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无铅焊接：开发一个稳健的工艺 By Gerj an Diepstraten 本文将研究确定什么参数对无铅焊接有最大和最小影响的方法。目的是要 建立一个质量和可重复性受控的无铅工艺...。 开发一套稳健的方法 检验一个焊接工艺是否稳健，就是要看其对于各种输入仍维持一个稳定输出 (合格率)的能力。输入的变化是由“噪音”因素所造成的。甚至在印刷电路板 (PCB)进入回流炉之前，一些因素将在一个表面贴装装配内变化。 首先，在工艺中使用的材料中存在变化。这些变化存在于锡膏特性如成分、 润滑剂、粉末和氧化物；板的材料，考虑到不同的供应商和不同的存储特性；和 元件。其次，变化可能发生在表面贴装工艺的第一部分：锡膏印刷与塌落和元件 贴装。第三，噪音因素可来自制造区域的室内条件 - 温度与湿度。这些输入变 量要求最佳的加热曲线，它必须对所有变量都敏感性最小，和一个量化工艺能力 的方法。 回流曲线 就回流焊接而言，无铅合金的使用直接影响过程温度，因此影响到加热曲线。 提高熔化温度缩小了工艺窗口，因为液相线以上的时间和允许的最高温度 250°C(为了防止元件损坏和板的脱层)没有改变。 角形(升温到形成峰值)曲线 我们可以区分那些关键的和接近回流焊接现实极限的工艺和那些较不关键 的工艺。对于PCB 相对容易加热和元件与板材料有彼此接近温度的工艺，可以使 用三角形温度曲线(图一)。三角形温度曲线建议用于诸如计算机主板这样的产品， 它在装配上的温度差别小(小的 ΔT)。 图一、三角形回流温度曲线 图二、升温-保温-峰值温度曲线 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版 创建 三角形温度曲线有一些优点。例如，如果锡膏针对无铅三角形温度曲线适当 配方，将得到更光亮的焊点和改善的可焊性。可是，助焊剂激化时间和温度必须 符合无铅温度曲线的较高温度。三角形曲线的升温速度是整个控制的，在该工艺 中保持或多或少是相同的。其结果是焊接期间PCB 材料内的应力较小。与传统的 升温-保温-峰值曲线比较，能量成 也较低。 升温-保温-峰值温度曲线 较小的元件比较大的元件和散热片上升温度快。因此，为了满足所有元件的 液相线以上时间的要求，对这些工艺宁可使用升温-保温-峰值温度曲线(图二)。 保温的目的是要减小 ΔT。 在升温-保温-峰值温度曲线的几个区域，如果不适当控制，可能造成材料中 太大的应力。首先，预热速度应该限制到4°C/秒，或更少，取决于规格。锡膏 中的助焊剂元素应该针对这个曲线配方，因为太高的保温温度可损坏锡膏的性能； 在氧化特别严重的峰值区必须保留足够的活性剂。第二个温度上升斜率出现在峰 值区的入口，典型的极限为3°C/秒。 温度曲线的第三个部分是冷却区，应该特别注意减小应力。例如，一个陶瓷 片状电容的最大冷却速度为-2~-4°C/秒。因此，要求一个受控的冷却过程，因 为特殊材料的可靠性和焊接点的结构也受到影响。 对于任何一个工艺，最佳的温度曲线可以通过一个Taguchi 试验来确定。在 试验中使用噪音因素将帮助确定哪一种曲线对变量敏感性最小，更加稳定。 评估工艺 统计过程控制(SPC, statistical process control)