型焊焊接技术术 下一代的的回流焊焊接技术术 焊接工艺艺使用氮氮气的理理由 SMT中中氮气气气氛下的的焊接 使用聚焦焦白光的的选择性性焊接 基本培训训：手工工焊接 手工焊接接与返修修工具 选择性自自动激光光装配 焊接技术术 Sooldeerinng 焊接技术术 Sooldeerinng(22) 将溅锡的的影响减减到最小小基础冶金金学与波波峰焊接接趋势By JJasoon MM. SSmitth本文文介绍，为为了使波波峰焊接接在电子子工业中中完全被被接受，冶冶金学者者、工业业与主管管机构必必须一起起工作，进进行广泛泛的研究究。 自从从开始，波波峰焊接接一直在在不断地地进化。在在焊接中中涉及的的基本冶冶金学原原理已经经被许多多非冶金金人士所所忽视，他他们为了了寻找满满足今天天要求和和更加环环境友好好的适当当材料。为为了决定定与理解解对波峰峰焊接工工艺中被被广泛接接受的焊焊锡作“插入式式”替代的的理论基基础，作作一些研研究是必必要的。因因此在这这里有必必要回顾顾一下基基础的冶冶金学原原理，开开发和理理解为将将来建议议使用的的替代材材料。 波峰焊接接的进化化从从二十年年代到四四十年代代，连接接是使用用焊接烙烙铁连线线方法。印印刷电路路板(PPCB)的发展展需要一一个更加加经济和和稳健的的形成焊焊接连接接的方法法。最早早的大规规模焊接接概念是是在英国国的浸焊焊(diip ssoldderiing)。在八八十年代代，开发发出被称称为波峰峰焊接的的概念。这这个方法法今天还还广泛使使用，但但是机器器和操作作员控制制已经变变得更好好了。焊焊接的基基础仍然然是相同同的。焊焊接形成成只是变变化来满满足设备备的要求求；可是是，化学学成分和和理论动动力学还还是基本本的和简简单的。附附着方法法基本上上只需要要助焊剂剂，热和和焊锡，以以形成冶冶金连接接。助焊焊剂用来来清洁需需要焊接接的、已已被氧化化的表面面。加热热去掉助助焊剂载载体和减减少温度度冲击，将将增加的的热量加加给构成成电路装装配的非非类似的的材料。在在一个装装配上发发现的材材料包括括：塑料料、陶瓷瓷、金属属、涂料料、化学学品及其其广泛不不同的化化学成分分。大规规模的波波峰焊接接的使用用为元件件的可焊焊性提出出一个关关注的问问题，因因为需要要第一次次就产生生适当的的连接，并并在装配配上不进进行返修修，今天天的产品品不如过过去那些些较不复复杂装配配那么宽宽容。需需要第一一次就正正确形成成的可靠靠焊接点点来经受受PCBB所暴露露的环境境。在保保证适当当信号传传输、消消除串音音和不可可接受的的垂直波波比的同同时，必必须分析析每一种种情况中中引发的的温度与与机械应应力。11最最早的浸浸焊方法法有一些些问题：很难重重新产生生所希望望的合格格率；将将板放在在熔化的的焊锡上上在底下下夹住气气体，干干扰热传传导与焊焊锡接触触；焊锡锡只能熔熔湿(wwet)到金属属表面；锡渣(氧化物物与燃烧烧的助焊焊剂的化化合物)必须撇撇去，不不断地阻阻碍生产产2。这一一整套问问题导致致波峰焊焊接的引引入。该该方法使使用从锡锡锅升起起的熔化化焊锡波波或大块块表面来来汇合PPCB，然然后PCCB从波波上传送送过去。波波峰焊接接缩短一一半以上上的接触触时间。传传送带系系统通常常在一个个角度上上，因此此当板通通过波峰峰时，不不会夹住住任何东东西在PPCB下下面。这这样倾斜斜也允许许熔化的的焊锡脱脱落进入入锡锅，减减少相邻邻焊接点点之间的的桥接。因因为熔化化的金属属是从熔熔化池表表面之下下泵出的的，只有有清洁、无无氧化的的金属引引入装配配。 焊接动力力学当产生生一个焊焊接点时时所发生生的反应应在原理理上是基基本的。焊焊锡合金金加热到到其液相相线区域域，以提提高焊接接点的熔熔湿(wwetttingg)。氧氧化物从从金属表表面去掉掉，以保保证焊接接点与带带有助焊焊剂的熔熔化焊锡锡之间的的清洁接接触。然然后助焊焊剂预热热从PCCB去掉掉助焊剂剂溶剂(一般为为水或酒酒精)。需需要增加加的热量量来克服服PCBB与熔化化焊锡池池之间的的温度差差。加热热PCBB来补偿偿温差差差，不对对元件引引起伤害害。PCCB有必必要的暴暴露金属属区域，从从波峰上上通过。焊焊锡以适适当的接接合与熔熔湿角度度熔湿到到金属。表表面能量量与接触触角度决决定熔化化的焊锡锡对暴露露金属的的附着。如如果固体体的表面面能量相相当高于于液态和和固体/液态界界面表面面能量的的总和，那那么液态态熔湿并并流走。毛毛细管作作用使焊焊锡达到到PCBB的圆形形电镀孔孔的顶面面。在一一些系统统中，氮氮气惰性性化的焊焊接环境境用来提提高熔湿湿/毛细细管作用用。这些些孔通常常连接装装配中等等电路层层，表明明：1、液液体在毛毛细管空空间的上上升高度度随着表表面分开开减少而而增加。 2、进入焊点的流动速度随着表面分开的减少而减少。冶金学的因素对焊锡连接有重要的和经常是主要的影响3。熔化的焊锡在焊锡铅与加入形成连接的熔化焊锡之间形成金属间化合层。在冷却之后，保持焊接点。 金属间化化合的形形成与增增长直到到连接冷冷却到可可以处理理，金属属间化合合层还在在增长。增增长速度度是与在在特定温温度的时时间的平平方根和和温度的的指数成成线性。这这说明增增长是通通过交互互原子向向界面扩扩散来控控制的。这这个金属属间化合合层通常常是 11 m的CCu6Sn5。Cuu来自于于PCBB的连接接面，而而Sn来来自于焊焊锡合金金。金属间间化合物物具有从从金属与与共价键键的混合合物升起起的特性性。这些些键由于于有高分分子而强强度高。因因此，自自扩散系系数和更更大的扩扩散控制制特性的的稳定性性是强键键结合和和有序结结构的结结果4。这个个接合对对连接是是好的，直直到其增增长完全全支配焊焊接点的的特性；这时，这这样的焊焊点对装装配就是是有害的的。焊接材料料今今天，波波峰焊接接工艺首首选的合合金是共共晶(eeuteectiic)合合金： Sn663/PPb377，因为为其价格格与可获获得的量量。Snn提供连连接的特特性，而而Pb是是作为填填充材料料使用的的。产量量的增强强要求使使用快速速固化的的和可以以在几秒秒钟内形形成数百百焊接点点的材料料。给共共晶焊锡锡的普通通名称是是令人误误解的。指指定的组组成成分分不是真真正的共共晶成分分。共晶晶成分按按重量百百分比是是61.9%SSn，如如图一所所示。这这个差异异来自于于早期对对共晶成成分的错错误计算算。更高高Sn含含量的合合成物不不能调节节成本增增加与电电子装配配性能改改善之间间的关系系。只有有当装配配使用在在腐蚀性性环境时时，成本本才调节节过来。在在冶金学学上，焊焊锡可看看作是构构成二元元合金的的纯金属属的简单单混合。其其合金图图是二元元合金系系统的典典型图，适适用于基基本的冶冶金学原原理。正正如所料料，当偏偏离共晶晶时，各各种合金金的特性性是不同同的。随随着合金金中Snn含量减减少，液液化温度度增加、密密度增加加、硬度度减少、温温度膨胀胀系数(CTEE)增加加、温度度与电气气传导性性减少。非共晶成成分当考虑虑非共晶晶合金时时，假设设由+共晶晶组成，从从图二的的扛杆定定律支配配比值。有有实例证证明，没没有树枝枝状晶体体出现的的固化是是可能的的，整体体的微结结构符合合共晶。合合成物是是一个平平均的成成分。怎怎样在非非共晶合合成物中中获得共共晶结构构？固化化的冷却却速率快快于转化化动能。当当超过固固体可溶溶性极限限的成分分在室温温下冷却却时，相的平平均成分分结核。转转换固相相的转化化动能被被固体转转变远远远超过。当当室内空空气冷却却固溶体体时，剩剩下的液液体可能能经历共共晶反应应，在室室温下在在非共晶晶成分中中给出共共晶微结结构。当当共晶成成分的纯纯二元液液体冷冻冻时，形形成的固固体平均均成分与与液体是是一致的的。据报报道，在在片之前前没有溶溶质集结结和结构构的集结结，在片之前前溶质的的耗损。这这些溶质质轮廓可可产生结结构过冷冷，尽管管这个现现象不是是平面不不稳性的的充分条条件5。在微微结构中中，有时时使用名名词微组组元(mmicrrocoonsttituuentt)是方方便的，即即，具有有可确认认和有特特征结构构的微结结构元素素。在图图二中，主主要微组组元的颗颗粒结核核，形成成的共晶晶微组元元的百分分率大于于焊锡合合金当量量条件。随着波峰焊接机器中的焊锡锅长时机运行，暴露给所有金属的焊锡可能具有与原来的不同的作用。氧化和金属间化合的形成随着时间改变着焊锡锅中的成分，也改变了特性。温度设定点必须改变和监测，以控制可能由于锡锅合金成分的冶金变化而出现的缺陷。 无铅波峰峰焊接世界界上，大大约每年年使用660,0000吨吨的焊锡锡。虽然然电子装装配不是是主要使使用者，但但还是有有世界范范围的日日益增加加的对减减少铅使使用的关关注，由由于其毒毒性和再再生利用用的处理理不当66。转换换到无铅铅不是被被工业所所广泛接接受。在在电子装装配中消消除铅的的主要理理由是机机器操作作员的环环境暴露露。锡渣渣副产品品的处理理可能对对环境有有严重影影响，如如果处理理、运输输、再生生不当的的话。如如果不遵遵循适当当的卫生生要求，对对铅的烟烟雾的呼呼吸和手手工焊接接时的直直接接触触也有重重要影响响。对要接受受的无铅铅替代品品，必须须提供下下列： 有足够数数量的来来源 与现有的的工艺可可兼容 足够的熔熔化温度度 良好的焊焊点强度度 热和电的的传导性性类似SSn/PPb 容易修理理 非毒性 低成本 许多多公司正正在开发发合适的的替代合合金，作作为“插入式式”的替代代品，以以遵守欧欧洲和日日本的法法令。这这些法令令建议到到20002年在在装配中中减少铅铅，到220044年消除除铅。 在北北美的国国家电子子制造协协会(NNEMII, NNatiionaal EElecctrooniccs MManuufaccturringg Innitiiatiive)的目标标是到220011年用生生产无铅铅替代品品的能力力装备北北美。该该组织正正打算与与其它机机构联合合为其可可制造性性开发标标准，其其它机构构的方向向集中在在选择替替代品，编编写世界界范围的的数据库库和收集集材料特特性数据据。 工艺上关关注的问问题 国际锡锡研究协协会(IITRII, IInteernaatioonall Tiin RReseearcch IInsttituute)开办了了SOLLDERRTECC，一个个无铅焊焊接技术术中心，来来传播前前缘信息息和收缩缩可利用用的选择择。 表一列列出合金金和几种种选择，分分别以一一到十来来表示好好坏。 表一、焊锡合金比较* Sn/3.5Ag Sn/Ag/Cu Sn/Ag/Cu/Sb Sn/0.7Cu Sn/Bi/Ag Sn/Zn/Bi 过程温度 5 3.5 3.5 6 2 1 焊角耸立阻力 2.5 2.5 2.5 2.5 5.5 5.5 可焊性 4 2 3 5 1 10 可处理性 3 1.5 1.5 5 4 10 可靠性 3 1.5 1.5 4 5 6 可再生性 2.5 2.5 2.5 2.5 5 6 成本 4.5 4.5 4.5 1.5 4.5 1.5 可利用性 1.5 3 4 1.5 5 6 总分 26 21 23 28 32 46 * 本表为SOLDERTEC所准许 所相有合合金在得得到接受受之前都都必须考考虑下面面的因素素。 在制造产产品中使使用的材材料 当在运行行中使用用产品时时的材料料消耗 在制造产产品与过过程中使使用的能能量 在产品寿寿命终结结时的可可再生性性和重复复利用性性 在包括材材料提取取、制造造和报废废/再生生的整个个生命周周期中的的辐射 在制造废废料流中中的可再再生性 Snn/0.7Cuu合金选选作波峰峰焊接工工艺应用用的材料料，主要要是由于于其低金金属成本本和来源源。该建建议的替替代金属属的金相相图如图图三所示示。在极极度富锡锡的区域域，0.7%重重量的的的铜有一一个共晶晶点，这这使得这这种合金金与用于于当今装装配中的的现有材材料兼容容。固化化类似于于在Snn/Pbb共晶合合金系统统中见到到的。铜铜和锡两两种金属属都是来来源丰富富的，该该二元系系统减少少当使用用三元合合金成分分时出现现的低熔熔化相。 规格冶金学学者很想想知道当当各种金金属开始始在熔化化的焊锡锡锅中累累积的时时候发生生什么，集集合体特特性将受受到怎样样的影响响。很高高量的污污染可看看作第三三元素。有有集团已已经开始始建议污污染的限限制，在在这个限限定之内内，还可可以提供供可接受受的焊接接结果，而而不必完完全理解解在微结结构上发发生什么么事情。发现引起大多数负作用的不纯净金属是那些金属，它们或者与Sn在合金中形成金属间化合物的或者以特性改变的方式来改变合金成分。不纯净可以和加入低三元素产生同样的影响，人们发现这样会降低焊锡的熔湿(wetting)特性。 结论在对所所建议的的焊锡替替代合金金的冶金金学研究究方面有有许多工工作要做做。对焊焊接应用用的工业业标准共共晶焊锡锡的研究究已经开开展多时时，大部部分可以以接受。可可是，这这似乎对对那些不不可避免免要出现现的新时时期焊接接合金不不一定是是正确的的。回到到冶金学学基础上上面来是是将来预预测系统统的方法法，因为为寻找更更环境友友好材料料的动力力是政府府法规所所追求和和所要求求的。冶冶金学者者、工业业与政府府机构必必须携手手合作，找找出更稳稳健的解解决方案案。 波峰焊接接 - 还是可可行的By LLes Hymmes本文文介绍，新新的材料料、设计计、程序序和态度度正重新新燃起对对这个成成熟工艺艺的兴趣趣。波峰峰焊接，作作为批量量焊接技技术的长长期伙伴伴，可能能已经不不会得到到象回流流焊接那那么多的的注意了了。可是是，它继继续得到到与其复复杂性的的克服一一起而来来的尊重重，这个个复杂性性是通过过所涉及及的变量量输入数数量与类类型来权权衡的。随随着产品品设计与与技术的的进化，作作为对新新工艺需需求的反反应，波波峰焊接接继续以以良好的的结果适适应和完完成新的的任务。达达到这个个工艺表表现是由由于新的的材料、设设计、程程序和态态度。结结果，对对问题和和由这个个“陈旧但但良好的的”工艺所所提供的的解决方方案的兴兴趣还在在 继续续。对该工艺艺的输入入最近近在现场场遇到的的特别关关注是与与底面装装配的表表面贴装装电阻元元件和顶顶面安装装的连接接器的桥桥接有关关的焊接接问题。在在焊接方方向线上上的间隔隔近的焊焊盘桥接接是存在在多时的的一个问问题。在在许多情情况中，把把焊盘从从方形到到圆形的的设计转转变可减减少或解解决该问问题。另另一种方方法，使使用非活活性的、靠靠近在线线最后焊焊盘后面面的“掠锡”焊盘经经常达到到目的。两种方法都从熔化焊锡的表面张力与能力平衡着手。对于方形焊盘，当焊盘离开熔化的焊锡时，焊锡不能够呈现一个低能量的外形。焊锡从平整的边缘断开，造成桥接。掠锡焊盘为焊锡提供一个“断开”的地方，或许防止了危害。这个方法假设了足够的元件和印制线路板(PWB, printed wiring board)的可焊性和受控的上助焊剂、预热和焊接工艺。锡膏-通孔(PIH, pin/paste-in-hole)工艺是用来减少在制造一些混合技术装配中的工艺步骤的一种方法。与该方法的经验表明，使用PIH工艺消除波峰焊接的温度巡回通常是有好处的。其中一个优点是消除了大的通孔(through-hole)连接器所出现的桥接。高密度安装的混合技术装配的增加，驱使许多工艺的创新。特制的“点”或“面”波峰焊接设备的数量越来越多。选择性焊接托盘(pallet)现在更广泛地用于传统的波峰焊接机器上。这些托盘针对那些在装配的底面上有已经焊接的、大型、温度敏感有源元件、球栅阵列(BGA, ball grid array)和QFP(quad flat pack)的通孔元件。对于进化的和较旧的两种PWB设计，新的不同的可焊性保护剂正得到波峰焊接和回流焊接工艺的亲眛。传统的热风焊锡均涂(HASL, hot air solder leveling)工艺，虽然一般对焊接性能有好处，但与进化的设计和工艺存在一个问题。在进入的PWB中，可能在阻焊层(solder resist)中吸收HASL助焊剂残留物对免洗工艺是有问题的。要求用来从小的通孔中清除过量焊锡的空气压力，或者在涂镀的两个表面上的压力差，有时引起面与面之间HASL涂层的厚度不同。这个不同可能导致在一些要焊接的表面特征上很薄的涂层。可能回造成不足的可焊性和不满意的焊接表现，甚至当使用有侵蚀性的焊接助焊剂。为了达到在任何的焊接工艺中的低缺陷率，PWB和元件端子的表面最终涂层都必须提供持久的可焊性。涂层必须经受焊接之前的储存时间和环境，以及多次温度巡回而不退化。在焊接工艺中短的熔湿(wetting)时间要求用来表面元件损伤和一些焊接缺陷。因为PWB为每个焊接的连接提供表面的一半，它必须表现出持续和足够的可焊性特征。有机可焊性保护剂(OSP, organic solderability preservative)和各种通过电解和浸镀工艺施用的金属涂料在许多情况中证明是最满意的。任何使用的可焊性保护剂都必须持续地满足装配与焊接工艺的需求和所要求的产品可靠性。助焊剂、上上助焊剂剂和预热热如如图一中中所说明明的，助助焊剂用用来提高高能量水水平，改改善要焊焊接的表表面的可可熔湿性性。用来来焊接电电子的助助焊剂范范围从侵侵蚀性强强的有机机酸到传传统的松松香基材材料到弱弱有机酸酸，低残残留物、低低活性、免免清洗助助焊剂。松松香基助助焊剂可可能在侵侵蚀性上上变化很很大，取取决于卤卤化物类类型与含含量。侵侵蚀性水水溶性强强有机酸酸助焊剂剂的残留留物必须须通过焊焊接之后后的清洗洗来去掉掉。有些些松香基基材料的的残留物物可以留留在焊接接的装配配上。松松香包围围活性剂剂，因此此防止反反应，这这种反应应可能使使装配的的可操作作性降级级。松香香对活性性剂含量量的比率率可决定定活性剂剂的密封封有多好好。今天天使用的的大多数数免洗波波峰焊接接助焊剂剂是基于于弱有机机酸配方方，琥珀珀或脂肪肪酸用乙乙醇或水水作溶剂剂。装配配的操作作环境主主要决定定是否免免洗助焊焊剂可以以留在装装配上。当清洗装配密度高的装配时，从一些元件之间和下面清除所有助焊剂残留物是困难的。低残留物助焊剂由于留下的残留物对电路危害的可能性很小。他们留下少数较良性的残留物。因此，免洗助焊剂可能是一个好的选择，甚至是必须清洗。注意，使用低残留物助焊剂，可焊性特性必须是好的。这些助焊剂不提供较高活性的材料所具有的对可焊性差的帮助。对于成功的波峰焊接，应用的助焊剂涂层必须是均匀的，厚度上受控的。为了有效，助焊剂必须渗入孔内和涂在引脚上。一种喷雾上助焊剂的装置，跟着空气刀，提供保证在要焊接的表面均匀施用助焊剂正确数量的最有些的和受控的方法。空气刀帮助将助焊剂流到孔内，在装配上更均匀地分布助焊剂，并帮助去掉过多的材料。在通过波峰焊接之前预热装配，有几个理由。第一，提升要焊接的表面的温度，因此从波峰上要求较少的温带能量，这样有助于助焊剂/表面的反应和更快速的焊接。预热也减少对元件的温带冲击，当元件暴露在突然的温度梯度下时可能被削弱或变成不能运行。第三、预热加快挥发性物质从装配上的蒸发速度。这些挥发性物质主要来自于助焊剂，但也可能来自较早的操作、储存条件和处理。挥发物在波峰上的出现可能引起焊锡飞溅和在装配上的锡球。控制和了解加热的速率、在波峰焊接各个阶段的温度、和在给定温度或以上的时间长度对于达到和在生产良好的焊接结果是关键的。保证助焊剂的出现 - 在适当的时间正确地激发和保持直到装配离开波峰 - 不能过度紧张。预热必须将装配带到足够高的温度，以提供正在使用的特殊助焊剂的活性化。多数助焊剂供应商发布推荐的温度上升率和最大/最小顶面与底面预热温度。对于任何装配，最佳的时间/温度曲线是取决于许多因素，而不是助焊剂化学成分。这些因素包括板的设计、在波峰上的接触长度、焊锡温度、锡波的速度和形状。一些助焊剂与两步升温表现最好，结合一个活性化和反应的保温或稳定阶段方式。其他的则推荐一个连续的升温，这经常与特殊助焊剂的固体含量有关。对于任何助焊剂，不足的预热时间和温度将造成较多的残留物留下，或许活性不足，造成熔湿(wetting)差。预热底也可从气体放出造成锡球，和当液体溶剂到达波峰时的焊锡飞溅。当在波峰前没有提供足够的预热来蒸发水分时，这个情况在低挥发性有机化合物(VOC, volatile organic compound)的水基助焊剂上看到。过分的时间/温度曲线将降低助焊剂和/或所有的助焊剂将在波峰之前失去/反应。助焊剂在波峰上的出现帮助降低焊锡的表面张力。如果助焊剂失去，则可能的造成锡桥或冰柱(icicle)。最佳的温度在波峰上留下足够的助焊剂，以帮助在板退出波峰时焊锡从金属表面的剥离和排泄。在锡波上上在在焊接工工位，波波峰焊接接工艺的的所有元元素都一一起来到到。设计计、元件件、PWWB、元元件贴装装操作、可可焊性特特性、助助焊剂、热热能的一一部分和和一个平平稳的材材料输送送系统都都应该到到位。在在这些规规定的和和受控的的元素出出现的情情况下，波波峰动态态和需要要形成连连接的温温度现在在是关键键因素。波峰经常被引证为许多与工艺有关的问题的原因。事实上，在工艺开始之前，焊接工位需要相对的关注。焊接工位要求关注与维护，作为一个可再生产的设备功能的良好工艺控制程序的部分。在锡炉中，没有夹住的锡渣造成的开口或屏障，一个平缓的水平主波峰是至关重要的。崎岖的波峰是用于片状波峰的，较高速度的紊流提供垂直与水平的压力，来帮助焊接底面的表面贴装元件。当使用熟悉的锡/铅共晶合金时，在板的底面使用的焊锡温度应该是连续一致的，在460500F的范围。往这个范围的较低方向偏离有时是有帮助的。免洗助焊剂经常以这个范围的最低或稍微更低的温度焊接，来帮助确保在波峰的出口处有助焊剂存在。一些使用其它助焊剂的工艺，通过提高预热来达到较高的顶面与底面温度和将波峰温度减少到低至430F，在较厚的多层板上已经取得成功。培训与工工艺控制制你你不可能能控制你你不测量量的东西西！为了了有效地地测量，必必须在工工艺技术术和对工工艺输出出的可再再生产性性的过程程变量统统计含义义上培训训员工。理解你的工艺教育和培训有关人员，使他们理解所要求控制的基本知识。如果他们理解怎样产生一个不可接受的条件，和怎样产生一个可接受的条件，他们将获得知识与信心，特别是如果允许他们为了学习去做这两种事情。使用一个已定义的控制系统和保持它尽可能简单有时，在开始了解1.67的Cpk比1.33的Cpk大约好10倍这一点已经足够了。在使用点上测量工艺参数，并且观察到偏离时马上行动除了有温度曲线工具可用于建立最佳的机器设定处理各个板的设计之外，其他工具可帮助整个波峰焊机的监测与分析。这些工具所检测、跟踪、和分析的重要标准是板在焊锡波形上的驻留时间和接触长度。这些数据的使用使得能够计划维护，以在情况恶化、造成产品缺陷、干扰你的计划和让你顾客失望之前纠正变量。结论低成本本、低缺缺陷的焊焊接表现现是配合合设计、零零件、材材料、工工艺、设设备功能能和有知知识的人人员的一一个函数数。高度度可焊性性的表面面不能指指望用来来补偿差差劣的设设计或工工艺 - 反之之亦然。整整个运行行必须受受控。工工艺控制制，不是是一次搞搞好的，和和对细节节的关注注是关键键。因为为你不能能控制你你不连续续测量的的东西，做做足你的的功课，限限制材料料和验证证工艺。实实行预防防而不是是发现，过过程结果果将自我我保持：在这个个运行环环境中将将稳定地地得到可可靠的产产品。在波峰焊焊接优化化中的关关键参数数By MMarttin Inggalll, GGusttavoo Jiimennez, Peete Micchella, Monnicaa Taayloor aand Nisssimm Saassoon本文文介绍：“对驻留留时间和和浸锡深深度的研研究，揭揭示了波波峰焊接接的可重重复性与与缺陷减减少的重重大机遇遇。”在过过去几年年中，生生产与工工艺工程程师对板板与波峰峰的相互互作用又又有新的的认识，导导致了波波峰焊接接程序的的戏剧性性变化。例例如，已已经采用用直接测测量PCCB在波波峰焊接接中经历历的技术术。得到到了电路路板品质质的即时时与显著著的改善善，推动动该技术术的广泛泛使用。 板与波相相互作用用的中心心制制造波峰峰焊机的的唯一目目的是：让板与与焊锡波波峰相互互作用。你你知道这这个叙述述是完全全正确的的，因为为当你看看看回流流焊接炉炉里面时时你没有有看到波波峰。在在回流焊焊接炉中中，当板板经历加加热温度度时，出出现的是是化学反反应，不不象在波波峰焊接接中。在波波峰焊机机内，当当把板送送到焊锡锡波峰上上时，化化学反应应与温度度是作用用物。其其结果，与与表面贴贴装的炉炉相比较较，波峰峰焊机内内温度的的工艺窗窗口是宽宽松的，并并且板与与波峰相相互作用用的精确确控制产产生很大大好处。引脚在焊锡波峰内只是几秒钟或更少。焊接应该可以在一次过中达到，不出现缺陷。由于这个过程是如此简单，今天的板是如此复杂，使得电路板必须精确地通过波峰。有头脑的工程师已经知道，似乎很小的板与波峰过程的变化可以导致很大的品质变化。 温度曲线线的限制制那那些坚持持认为波波峰焊接接控制主主要是温温度的人人，通常常选择严严格地依依赖温度度粘结剂剂、高温温计或温温度曲线线。虽然然温度是是重要的的，但它它不能说说明板与与焊锡波波峰的相相互作用用。没有板板与波的的精确数数据的波波峰焊接接可能造造成连续续的缺陷陷、生产产危机和和停机时时间。实实际上，生生产管理理人员了了解这样样的结果果，看到到工位上上需要修修理工人人，承受受产量与与品质的的压力。尽管有温度管理的Herculean效应、波峰焊机品质的惊奇进步、以及助焊剂与焊锡化学成分的不断发展，波峰焊接还可能是有问题的。如果问一个制造工程师从哪里主要出现装配缺陷，最常见，他或她会指向波峰焊机。因此，返工人员每天、每班工作只是为了修整生产线上的缺陷。修理现在的水平不是看作对生产失效的一个补偿性活动，可以去掉的一样事情，而是经常看作生产线本身“可以接受的”部分。这个看法的直接结果就是允许生产成本的大幅增加和波峰焊接严重的表现不佳。例如，调节预热器永远不能消除由于太长驻留时间引起的锡桥或者由于浸锡深度太浅所引起的不焊(skipping)。这里所陈述的研究结果将表明，现有的波峰焊接缺陷的大多数只能通过对板与锡波相互作用的精确、直接的测量与控制才能消除。 板与锡波波的相互互作用假设设板与波波峰是平平行的，板板与波峰峰相互作作用有三三个清楚楚的同时时发生的的面，可可以直接接准确地地测量： 驻留时间间(dwwelll tiime): 驻驻留时间间是一个个引脚在在焊锡波波内的时时间数量量，需要要以0.10秒秒的递增增来控制制。 浸锡深度度(immmerrsioon ddeptth): 浸锡锡深度是是板浸在在焊锡波波内有多多深。由由于最好好的波峰峰具有110220-mmil 之间的的波峰高高度变化化，这个个参数最最好是通通过其穿穿过一个个过程窗窗口的通通道来测测量。用用于本研研究的设设备使用用12-mill的递增增量。 接触长度度(coontaact lenngthh): 接触长长度是一一个引脚脚通过波波峰的距距离。 图一一解释了了板的浸浸锡深度度与接触触长度的的相互关关系，显显示浸锡锡深度直直接决定定接触长长度。接接触长度度又直接接影响驻驻留时间间，因为为： 驻留时间间 = 接触长长度 传送送带速度度 传送送带速度度的设定定将不能能单独控控制在焊焊锡波峰峰上的驻驻留时间间。必须须有精确确测量与与控制浸浸锡深度度的方法法。 波峰形状状我我们许多多人都有有在两台台不同的的波峰焊焊机上运运行同一一个装配配的经验验，看到到的是两两个很不不同的板板的品质质的出现现。在两两台波峰峰焊机设设定成相相同的泵泵的速度度、传送送带速度度、传送送带角度度、锡缸缸高度、预预热与焊焊接温度度；使用用相同的的化学品品；相同同的维护护计划；以及显显示相同同的温度度曲线的的时候，为为什么波波峰焊机机还会产产生不同同的结果果？作为一个个工业，我我常常已已经退而而接受“不同的的波峰焊焊机有不不同的个个性。”有些人人责怪操操作员。但但是这个个答案是是简单的的，可测测量的：所有波波峰焊机机产生的的波峰是是不同形形状的。 图二显示波峰形状对接触长度的影响。一个较宽的波意味着较长的接触长度。 因此，驻留时间较长 - 以相同的浸锡深度。 机器设定定的限制制控控制波峰峰焊接过过程涉及及直接测测量板在在波峰上上实际所所经历的的。波峰峰焊机永永远不能能保证可可重复性性。板看看不到传传送带速速度；但但感受到到驻留时时间。同同样，板板不知道道泵的速速度，但但感受到到浸锡深深度。还还有，波波峰焊机机的设定定不显示示波峰焊焊机的可可变化性性。因此此，波峰峰焊接的的参数必必须主要要基于板板与波峰峰的相互互作用，而而不是波波峰焊机机的设定定。装配工工厂没有有必要责责怪它们们的波峰峰焊机，助助焊剂或或操作人人员，因因为实际际的挑战战是波峰峰焊接工工艺过程程本身。波波峰焊机机不能测测量板与与波的相相互作用用；好的的设备不不是用来来补偿一一个不受受控的工工艺。 用于研究究的驻留留时间基基线一家主主要的消消费电子子公司让让其北美美的工厂厂完成为为期一个个月的研研究，以以评估驻驻留时间间优化与与可重复复性的重重要性。选选择了最最大批量量的装配配来用作作研究，它它代表在在该地生生产的所所有电路路板的119%。为了这个用途，使用一台电子设备和直接板与波峰接触传感器。由于能够进行每排四个运行，该设备可以在将数据卸载到PC之前记录多个读数。还有，该设备的LCD显示器允许从波峰焊机出来时即时的数据读数，并提供浸锡高度的直接测量。下面是进行的步骤： 测量与建建立平行行度。 测量现时时板的驻驻留时间间，以前前是 11 秒。 测量现时时板的浸浸锡深度度，以前前是 224-mmil。 评估板的的质量。得得出 3312 ppmm(paartss peer mmilllionn)的缺缺陷率，这这个被认认为在工工厂内是是正常的的，按工工业标准准也是很很好的，尽尽管有一一定量的的返工数数量。 步骤 11 33 对一一排中的的三个班班次很容容易地完完成，每每班两次次，因为为所有数数据都是是在通过过波峰焊焊机的设设备一次次运行中中获得的的。步骤骤 4 是在每每一班次次结束时时完成。 在运运行装配配板之前前，如果果测量显显示不平平行 - 或者者驻留时时间比 1 秒秒钟超出出 0.1 秒秒，或者者浸锡深深度不是是 244-miil - 则对对波峰焊焊机作出出调整。另另外作一一些测量量以证实实发生所所希望的的板与波波的相互互作用。始始终保持持那些与与板-波波相互作作用无关关的地方方，包括括，如，助助焊剂类类型、预预热设定定和焊锡锡温度。在每班结束时，作百万缺陷(dpm, defects per million)记录。这个板的 dpm 持续地在312范围。因此，达到了电路板质量的可重复性。 驻留时间间研究方方法下一个目目标是决决定是否否板的缺缺陷率受受到以不不同驻留留时间运运行的影影响。这这个计划划涉及以以不同的的驻留时时间运行行相同类类型的板板，驻留留时间以以半秒的的递增幅幅度从00.5秒秒增加到到5.00秒，并并且涉及及将每个个驻留时时间与其其产生的的缺陷率率相联系系。对每每个驻留留时间进进行上述述的 115 步。图三三的蓝线线显示该该结果。对对这个特特定的板板产生最最低缺陷陷率的驻驻留时间间是在 2.553 秒之间间。然后后进行这这个板的的进一步步研究，在在 2.8 秒秒时缺陷陷持续最最低。因因此该板板现在只只以 22.8 秒的驻驻留时间间和 224-mmil 的浸锡锡深度运运行。波波峰焊机机的设定定现在是是非主要要的，与与使用的的波峰焊焊机无关关。驻留留时间的的优化已已经完成成，同样样达到在在实际任任何的波波峰焊机机上以可可预计的的品质装装配该板板的灵活活性。对于于该消费费电子公公司，这这些结果果就是对对操作员员的有意意的波峰峰焊接工工艺文件件、更清清晰的工工作指示示，更大大的灵活活性，因因为该板板可以可可靠地通通过任何何波峰焊焊机。该该公司也也可以实实现更少少的过程程控制图图表中的的峰值，因因为在板板运行之之前进行行了测量量；更少少的停机机时间；较高的的产量，减减少对工工艺工程程师的压压力；以以及更愉愉快的管管理。其它它观察包包括： 所发现的的最佳驻驻留时间间与以前前发生的的有很大大的不同同，但是是那时没没有测量量。缺陷陷率随驻驻留时间间的不同同而显著著变化。 控制浸锡锡深度对对本研究究是关键键的，因因为浸锡锡深度的的变化意意味着接接触长度度的变化化，结果果，驻留留时间不不受控。 逐板的优优化正如每每钟板在在表面贴贴装炉中中使用其其自己的的温度曲曲线一样样，每种种板也在在波峰焊焊机中使使用其自自己的板板与波峰峰的参数数。因此此，上述述研究也也对第二二种板进进行。图三三把结果果记录成成红线。研研究发现现，对这这种板的的最佳驻驻留时间间是 33.6 秒，与与第一种种板的 2.88 秒形形成对比比。注意意两种板板的“驻留时时间曲线线”是不同同的。虽虽然不太太象第一一种板所所获得的的新基线线那么低低，但该该工艺过过程得到到所研究究的第二二种板的的显著更更低的缺缺陷率，这这种板以以前也是是以 11 秒运运行。这这些结果果强烈地地显示诸诸如非最最佳浸锡锡深度或或设计问问题等这这些缺陷陷根源与与驻留时时间没有有关系。 浸锡深度度改改变浸锡锡深度会会改变接接触长度度和驻留留时间，这这使得浸浸锡深度度的直接接和准确确测量成成为关键键。泵速速产生波波峰高度度，它随随着锡缸缸的焊锡锡变空而而消失。可可是，板板的实际际浸锡深深度决定定于几个个因素，包包括锡缸缸高度、PPCB怎怎样座落落在传送送带的指指爪上、弯弯曲、破破裂或变变钩的指指爪、传传送带角角度、以以及是否否使用托托盘。可是，控控制浸锡锡深度 - 测测量和把把它保持持持续不不变 - 只是是这个难难题中的的一小部部分。另另一个是是决定在在那个浸浸锡高度度，板的的品质是是最佳的的。在图图四中，注注意由蓝蓝条形所所代表的的板的缺缺陷率，在在不同范范围上比比由黄色色条形所所代表的的板更优优化：448 mmil 或甚至至 366600 miil 分分别比 2436 mill。因此此，不同同板的类类型最受受益于不不同浸锡锡深度。 结论板与波波峰优化化的好处处是很大大的，当当决定波波峰焊接接工作指指示时，需需要进行行逐个电电路板地地评估。对对板实际际所经历历的进行行直接测测量与管管理是关关键的。对对所有的的板使用用相同的的波峰焊焊机设定定将永远远不会产产生对各各种装配配类型最最佳的波波峰焊接接结果，对对波峰焊焊机设定定的依赖赖不包装装板与波波峰相互互作用的的可重复复性。优化化要求对对板上实实际缺陷陷有关的的调整。只只记录机机器设定定和/或或注重板板与波的的数据将将不会产产生所希希望的结结果。波波峰焊机机不一定定是可重重复的。要开始是简单的。该过程只要花几分钟，并且将马上产生对你有帮助的信息： 象平时时你对特特定的板板一样设设定波峰峰焊机。 一旦你已已经建立立板对波波的平行行度，记记录驻留留时间和和浸锡深深度读数数。 处理其中中一块板板，记录录其波峰峰焊接品品质。 作为确定定最佳驻驻留时间间的第一一步，将将传送带带速度减减少到每每分钟00.755英尺，再再运行设设备，得得到新的的驻留时时间读数数。 再运行相相同板类类型中的的一个，记记录其波波峰焊接接品质。 如果果板的质质量已经经改善，那那么你已已经得到到一个比比你现在在用于运运行板的的驻留时时间更优优越的驻驻留时间间。你现现在可以以每天在在每一次次运行该该类板之之前记录录驻留时时间读数数，以保保证你的的波峰焊焊机对你你的板给给予所希希望的、更更好的经经验。因因此，你你可用该该数据来来保证可可重复性性和最佳佳效果。如果板的品质恶化，那么增加传送带速度，重复相同的步骤。你将很快找到最佳的板与波相互作用参数。为了评估浸锡深度对波峰焊接品质的影响，改变泵的速度，另外进行相同的步骤。要理解的另一个重要方面是工艺窗口(process window)。所有波峰焊机有其自己的数据变化和可重复性的正常范围，这个只有通过在机器保持在使用的每个设定时，对驻留时间和浸锡深度的直接测量来确定。理解波峰焊机的对驻留时间、浸锡深度和平行度的工艺窗口，将帮助你优化对每个板的波峰焊接工艺。如果你的工厂一个产品高度混合的工厂，那么从最普通或最棘手的板开始。对于大批量、的混合的运作，你有机会来优化你运行的每一个板。对于两类工厂，在不同的波峰焊机之间，甚至工厂位置之间可靠地移动一种特定板的灵活性也要增加。许多工厂已经将可得到的技术与简单的程序相结合，以优化其电路板的驻留时间、控制浸锡深度和得到其波峰焊接工艺的真正可重复性。对于那些想要迅速降低成本和与波峰焊接品质的工业规范保持步伐的工厂，这里所叙述的技术与程序值得调查研究。 电装工艺艺改进“短插插一次波波峰焊”工艺实实践作者：唐唐经球胡胡明昌周周红(七二一一厂) 我厂在八八十年代代研制生生产的海海鹰牌清清纱器等等纺织电电子产品品，海底底牌 BB超类医医用电子子产品，生生产过程程中印制制板部件件的装联联工艺主主要是采采用手工工操作方方式。生生产效率率不高，装装焊工艺艺水平低低，质量量不稳定定，是产产品各批批次生产产引起波波动的因因素之一一。 九十十年代初初，工厂厂为提高高产品印印制板部部件装焊焊水平，购购置了224工位位回转式式插件台台，引进进一台西西德产波波峰焊机机，采用用当时电电装工艺艺普遍使使用的“长插切切脚二次次焊”工艺(元器件件长脚插插入印制制板、一次波波峰焊或或浸焊切脚二次波波蜂焊)，由于于生产线线布局不不够合理理，产品品插件板板往返搬搬运，工工作效率率低。切切脚机是是自制设设备，操操作不够够安全。对对尺寸较较大的元元器件板板，由于于基板变变形及压压紧装置置等原因因切脚不不整齐，高高度不容容易控制制，装焊焊质量、生生产效率率不理想想。当时时纺电大大批量生生产有22/3印印制板电电装靠外外协完成成生产成成本高，外外协电装装质量更更难控制制。医电电产品电电装安排排了较多多人员。印印制板部部件成品品的参数数离散性性较大。所所以电装装工艺成成为影响响产品大大批量生生产及提提高质量量的关键键。 在市市场经济济形势下下，要求求民用产产品不断断提高质质量而且且尽可能能降低成成本。企企业主管管领导要要求当时时负责全全厂工艺艺技术归归口管理理的科技技处极好好改进产产品电装装工艺及及管理水水平，使使产品在在可靠性性、一致致性、稳稳定性等等质量方方面提高高一步，改改进电装装工艺方方法，提提高生产产效率，降降低产品品成本，拿拿出物美美价廉的的产品供供应用户户，提高高产品市市场占有有串，为为企业的的发展多多作贡献献。 主管管工艺的的副总工工程师组组织工艺艺管理及及工艺技技术专业业人员到到几家工工艺先进进的企业业调研后后，参考考外厂经经验结合合我厂产产品特点点，决定定开展印印制板部部件电装装“短插一一次波峰峰焊”新工艺艺的研究究与应用用。(元器件件加工成成短脚插装上上印制板板自动波波峰焊)。此工工艺方法法实施后后可改变变我厂电电装工艺艺面貌，提提高产品品生产质质量，提提高操作作工人技技术水平平，提高高劳动生生产串，有有利于开开展规模模生产，挖挖掘企业业潜力，在在不增加加电装工工人数的的前提下下将因工工作量大大而扩散散外协电电装印制制板部件件收回来来，节约约外协费费用，且且有利于于改善生生产现场场管理，提提高装焊焊生产线线的综合合管理水水平。 电电装工艺艺改进是是一项综综合工程程，列入入九三年年工艺技技术措施施计划主主要项目目。工作作内容涉涉及到工工厂多个个部门，在在工艺试试验及应应用过程程中许多多工作需需相关部部门密切切配合，为为此由工工厂科技技处牵头头成立QQC小组组，将有有关部门门的主要要参与人人员组织织起来，为为实现同同一目标标、统一一认识，共共同研究究课题内内容，订订出实施施计划，分分工负责责，开展展工作，促促进电装装工艺上上水平。 为实现“短插一次波峰焊”工艺，必须要设计、工艺、工装、设备、检验、元器件配套、生产管理等各类专业人员紧密配合、共同努力，各职能部门的具体分工如下： 1 产品设计部门： 11产品印制板设计贯彻厂标准化室制订的Q/KF37-92企业标推文件。(设 计、工艺参数与该厂标制订)。 12印制板元器件排列成形垮距规范化，减少成形尺寸品种，便于机械化及模具操作加工。 13按规范设计焊盘及孔径尺寸，印制板布线等符合标准及工艺要求，减少垮接线，按尺寸系列设计垮接线距。 14对不同厂家生产外形尺寸有差异的同规格元器件，标明定点供应厂家，做到来料尺才一致，便于工艺生产成形安装。 15按工艺及小批生产成功的产品，修改印制板等设计文件。 2工艺部门产品工艺人员： 21提出“短插一次波峰焊”工艺实施计划初步意见，供领导参考。 22配合设计师贯彻Q/KF37-92厂标，逐项进行工艺性审查，符合波峰焊工艺要求。 23根据产品设计资料开展工艺设计，提出元器件预成形模具要求，对每一只元器件明确跨距，成形形式，及引线切脚长短尺寸。 24 配合元器件预成形定点单位华立公司，协作、制造元器件加工成形工装，负责技术问题的处理。 25制订波峰焊的工艺规范：明确锡槽温度，助焊剂品种及浓度，传送带速度等。 26按不同产品制订插件及波峰焊每个岗位的操作工序卡片 3 元器件、垮接线预加工单位华立公司： 31按各产品元器件成形设计工艺要求推备元器件成形工装模具。 32抓好工作质量：元器件引线成形形状尺寸准确，外观不损坏，包装计数正确，交货不绝料，无废次品，可焊性等符合工艺要求。 33组织生产、交货时间符合生产进度要求。 4印制板外协制造及保管部门： 41抓好工作质量：图形符号符合设计文件，孔位不错钻漏钻，孔径符合工艺，RC等符号印字清晰，可焊性等符合要求。 42组织生产、交货时间符合生产进度要求。 43交货要求塑料密封包装。 44库房保管要求通风干燥，控制保管贮存期为二个月，先进库先发货。 5元器件供应、库存、保管部门： 51采购元器件品种、规格、性能、外形尺寸、可焊性等符合质量要求。 52设计规定定点供应的元器件按要求选购，如有变化应事先通知有关设计工艺人员。 53供应交货与生产批汰安排尽可能协调，入库元器件做到先进库先发货，控制贮存期为6 个月。 54提高发货质量，规格品种正确不得料，数量不短缺。 55库房保存要防氧化措施(通风干燥) 6 动力设备部门： 61定期检查维修波峰焊机，确保正常工作。 62制订波峰焊机操作规程和保养规则。 63对波峰机上的易损件(发泡管等)及时提供备件，以便缩短维修停机时间。 7质检部门： 71配合元器件订贷，要与供贷方签订6个月内可焊性好的保证协议，并做好进厂检验。 72对上流水线的元器件质量(成形质量、可焊性、交货正确性等)进行检验，确保上线元器件符合质量要求。 73对上线印制板质量进行检验，确保质量。 74做好生产过程抽查及装焊成品质量检验。 8工装制造部门： 81按样机及操作要求，设计制造10套焊接夹具(设备只带来4套夹具)，满足生产线批量生产流转需要。 82对夹具上的框架材料，结构形式，簧片材料进行工艺试验，使工装夹具在锡温高工作条件下反复使用的变形能满足使用质量要求。 9 插件及焊接生产现场工作岗位： 91由线长按工艺要求抓好插件岗位，对操作工进行业务指导，明确工作质量要求加强责任性，增强工艺质量意识，确立“第一次就要把工作做好”的信念。严格执行工艺纪律，保证工艺质量。 92波峰焊工作岗位要熟悉设备性能，按设备操作规程进行操作。 93根据工艺文件撑握好焊接工艺参数，定时做好记录，内容包括锡槽温度，室内温度，传送带速度，倾斜角度，锡波宽度，助焊剂型号，助焊剂比重等。 94做好设备的正常维护保养，定期检查记录，内容包括：各加油点是否缺油，助焊剂发泡管是否有堵塞现象，各导轨面、传动件是否清洁、润滑、预热器温度是否正常、链条运行是否平稳、焊剂自动浓度调节仪工作是否正常、波峰锡泵工作是否正常、设备照明是否完好等。