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1、无铅焊接工艺一、我们面对的无铅焊接挑战铅是种特性特别合适焊接工艺的材料。当我们将它除去后，到目前还无法找到一种能够完全取代它的金属或合金。当我们在工艺、质量、资源和成本等方面找到比拟满意的代用品时，我们在工艺和成本上都不得不做出让步。而在工艺上较不理想的情况有下面几个方面。1较高的焊接温度。大多数的无铅焊料合金的熔点都较传统锡铅焊料合金高。业界有少部份溶点低的合金，但由于其中采用如铟之类的昂贵金属而成本高。熔点高自然需要更高的温度来处理，这就需要较高的焊接温度。2较差的润湿性。无铅合金也被发现具有较不良的润湿性能。这不利于焊点的构成，并对锡膏印刷工艺有较高的要求。由于润湿效果能够通过较高的温度
2、来提高，这又加强了无铅对较高温度的需求。熔化的金属，一般在其熔点温度上的润湿性是很差的，所以实际焊接中我们都需要在熔点温度上加上20度或以上的温度以确保能有足够的润湿。3较长的焊接时间。由于温度提高了，为了避免器件或材料经受热冲击和确保足够的恒温以及预热，焊接的时间一般也需要增长。以上这些不理想的地方带给用户什么呢？总的来讲就是器件或材料的热损坏、焊点的外形和构成不良、以及因氧化造成的可焊性问题等工艺故障。这些问题，在锡铅技术中都属于相对较好处理的。所以到了无铅技术时，我们面对的焊接技术挑战更大。二、工艺窗口简单来讲，无铅的工艺挑战或工艺难处，在于其工艺窗口相对锡铅技术来讲是缩小了。例如器件的
3、耐热性，在锡铅技术中一般为240，到了无铅技术，IPC和JEDEC标准中建议必须能够承受260的峰值温度。这提高只是20。但在合金熔点上，从锡铅Sn37Pb的183到SAC305的217却是提高了34！这就使工艺窗口明显缩小。使工艺的设置、调整和控制都愈加困难。假如不采用较高成本的低温无铅合金，你的最低温度约235，几乎已经是锡铅技术中的最高焊接温度了。而假如你采用美国NEMI的建议，也就是使用SAC305和焊接温度在245到255时，你的热-冷点温度窗口只要10，而在锡铅技术中这温度窗口有30之多。无铅器件的耐热标准，目前多认同确保在260最高温度上，这距离推荐的SAC305合金的最高焊接温
4、度只要5。假如我们考虑测量设置的系统误差注二的需要保留6，以及业界很多回流的波动性时，我们根本无法使用高达255的温度。三、工艺设置回流焊接的工艺设置，就是通过炉子的各温区温度，以及传送链速度的设置来获得最适当的“回流温度曲线的工作。最适当的意思，表示没有单一的曲线是能够供所有用户使用的，而必须配合用户的材料选择、板的设计、锡膏的选择来决定。不管是锡铅技术还是无铅技术，其实工艺设置的方法都是一样的。所不同的是其最终的参数值。基本上，无铅由于前面提到的工艺窗口缩小的问题，使得工艺设置的工作难度较高。这需要更高的工艺能力，以及对技术的了解和把握上做得更完好更细化。工艺设置的首要条件，是用户必须知道
5、所要焊接产品的温度时间要求。对于大多数用户来讲，这就是回流曲线规范。为了方便技术管理，一般只制定了一个规范，规范中清楚地指出了各参数的调整极限。在锡铅技术中，绝大多数用户的这个规范曲线都来自锡膏供给商的推荐。在工艺窗口较大的锡铅技术中，人们碰到的问题似乎不大但绝非没有问题。但进入无铅后，这种法未必可靠。原因是锡膏并非决定焊接温度曲线的唯一因素，以及供给商提供的曲线并不准确。在把握工艺技术较好的企业中，选择锡膏前都必须对锡膏等进行测试评估。器件焊端镀层是另外一项没有被仔细了解和控制的材料参数。镀层的材料例如NiPd或Sn等等、镀层的工艺例如无极电镀，浸镀等等、以及镀层的厚度，将决定用户的库存能力
6、，可焊性以及质量问题或故障形式。而这些也会由于无铅技术到来而有所变化。以往不太需要注意的，如今也许会成为不得不给予关注的。PCB焊盘的镀层也一样，材料、工艺和厚度都必须了解和给予适当的控制。总之，要有良好的工艺设置，用户必须首先知道本人的材料和设计需求。从需求上制定应该有的温度曲线标准。四、工艺管制和监控以上所谈的内容，假如把握得好，就能协助用户设置出一个较好的回流焊接工艺。而在整个产品产业化经过中，以上的内容要点能够协助用户进行试制和试生产的工艺阶段。当以上工作处理好后，接下来的就是面对批量生产了。批量生产的重点，在与推动快速生产的同时，确保每一个产品都是完好地被制造出来。所以我们就有所谓的
7、质量管理工作和责任部门。时至今日，大多数工厂的质量管理，还是较依靠传统的一些检验和返修的做法。例如采用MVI目检、AOI自动检验等手段，配合以一些量化统计做法如SPC等。但在今天的先进生产技术中，这些都属于较落后的手段方法。下面指出几个常碰到的缺点。1对故障的改正成本高；2属于事后更正的概念，无法获得零缺陷成绩；3目前的检查技术无法检出所有问题一些故障的可检性还不好；4目前检查技术在速度和精度上都还跟不上组装技术；5过多和滥用检查技术，反会对它构成不良的依靠性，而忽略了从工艺着手；6SPC不合适于小批量和高质量的生产形式。这情况下其能力非常低。较好的做法是检查设备和工艺能力，控制经过，而不是检
8、查加工的结果也就是产出品的检查。厂内的所有炉子的性能必须给予测量和量化。在保养管理中确保Cm和Cmk的受控。这是良好质量的前提条件之一。这方面的讨论不在本文的范围之内。而工艺能力以及加工经过的控制，在生产现场又怎样进行呢？我们不可能对每一个产品都焊上热耦。有一种技术能够做到，就是非接触式测量的红外测温技术。曾有炉子供给商在炉子内部设计这样的温度监控，但由于技术不成熟，效果不理想而最终没有大量推广。过后就没有见到有开发这类技术的。这类系统通过下面的途径提供用户很好的质量控制方法：1100%不间断的检查；2实时测量和监督；3提供预警；4完好的纪录方便质量跟踪；5完好的报告能够提高客户的自信心。除了以上功能之外，其实这类系统还能够协助监控炉子的表现，提高炉子的维护保养管理，以及将来的采购工作。是个先进数据管理系统中重要的一个工具。当我们进入无铅技术后，缩小的工艺质量窗口对于参数等的偏移敏感得多，也推动了我们对这类质量监控工具的需求。其作用就像质量管理学中的一句常用名言：“不要靠猜想，而要测量和理解它！