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1、無鉛焊接接：開發發一個穩穩健的工工藝本文將研研究確定定什麽參參數對無無鉛焊接接有最大大和最小小影響的的方法。目目的是要要建立一一個質量量和可重重復性受受控的無無鉛工藝藝.。開發一套套穩健的的方法檢驗驗一個焊焊接工藝藝是否穩穩健，就就是要看看其對於於各種輸輸入仍維維持一個個穩定輸輸出(合格率率)的能力力。輸入入的變化化是由“噪音”因素所所造成的的。甚至至在印刷刷電路板板(PCCB)進進入回流流爐之前前，一些些因素將將在一個個表面貼貼裝裝配配內變化化。首先先，在工工藝中使使用的材材料中存存在變化化。這些些變化存存在於錫錫膏特性性如成分分、潤滑滑劑、粉粉末和氧氧化物；板的材材料，考考慮到不不同的供供
2、應商和和不同的的存儲特特性；和和元件。其其次，變變化可能能發生在在表面貼貼裝工藝藝的第一一部分：錫膏印印刷與塌塌落和元元件貼裝裝。第三三，噪音音因素可可來自製製造區域域的室內內條件 - 溫溫度與濕濕度。這這些輸入入變數要要求最佳佳的加熱熱曲線，它它必須對對所有變變數都敏敏感性最最小，和和一個量量化工藝藝能力的的方法。回流曲線線就回回流焊接接而言，無無鉛合金金的使用用直接影影響過程程溫度，因因此影響響到加熱熱曲線。提提高熔化化溫度縮縮小了工工藝視窗窗，因爲爲液相線線以上的的時間和和允許的的最高溫溫度2550CC(爲了了防止元元件損壞壞和板的的脫層)沒有改改變。三角形(升溫到到形成峰峰值)曲線我們
3、可可以區分分那些關關鍵的和和接近回回流焊接接現實極極限的工工藝和那那些較不不關鍵的的工藝。對對於PCCB相對對容易加加熱和元元件與板板材料有有彼此接接近溫度度的工藝藝，可以以使用三三角形溫溫度曲線線(圖一)。三角角形溫度度曲線建建議用於於諸如電電腦主板板這樣的的産品，它它在裝配配上的溫溫度差別別小(小的TT)。圖一、三三角形回回流溫度度曲線圖二、升升溫-保溫-峰值溫溫度曲線線三角角形溫度度曲線有有一些優優點。例例如，如如果錫膏膏針對無無鉛三角角形溫度度曲線適適當配方方，將得得到更光光亮的焊焊點和改改善的可可焊性。可可是，助助焊劑激激化時間間和溫度度必須符符合無鉛鉛溫度曲曲線的較較高溫度度。三角
4、角形曲線線的升溫溫速度是是整個控控制的，在在該工藝藝中保持持或多或或少是相相同的。其其結果是是焊接期期間PCCB材料料內的應應力較小小。與傳傳統的升升溫-保溫-峰值曲曲線比較較，能量量成本也也較低。升溫-保保溫-峰值溫溫度曲線線較較小的元元件比較較大的元元件和散散熱片上上升溫度度快。因因此，爲爲了滿足足所有元元件的液液相線以以上時間間的要求求，對這這些工藝藝寧可使使用升溫溫-保溫-峰值溫溫度曲線線(圖二)。保溫溫的目的的是要減減小TT。在升升溫-保溫-峰值溫溫度曲線線的幾個個區域，如如果不適適當控制制，可能能造成材材料中太太大的應應力。首首先，預預熱速度度應該限限制到44C/秒，或或更少，取取
5、決於規規格。錫錫膏中的的助焊劑劑元素應應該針對對這個曲曲線配方方，因爲爲太高的的保溫溫溫度可損損壞錫膏膏的性能能；在氧氧化特別別嚴重的的峰值區區必須保保留足夠夠的活性性劑。第第二個溫溫度上升升斜率出出現在峰峰值區的的入口，典典型的極極限爲33C/秒。溫度度曲線的的第三個個部分是是冷卻區區，應該該特別注注意減小小應力。例例如，一一個陶瓷瓷片狀電電容的最最大冷卻卻速度爲爲-2-4C/秒秒。因此此，要求求一個受受控的冷冷卻過程程，因爲爲特殊材材料的可可靠性和和焊接點點的結構構也受到到影響。對於於任何一一個工藝藝，最佳佳的溫度度曲線可可以通過過一個TTaguuchii試驗來來確定。在在試驗中中使用噪噪
6、音因素素將幫助助確定哪哪一種曲曲線對變變數敏感感性最小小，更加加穩定。評估工藝藝統計計程序控控制(SSPC, sttatiistiicall prroceess conntrool)用用來將工工藝穩定定和保持持在控制制之中。在在焊接中中，SPPC用來來減少可可變性和和提供工工藝能力力。典型型地，XX-Y座座標圖(x-bbar-rannge chaart)和性能能分析是是用於這這個目的的的。XX-Y座座標圖是是對測量量變數進進行統計計計算的的圖形表表示，這這裏每個個分組的的平均值值與幅度度(最大-最小)用來監監測平均均值或者者範圍的的變化；該幅度度用作變變數的度度量。統統計上大大的改變變可能表表
7、示工藝藝漂移、趨趨勢、迴迴圈模式式或由於於特殊原原因造成成的失控控情況。當焊焊接工藝藝的最具具影響的的參數(如Tagguchhi試驗驗所定義義的)受到統統計程序序控制(SPCC)，工工藝的穩穩定性和和性能的的改進可可以容易易達到。例例如，在在一台焊焊接設備備中，硬硬體和軟軟體設計計用來保保持重要要的參數數在設定定點的規規定範圍圍內。可可是，即即使當一一個參數數在起偏偏差極限限之內時時(沒有報報警發生生)，它可可能已經經在統計計上失控控，或者者顯示一一個由於於歷史資資料而意意想不到到的狀態態。只購購買硬體體和軟體體不一定定會得到到成功的的SPCC。一個個關鍵的的考慮是是可變性性的減少少，在特特殊
8、原因因變數和和普通原原因變數數之間有有一個區區別。控控制圖用用來消除除特殊原原因變數數，即任任何可能能與可歸歸屬原因因有聯繫繫的變數數。性能能圖用來來減少普普通原因因變數，即即任何工工藝固有有的和只只能通過過工藝變變化減少少的變數數。在一一個回流流焊接工工藝中，SPC的典型參數包括傳送帶速度、氣體或加熱器溫度、液相線以上的時間和最高的峰值溫度。在一台波峰焊接機器中，典型的參數包括傳送帶速度、接觸時間、預熱溫度(PCB或加熱器)和作用於PCB上的助焊劑數量。圖三、描描述預熱熱溫度的的x-bbar-rannge圖圖一個個X-YY座標圖圖的例子子顯示在在一個波波峰焊接接工藝中中的預熱熱區的熱熱空氣溫
9、溫度(圖三)。在一一整天中中，取樣樣讀數每每10秒一一次並分分成分組組，每組組五個樣樣品。平平均值與與幅度在在圖三中中顯示。平平均溫度度爲1220.00C，設設定點也也爲1220CC。該資資料來自自於安裝裝在預熱熱模組中中的熱電電偶。記記錄了來來自工藝藝、設定定和測量量值的所所有機器器資料。管管理資訊訊文件可可以導入入SPCC軟體，它它將産生生象圖三三的X-Y座標標圖和性性能分析析圖。我們們接受1120C22C的的預熱溫溫度(熱風)，因爲爲我們知知道，只只要測量量的溫度度在這個個極限之之內，板板的溫度度將不會會波動和和保持在在助焊劑劑規格內內。該資資料，與與上控制制極限(UCLL=1222CC
10、)和下下控制極極限(LLCL=1188C)將返回回一個工工藝性能能(Cpp, pproccesss caapabbiliity)值：這這裏Cpp = 工藝能能力，SS = 標準偏偏差。圖四、樣樣品工藝藝能力(Cp)圖在圖圖四中的的 Cpp 圖顯顯示，對對於預熱熱溫度，工工藝是有有能力的的。我們們發現CCp=33.555；一個個穩定的的工藝要要求大於於1.666的Cp值。穩定性一旦旦我們用用無鉛焊焊錫運行行第一批批産品，我我們需要要量化工工藝的穩穩定性。這這些回應應因素可可以在産産品上測測量，就就象計數數缺陷或或從機器器設定收收集的資資料。例例如，一一塊板的的溫度可可以用安安裝在PPCB上上的熱
11、電電偶測量量，或者者熱風的的溫度可可以在機機器內測測量，這這個溫度度與PCCB上的的溫度是是相關的的。另一一種測量量穩定性性的方法法是用專專門的校校正工具具，該工工具將儀儀錶騎在在傳送帶帶上通過過爐子。使使用這些些工具的的優點是是它們非非常穩定定，一次次運行可可以測量量幾個不不同的參參數。在在多數生生產線中中，操作作員有自自己的測測試板，熱熱電偶已已安裝在在上面。將將板在爐爐(或者波波峰焊機機)中運行行將很快快損壞測測試板因因爲無鉛鉛焊接的的溫度高高。板會會開始出出現脫層層和翹曲曲，熱電電偶可能能從表面面脫落。影響響品質最最多的參參數從我我們對錫錫-鉛工藝藝的認識識和Taagucchi試試驗的
12、結結果已經經知道了了。我們們開始計計數和收收集這些些參數的的資料。在在SPCC已經證證明一個個參數在在較長時時間內受受控(CCp 1.66)的之後後，測量量的間隔隔可以減減少。使使用SPPC，我我們只集集中在一一些最重重要的參參數上。Pareto圖也將幫助定義這些要測量的參數，以保持工藝穩定。X-Y座座標圖顯顯示工藝藝的漂移移、趨勢勢、迴圈圈模式或或由於特特殊原因因的失控控條件。在在一些情情況中，在在失控條條件實際際發生之之前可以以採取預預防性措措施。排氣與溫溫度條件件整個個工藝已已經隨著著無鉛合合金的引引入而改改變。在在機器的的所有模模組中溫溫度已經經升高了了。對於於回流焊焊接，得得到的是是
13、更高的的溫區和和峰值溫溫度。對對於冷卻卻區，要要求比正正常更有有效的冷冷卻方法法，因爲爲峰值溫溫度更高高了。爐爐子要設設計滿足足這些更更高的溫溫度，但但是，在在實施的的這個階階段，機機器溫度度應該驗驗證。無鉛鉛錫膏具具有和傳傳統錫-鉛配方方不同的的化學成成分。因因此，我我們不得得不處理理其他的的以不同同和更高高溫度蒸蒸發的殘殘留物。熱熱比重分分析可以以幫助定定義在哪哪里和以以什麽溫溫度材料料可以蒸蒸發。需需要一個個充分的的助焊劑劑管理系系統來控控制所有有殘留物物的清除除。另外外，在把把該工藝藝實施到到生産環環境之前前，排氣氣與排氣氣設定應應該驗證證。評估可靠靠性應該該進行可可靠性試試驗來預預測
14、産品品的壽命命周期和和與錫-鉛工藝藝的標準準比較資資料。剪剪切、拉拉力和溫溫度迴圈圈試驗得得到有關關無鉛焊焊接點強強度的更更多結論論。截面面圖將顯顯示金屬屬間化合合層與增增長的厚厚度，這這也是與與可靠性性有關的的。工藝發放放用以實實施現在在我們已已經到達達實施階階段的下下一個里里程碑。一一旦所有有條件都都已滿足足，我們們可以得得到如下下結果： 工藝是穩穩定的和和可重復復的 機器情況況是受控控的 焊接點品品質和可可靠性是是在規格格之內的的 成本還是是可以接接受的。因此此，該工工藝可以以發放用用於實施施。到目目前爲止止，試驗驗已經在在獨立的的機器、或或實驗室室或演示示室的機機器、或或在停機機其間的
15、的生產線線機器上上進行。下下一個步步驟是將將該技術術轉移到到生產線線。可是是，在開開始生産産之前，許許多工作作還要去去做。這這些工作作包括：工程時時間計劃劃表、品品質問題題、失控控行動計計劃(OOCAPP)、和和操作員員培訓。工程時間間計劃表表爲爲所有實實施行動動創建一一個時間間表。這這個時間間表將結結合考慮慮採購材材料和必必要的機機器配件件、組織織人員和和材料以以作調整整、寫出出規程和和OCAAP、以以及培訓訓操作員員和工程程師。品質問題題(波峰焊焊接)錫鍋中中的焊錫錫在較長長期生産産之後會會污染。試試著建立立合金最最大允許許污染的的規格。客客戶規格格或來自自研究機機構的指指引可幫幫助定義義
16、在你的的工藝中中最大允允許的合合金元素素百分比比。在一一些無鉛鉛工藝中中，這些些限制在在20,0000塊板之之後就超超出了，這這樣一來來就要換換錫了，造造成成本本很高。失控行動動計劃(OCAAP)由於於特殊原原因變數數干擾的的一個工工藝將在在X-YY座標圖圖上顯現現出來。多多數操作作員都訓訓練有素素，很快快看出這這種不穩穩定。當當操作員員控制工工藝的穩穩定性時時，快速速反饋是是可能的的。迅速速反饋對對盡可能能減小對對産品的的影響是是必須的的。爲了了保持工工藝穩定定，需要要採取以以下步驟驟： 定期測量量參數 在每次測測量後驗驗證工藝藝是否還還是穩定定的 如果工藝藝是穩定定的，則則可繼續續無須行行動；如如果不是是，則按按照OCCAP確確定不穩穩定的原原因。操作員培培訓生產線線操作員員應該爲爲新的工工藝作準準備。他他們的培培訓應該該包括對對新機器器選項的的工作指指示、不不同的參參數設定定(來自Taagucchi試試驗的經經驗)、焊接接點形狀狀的改變變、色澤澤與其他他品質問問題。操操作員應應該培訓訓怎樣使使用SPPC圖表表和怎樣樣處理OOCAPP。結論有了了Taguuchii實驗的的分析與與資料，我我們能夠夠設計一一個穩定定的、無無鉛焊接接工藝。在在産品的的第一批批焊接之之後，如如果産品品品質可可以接受受，工藝藝穩定的的話，可可以將該該工藝發發放用於於實施。