焊接工艺技术办法

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3、焊接基础冶金学与波峰焊接趋势

波峰焊接-依旧可行的

在波峰焊接优化中的关键参数

电装工艺改进—“短插一次波峰焊”工艺实践电子组件的波峰焊接工艺片状元件波峰焊接的难题

波峰焊接的持续改进方法分析无铅波峰焊接缺陷

电子装配中超声喷雾的出现与成长

打破焊接的障碍

再流焊温度曲线记录器的研究与应用如何样设定锡膏回流温度曲线得益于升温-到-回流的回流温度曲线ProcessParametersOptimizationForMassReflowOf0201Components

柔性电路的脉冲加热回流焊接

开发通孔回流焊接工艺

穿孔回流焊一种新型焊接技术下一代的回流焊接技术焊接工艺使用氮气的理由

SMT中氮气气氛下的焊接使用聚焦白光的选择性焊接

差不多培训：手工焊接

手工焊接与返修工具

选择性自动激光装配

焊接技术Soldering

焊接技术Soldering(2)

将溅锡的阻碍减到最小基础冶金学与波峰焊接趋势ByJasonM.Smith本文介绍，为了使波峰焊接在电子工业中完全被同意，冶金学者、工业与主管机构必须一起工作，进行广泛的研究。自从开始，波峰焊接一直在不断地进化。在焊接中涉及的差不多冶金学原理差不多被许多非冶金人士所忽视，他们为了查找满足今天要求和更加环境友好的适当材料。为了决定与理解对波峰焊接工艺中被广泛同意的焊锡作“插入式”替代的理论基础，作一些研究是必要的。因此在那个地点有必要回忆一下基础的冶金学原理，开发和理解为今后建议使用的替代材料。波峰焊接的进化

从二十年代到四十年代，连接是使用焊接烙铁连线方法。印刷电路板(PCB)的进展需要一个更加经济和稳健的形成焊接连接的方法。最早的大规模焊接概念是在英国的浸焊(dipsoldering)。在八十年代，开发出被称为波峰焊接的概念。那个方法今天还广泛使用，然而机器和操作员操纵差不多变得更好了。焊接的基础仍然是相同的。焊接形成只是变化来满足设备的要求；但是，化学成分和理论动力学依旧差不多的和简单的。附着方法差不多上只需要助焊剂，热和焊锡，以形成冶金连接。助焊剂用来清洁需要焊接的、已被氧化的表面。加热去掉助焊剂载体和减少温度冲击，将增加的热量加给构成电路装配的非类似的材料。在一个装配上发觉的材料包括：塑料、陶瓷、金属、涂料、化学品及其广泛不同的化学成分。大规模的波峰焊接的使用为元件的可焊性提出一个关注的问题，因为需要第一次就产生适当的连接，并在装配上不进行返修，今天的产品不如过去那些较不复杂装配那么宽容。需要第一次就正确形成的可靠焊接点来经受PCB所暴露的环境。在保证适当信号传输、消除串音和不可同意的垂直波比的同时，必须分析每一种情况中引发的温度与机械应力。1

最早的浸焊方法有一些问题：专门难重新产生所希望的合格率；将板放在熔化的焊锡上在底下夹住气体，干扰热传导与焊锡接触；焊锡只能熔湿(wet)到金属表面；锡渣(氧化物与燃烧的助焊剂的化合物)必须撇去，不断地阻碍生产2。这一整套问题导致波峰焊接的引入。该方法使用从锡锅升起的熔化焊锡波或大块表面来汇合PCB，然后PCB从波上传送过去。波峰焊接缩短一半以上的接触时刻。传送带系统通常在一个角度上，因此当板通过波峰时，可不能夹住任何东西在PCB下面。如此倾斜也同意熔化的焊锡脱落进入锡锅，减少相邻焊接点之间的桥接。因为熔化的金属是从熔化池表面之下泵出的，只有清洁、无氧化的金属引入装配。焊接动力学

当产生一个焊接点时所发生的反应在原理上是差不多的。焊锡合金加热到其液相线区域，以提高焊接点的熔湿(wetting)。氧化物从金属表面去掉，以保证焊接点与带有助焊剂的熔化焊锡之间的清洁接触。然后助焊剂预热从PCB去掉助焊剂溶剂(一般为水或酒精)。需要增加的热量来克服PCB与熔化焊锡池之间的温度差。加热PCB来补偿温差差，不对元件引起损害。PCB有必要的暴露金属区域，从波峰上通过。焊锡以适当的接合与熔湿角度熔湿到金属。表面能量与接触角度决定熔化的焊锡对暴露金属的附着。假如固体的表面能量相当高于液态和固体/液态界面表面能量的总和，那么液态熔湿并流走。毛细管作用使焊锡达到PCB的圆形电镀孔的顶面。

在一些系统中，氮气惰性化的焊接环境用来提高熔湿/毛细管作用。这些孔通常连接装配中等电路层，表明：

1、液体在毛细管空间的上升高度随着表面分开减少而增加。

2、进入焊点的流淌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要紧的阻碍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。金属间化合的形成与增长

直到连接冷却到能够处理，金属间化合层还在增长。增长速度是与在特定温度的时刻的平方根和温度的指数成线性。这讲明增长是通过交互原子向界面扩散来操纵的。那个金属间化合层通常是1µm的Cu6Sn5。Cu来自于PCB的连接面，而Sn来自于焊锡合金。

金属间化合物具有从金属与共价键的混合物升起的特性。这些键由于有高分子而强度高。因此，自扩散系数和更大的扩散操纵特性的稳定性是强键结合和有序结构的结果4。那个接合对连接是好的，直到其增长完全支配焊接点的特性；这时，如此的焊点对装配确实是有害的。焊接材料

今天，波峰焊接工艺首选的合金是共晶(eutectic)合金：Sn63/Pb37，因为其价格与可获得的量。Sn提供连接的特性，而Pb是作为填充材料使用的。产量的增强要求使用快速固化的和能够在几秒钟内形成数百焊接点的材料。给共晶焊锡的一般名称是令人误解的。指定的组成成分不是真正的共晶成分。共晶成分按重量百分比是61.9%Sn，如图一所示。那个差异来自于早期对共晶成分的错误计算。更高Sn含量的合成物不能调节成本增加与电子装配性能改善之间的关系。只有当装配使用在腐蚀性环境时，成本才调节过来。在冶金学上，焊锡可看作是构成二元合金的纯金属的简单混合。其合金图是二元合金系统的典型图，适用于差不多的冶金学原理。正如所料，当偏离共晶时，各种合金的特性是不同的。随着合金中Sn含量减少，液化温度增加、密度增加、硬度减少、温度膨胀系数(CTE)增加、温度与电气传导性减少。非共晶成分

当考虑非共晶合金时，假设由α+共晶组成，从图二的扛杆定律支配比值。有实例证明，没有树枝状晶体出现的固化是可能的，整体的微结构符合共晶。合成物是一个平均的成分。如何样在非共晶合成物中获得共晶结构？固化的冷却速率快于转化动能。当超过固体可溶性极限的成分在室温下冷却时，α相的平均成分结核。转换固相的转化动能被固体转变远远超过。当室内空气冷却固溶体时，剩下的液体可能经历共晶反应，在室温下在非共晶成分中给出共晶微结构。当共晶成分的纯二元液体冷冻时，形成的固体平均成分与液体是一致的。据报道，在α片之前没有溶质集结和结构的集结，在β片之前溶质的耗损。这些溶质轮廓可产生结构过冷，尽管那个现象不是平面不稳性的充分条件5。在微结构中，有时使用名词微组元(microconstituent)是方便的，即，具有可确认和有特征结构的微结构元素。在图二中，要紧微组元的颗粒结核，形成的共晶微组元的百分率大于焊锡合金当量条件。

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刻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，以操纵可能由于锡锅合金成分的冶金变化而出现的缺陷。无铅波峰焊接

世界上，大约每年使用60,000吨的焊锡。尽管电子装配不是要紧使用者，但依旧有世界范围的日益增加的对减少铅使用的关注，由于其毒性和再生利用的处理不当6。转换到无铅不是被工业所广泛同意。在电子装配中消除铅的要紧理由是机器操作员的环境暴露。锡渣副产品的处理可能对环境有严峻阻碍，假如处理、运输、再生不当的话。假如不遵循适当的卫生要求，对铅的烟雾的呼吸和手工焊接时的直接接触也有重要阻碍。

对要同意的无铅替代品，必须提供下列：有足够数量的来源与现有的工艺可兼容足够的熔化温度良好的焊点强度热和电的传导性类似Sn/Pb容易修理非毒性低成本许多公司正在开发合适的替代合金，作为“插入式”的替代品，以遵守欧洲和日本的法令。这些法令建议到2002年在装配中减少铅，到2004年消除铅。

在北美的国家电子制造协会(NEMI,NationalElectronicsManufacturingInitiative)的目标是到2001年用生产无铅替代品的能力装备北美。该组织正打算与其它机构联合为其可制造性开发标准，其它机构的方向集中在选择替代品，编写世界范围的数据库和收集材料特性数据。工艺上关注的问题

国际锡研究协会(ITRI,InternationalTinResearchInstitute)开办了SOLDERTEC，一个无铅焊接技术中心，来传播前缘信息和收缩可利用的选择。表一列出合金和几种选择，分不以一到十来表示好坏。表一、焊锡合金比较*

Sn/3.5AgSn/Ag/CuSn/Ag/Cu/SbSn/0.7CuSn/Bi/AgSn/Zn/Bi过程温度53.53.5621焊角耸立阻力2.52.52.52.55.55.5可焊性4235110可处理性31.51.55410可靠性31.51.5456可再生性2.52.52.52.556成本4.54.54.51.54.51.5可利用性1.5341.556总分262123283246*本表为SOLDERTEC所准许所相有合金在得到同意之前都必须考虑下面的因素。在制造产品中使用的材料当在运行中使用产品时的材料消耗在制造产品与过程中使用的能量在产品寿命终结时的可再生性和重复利用性在包括材料提取、制造和报废/再生的整个生命周期中的辐射在制造废料流中的可再生性Sn/0.7Cu合金选作波峰焊接工艺应用的材料，要紧是由于其低金属成本和来源。该建议的替代金属的金相图如图三所示。在极度富锡的区域，0.7%重量的的铜有一个共晶点，这使得这种合金与用于当今装配中的现有材料兼容。固化类似于在Sn/Pb共晶合金系统中见到的。铜和锡两种金属差不多上来源丰富的，该二元系统减少当使用三元合金成分时出现的低熔化相。规格

冶金学者专门想明白当各种金属开始在熔化的焊锡锅中累积的时候发生什么，集合体特性将受到如何样的阻碍。专门高量的污染可看作第三元素。有集团差不多开始建议污染的限制，在那个限定之内，还能够提供可同意的焊接结果，而不必完全理解在微结构上发生什么情况。

发觉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。不纯净能够和加入低三元素产生同样的阻碍，人们发觉如此会降低焊锡的熔湿(wetting)特性。结论

在对所建议的焊锡替代合金的冶金学研究方面有许多工作要做。对焊接应用的工业标准共晶焊锡的研究差不多开展多时，大部分能够同意。但是，这大概对那些不可幸免要出现的新时期焊接合金不一定是正确的。回到冶金学基础上面来是今后预测系统的方法，因为查找更环境友好材料的动力是政府法规所追求和所要求的。冶金学者、工业与政府机构必须携手合作，找出更稳健的解决方案。波峰焊接-依旧可行的ByLesHymes本文介绍，新的材料、设计、程序和态度正重新燃起对那个成熟工艺的兴趣。波峰焊接，作为批量焊接技术的长期伙伴，可能差不多可不能得到象回流焊接那么多的注意了。但是，它接着得到与其复杂性的克服一起而来的尊重，那个复杂性是通过所涉及的变量输入数量与类型来权衡的。随着产品设计与技术的进化，作为对新工艺需求的反应，波峰焊接接着以良好的结果适应和完成新的任务。达到那个工艺表现是由于新的材料、设计、程序和态度。结果，对问题和由那个“陈旧但良好的”工艺所提供的解决方案的兴趣还在接着。对该工艺的输入最近在现场遇到的特不关注是与底面装配的表面贴装电阻元件和顶面安装的连接器的桥接有关的焊接问题。在焊接方向线上的间隔近的焊盘桥接是存在多时的一个问题。在许多情况中，把焊盘从方形到圆形的设计转变可减少或解决该问题。另一种方法，使用非活性的、靠近在线最后焊盘后面的“掠锡”焊盘经常达到目的。

两种方法都从熔化焊锡的表面张力与能力平衡着手。关于方形焊盘，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。焊锡从平坦的边缘断开，造成桥接。掠锡焊盘为焊锡提供一个“断开”的地点，或许防止了危害。那个方法假设了足够的元件和印制线路板(PWB,printedwiringboard)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差不多焊接的、大型、温度敏感有源元件、球栅阵列(BGA,ballgridarray)和QFP(quadflatpack)的通孔元件。

关于进化的和较旧的两种PWB设计，新的不同的可焊性爱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,hotairsolderleveling)工艺，尽管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(solderresist)中汲取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。那个不同可能导致在一些要焊接的表面特征上专门薄的涂层。可能回造成不足的可焊性和不中意的焊接表现，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刻和环境，以及多次温度巡回而不退化。在焊接工艺中短的熔湿(wetting)时刻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。

有机可焊性爱护剂(OSP,organicsolderabilitypreservative)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中意的。任何使用的可焊性爱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、上助焊剂和预热

如图一中所讲明的，助焊剂用来提高能量水平，改善要焊接的表面的可熔湿性。用来焊接电子的助焊剂范围从侵蚀性强的有机酸到传统的松香基材料到弱有机酸，低残留物、低活性、免清洗助焊剂。松香基助焊剂可能在侵蚀性上变化专门大，取决于卤化物类型与含量。侵蚀性水溶性强有机酸助焊剂的残留物必须通过焊接之后的清洗来去掉。有些松香基材料的残留物能够留在焊接的装配上。松香包围活性剂，因此防止反应，这种反应可能使装配的可操作性降级。松香对活性剂含量的比率可决定活性剂的密封有多好。今天使用的大多数免洗波峰焊接助焊剂是基于弱有机酸配方，琥珀或脂肪酸用乙醇或水作溶剂。装配的操作环境要紧决定是否免洗助焊剂能够留在装配上。

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专门小。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关心。

关于成功的波峰焊接，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。空气刀关心将助焊剂流到孔内，在装配上更均匀地分布助焊剂，并关心去掉过多的材料。

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，如此有助于助焊剂/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。这些挥发性物质要紧来自于助焊剂，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。

操纵和了解加热的速率、在波峰焊接各个时期的温度、和在给定温度或以上的时刻长度关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-在适当的时刻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，以提供正在使用的专门助焊剂的活性化。多数助焊剂供应商公布推举的温度上升率和最大/最小顶面与底面预热温度。

关于任何装配，最佳的时刻/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时期方式。其他的则推举一个连续的升温，这经常与专门助焊剂的固体含量有关。

关于任何助焊剂，不足的预热时刻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，那个情况在低挥发性有机化合物(VOC,volatileorganiccompound)的水基助焊剂上看到。过分的时刻/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关心降低焊锡的表面张力。假如助焊剂失去，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，以关心在板退出波峰时焊锡从金属表面的剥离和排泄。在锡波上

在焊接工位，波峰焊接工艺的所有元素都一起来到。设计、元件、PWB、元件贴装操作、可焊性特性、助焊剂、热能的一部分和一个平稳的材料输送系统都应该到位。在这些规定的和受控的元素出现的情况下，波峰动态和需要形成连接的温度现在是关键因素。

波峰经常被引证为许多与工艺有关的问题的缘故。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操纵程序的部分。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，来关心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460~500°F的范围。往那个范围的较低方向偏离有时是有关心的。免洗助焊剂经常以那个范围的最低或略微更低的温度焊接，来关心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430°F，在较厚的多层板上差不多取得成功。培训与工艺操纵

你不可能操纵你不测量的东西！为了有效地测量，必须在工艺技术和对工艺输出的可再生产性的过程变量统计含义上培训职员。

理解你的工艺

教育和培训有关人员，使他们理解所要求操纵的差不多知识。假如他们理解如何样产生一个不可同意的条件，和如何样产生一个可同意的条件，他们将获得知识与信心，特不是假如同意他们为了学习去做这两种情况。

使用一个已定义的操纵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倍这一点差不多足够了。

在使用点上测量工艺参数，同时观看到偏离时立即行动

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，其他工具可关心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刻和接触长度。这些数据的使用使得能够打算维护，以在情况恶化、造成产品缺陷、干扰你的打算和让你顾客失望之前纠正变量。结论

低成本、低缺陷的焊接表现是配合设计、零件、材料、工艺、设备功能和有知识的人员的一个函数。高度可焊性的表面不能希望用来补偿差劣的设计或工艺-反之亦然。整个运行必须受控。工艺操纵，不是一次搞好的，和对细节的关注是关键。因为你不能操纵你不连续测量的东西，做足你的功课，限制材料和验证工艺。实行预防而不是发觉，过程结果将自我保持：在那个运行环境中将稳定地得到可靠的产品。在波峰焊接优化中的关键参数ByMartinIngall,GustavoJimenez,PeteMichela,MonicaTaylorandNissimSasson本文介绍：“对驻留时刻和浸锡深度的研究，揭示了波峰焊接的可重复性与缺陷减少的重大机遇。”在过去几年中，生产与工艺工程师对板与波峰的相互作用又有新的认识，导致了波峰焊接程序的戏剧性变化。例如，差不多采纳直接测量PCB在波峰焊接中经历的技术。得到了电路板品质的即时与显著的改善，推动该技术的广泛使用。板与波相互作用的中心

制造波峰焊机的唯一目的是：让板与焊锡波峰相互作用。你明白那个叙述是完全正确的，因为当你看看回流焊接炉里面时你没有看到波峰。在回流焊接炉中，当板经历加热温度时，出现的是化学反应，不象在波峰焊接中。

在波峰焊机内，当把板送到焊锡波峰上时，化学反应与温度是作用物。其结果，与表面贴装的炉相比较，波峰焊机内温度的工艺窗口是宽松的，同时板与波峰相互作用的精确操纵产生专门大好处。

引脚在焊锡波峰内只是几秒钟或更少。焊接应该能够在一次过中达到，不出现缺陷。由于那个过程是如此简单，今天的板是如此复杂，使得电路板必须精确地通过波峰。有头脑的工程师差不多明白，大概专门小的板与波峰过程的变化能够导致专门大的品质变化。温度曲线的限制

那些坚持认为波峰焊接操纵要紧是温度的人，通常选择严格地依靠温度粘结剂、高温计或温度曲线。尽管温度是重要的，但它不能讲明板与焊锡波峰的相互作用。

没有板与波的精确数据的波峰焊接可能造成连续的缺陷、生产危机和停机时刻。实际上，生产治理人员了解如此的结果，看到工位上需要修理工人，承受产量与品质的压力。

尽管有温度治理的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进展，波峰焊接还可能是有问题的。假如问一个制造工程师从哪里要紧出现装配缺陷，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，能够去掉的一样情况，而是经常看作生产线本身“能够同意的”部分。那个看法的直接结果确实是同意生产成本的大幅增加和波峰焊接严峻的表现不佳。

例如，调节预热器永久不能消除由于太长驻留时刻引起的锡桥或者由于浸锡深度太浅所引起的不焊(skipping)。那个地点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、直接的测量与操纵才能消除。板与锡波的相互作用

假设板与波峰是平行的，板与波峰相互作用有三个清晰的同时发生的面，能够直接准确地测量：驻留时刻(dwelltime):驻留时刻是一个引脚在焊锡波内的时刻数量，需要以0.10秒的递增来操纵。

浸锡深度(immersiondepth):浸锡深度是板浸在焊锡波内有多深。由于最好的波峰具有10~20-mil之间的波峰高度变化，那个参数最好是通过其穿过一个过程窗口的通道来测量。用于本研究的设备使用12-mil的递增量。接触长度(contactlength):接触长度是一个引脚通过波峰的距离。图一解释了板的浸锡深度与接触长度的相互关系，显示浸锡深度直接决定接触长度。接触长度又直接阻碍驻留时刻，因为：驻留时刻=接触长度÷传送带速度传送带速度的设定将不能单独操纵在焊锡波峰上的驻留时刻。必须有精确测量与操纵浸锡深度的方法。波峰形状

我们许多人都有在两台不同的波峰焊机上运行同一个装配的经验，看到的是两个专门不同的板的品质的出现。在两台波峰焊机设定成相同的泵的速度、传送带速度、传送带角度、锡缸高度、预热与焊接温度；使用相同的化学品；相同的维护打算；以及显示相同的温度曲线的时候，什么缘故波峰焊机还会产生不同的结果？作为一个工业，我常常差不多退而同意“不同的波峰焊机有不同的个性。”有些人责备操作员。然而那个答案是简单的，可测量的：所有波峰焊机产生的波峰是不同形状的。

图二显示波峰形状对接触长度的阻碍。一个较宽的波意味着较长的接触长度。因此，驻留时刻较长-以相同的浸锡深度。机器设定的限制

操纵波峰焊接过程涉及直接测量板在波峰上实际所经历的。波峰焊机永久不能保证可重复性。板看不到传送带速度；但感受到驻留时刻。同样，板不明白泵的速度，但感受到浸锡深度。还有，波峰焊机的设定不显示波峰焊机的可变化性。因此，波峰焊接的参数必须要紧基于板与波峰的相互作用，而不是波峰焊机的设定。

装配工厂没有必要责备它们的波峰焊机，助焊剂或操作人员，因为实际的挑战是波峰焊接工艺过程本身。波峰焊机不能测量板与波的相互作用；好的设备不是用来补偿一个不受控的工艺。用于研究的驻留时刻基线

一家要紧的消费电子公司让其北美的工厂完成为期一个月的研究，以评估驻留时刻优化与可重复性的重要性。选择了最大批量的装配来用作研究，它代表在该地生产的所有电路板的19%。

为了那个用途，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，该设备能够在将数据卸载到PC之前记录多个读数。还有，该设备的LCD显示器同意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：测量与建立平行度。测量现时板的驻留时刻，往常是1秒。测量现时板的浸锡深度，往常是24-mil。评估板的质量。得出312ppm(partspermillion)的缺陷率，那个被认为在工厂内是正常的，按工业标准也是专门好的，尽管有一定量的返工数量。步骤1~3对一排中的三个班次专门容易地完成，每班两次，因为所有数据差不多上在通过波峰焊机的设备一次运行中获得的。步骤4是在每一班次结束时完成。在运行装配板之前，假如测量显示不平行-或者驻留时刻比1秒钟超出0.1秒，或者浸锡深度不是24-mil-则对波峰焊机作出调整。另外作一些测量以证实发生所希望的板与波的相互作用。始终保持那些与板-波相互作用无关的地点，包括，如，助焊剂类型、预热设定和焊锡温度。

在每班结束时，作百万缺陷(dpm,defectspermillion)记录。那个板的dpm持续地在312范围。因此，达到了电路板质量的可重复性。驻留时刻研究方法下一个目标是决定是否板的缺陷率受到以不同驻留时刻运行的阻碍。那个打算涉及以不同的驻留时刻运行相同类型的板，驻留时刻以半秒的递增幅度从0.5秒增加到5.0秒，同时涉及将每个驻留时刻与其产生的缺陷率相联系。对每个驻留时刻进行上述的1~5步。

图三的蓝线显示该结果。对那个特定的板产生最低缺陷率的驻留时刻是在2.5~3秒之间。然后进行那个板的进一步研究，在2.8秒时缺陷持续最低。因此该板现在只以2.8秒的驻留时刻和24-mil的浸锡深度运行。波峰焊机的设定现在是非要紧的，与使用的波峰焊机无关。驻留时刻的优化差不多完成，同样达到在实际任何的波峰焊机上以可可能的品质装配该板的灵活性。

关于该消费电子公司，这些结果确实是对操作员的有意的波峰焊接工艺文件、更清晰的工作指示，更大的灵活性，因为该板能够可靠地通过任何波峰焊机。该公司也能够实现更少的过程操纵图表中的峰值，因为在板运行之前进行了测量；更少的停机时刻；较高的产量，减少对工艺工程师的压力；以及更愉快的治理。

其它观看包括：所发觉的最佳驻留时刻与往常发生的有专门大的不同，然而那时没有测量。缺陷率随驻留时刻的不同而显著变化。操纵浸锡深度对本研究是关键的，因为浸锡深度的变化意味着接触长度的变化，结果，驻留时刻不受控。逐板的优化

正如每钟板在表面贴装炉中使用其自己的温度曲线一样，每种板也在波峰焊机中使用其自己的板与波峰的参数。因此，上述研究也对第二种板进行。

图三把结果记录成红线。研究发觉，对这种板的最佳驻留时刻是3.6秒，与第一种板的2.8秒形成对比。注意两种板的“驻留时刻曲线”是不同的。尽管不太象第一种板所获得的新基线那么低，但该工艺过程得到所研究的第二种板的显著更低的缺陷率，这种板往常也是以1秒运行。这些结果强烈地显示诸如非最佳浸锡深度或设计问题等这些缺陷根源与驻留时刻没有关系。浸锡深度

改变浸锡深度会改变接触长度和驻留时刻，这使得浸锡深度的直接和准确测量成为关键。泵速产生波峰高度，它随着锡缸的焊锡变空而消逝。但是，板的实际浸锡深度决定于几个因素，包括锡缸高度、PCB如何样座落在传送带的指爪上、弯曲、破裂或变钩的指爪、传送带角度、以及是否使用托盘。但是，操纵浸锡深度-测量和把它保持持续不变-只是那个难题中的一小部分。另一个是决定在那个浸锡高度，板的品质是最佳的。在图四中，注意由蓝条形所代表的板的缺陷率，在不同范围上比由黄色条形所代表的板更优化：48mil或甚至36~60mil分不比24~36mil。因此，不同板的类型最受益于不同浸锡深度。结论

板与波峰优化的好处是专门大的，当决定波峰焊接工作指示时，需要进行逐个电路板地评估。对板实际所经历的进行直接测量与治理是关键的。对所有的板使用相同的波峰焊机设定将永久可不能产生对各种装配类型最佳的波峰焊接结果，对波峰焊机设定的依靠不包装板与波峰相互作用的可重复性。

优化要求对板上实际缺陷有关的调整。只记录机器设定和/或注重板与波的数据将可不能产生所希望的结果。波峰焊机不一定是可重复的。

要开始是简单的。该过程只要花几分钟，同时将立即产生对你有关心的信息：象平常你对特定的板一样设定波峰焊机。一旦你差不多建立板对波的平行度，记录驻留时刻和浸锡深度读数。处理其中一块板，记录其波峰焊接品质。作为确定最佳驻留时刻的第一步，将传送带速度减少到每分钟0.75英尺，再运行设备，得到新的驻留时刻读数。再运行相同板类型中的一个，记录其波峰焊接品质。假如板的质量差不多改善，那么你差不多得到一个比你现在用于运行板的驻留时刻更优越的驻留时刻。你现在能够每天在每一次运行该类板之前记录驻留时刻读数，以保证你的波峰焊机对你的板给予所希望的、更好的经验。因此，你可用该数据来保证可重复性和最佳效果。

假如板的品质恶化，那么增加传送带速度，重复相同的步骤。你将专门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阻碍，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(processwindow)。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，那个只有通过在机器保持在使用的每个设定时，对驻留时刻和浸锡深度的直接测量来确定。理解波峰焊机的对驻留时刻、浸锡深度和平行度的工艺窗口，将关心你优化对每个板的波峰焊接工艺。

假如你的工厂一个产品高度混合的工厂，那么从最一般或最棘手的板开始。关于大批量、的混合的运作，你有机会来优化你运行的每一个板。关于两类工厂，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。

许多工厂差不多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刻、操纵浸锡深度和得到其波峰焊接工艺的真正可重复性。关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，那个地点所叙述的技术与程序值得调查研究。电装工艺改进—“短插一次波峰焊”工艺实践作者：唐经球胡明昌周红(七二一厂)我厂在八十年代研制生产的海鹰牌清纱器等纺织电子产品，海底牌B超类医用电子产品，生产过程中印制板部件的装联工艺要紧是采纳手工操作方式。生产效率不高，装焊工艺水平低，质量不稳定，是产品各批次生产引起波动的因素之一。

九十年代初，工厂为提高产品印制板部件装焊水平，购置了24工位回转式插件台，引进一台西德产波峰焊机，采纳当时电装工艺普遍使用的“长插切脚二次焊”工艺(元器件长脚插入印制板、→一次波峰焊或浸焊→切脚→二次波蜂焊)，由于生产线布局不够合理，产品插件板往返搬运，工作效率低。切脚机是自制设备，操作不够安全。对尺寸较大的元器件板，由于基板变形及压紧装置等缘故切脚不整齐，高度不容易操纵，装焊质量、生产效率不理想。当时纺电大批量生产有2/3印制板电装靠外协完成生产成本高，外协电装质量更难操纵。医电产品电装安排了较多人员。印制板部件成品的参数离散性较大。因此电装工艺成为阻碍产品大批量生产及提高质量的关键。

在市场经济形势下，要求民用产品不断提高质量而且尽可能降低成本。企业主管领导要求当时负责全厂工艺技术归口治理的科技处极好改进产品电装工艺及治理水平，使产品在可靠性、一致性、稳定性等质量方面提高一步，改进电装工艺方法，提高生产效率，降低产品成本，拿出物美价廉的产品供应用户，提高产品市场占有串，为企业的进展多作贡献。

主管工艺的副总工程师组织工艺治理及工艺技术专业人员到几家工艺先进的企业调研后，参考外厂经验结合我厂产品特点，决定开展印制板部件电装“短插一次波峰焊”新工艺的研究与应用。(元器件加工成短脚→插装上印制板→自动波峰焊)。此工艺方法实施后可改变我厂电装工艺面貌，提高产品生产质量，提高操作工人技术水平，提高劳动生产串，有利于开展规模生产，挖掘企业潜力，在不增加电装工人数的前提下将因工作量大而扩散外协电装印制板部件收回来，节约外协费用，且有利于改善生产现场治理，提高装焊生产线的综合治理水平。

电装工艺改进是一项综合工程，列入九三年工艺技术措施打算要紧项目。工作内容涉及到工厂多个部门，在工艺试验及应用过程中许多工作需相关部门紧密配合，为此由工厂科技处牵头成立QC小组，将有关部门的要紧参与人员组织起来，为实现同一目标、统一认识，共同研究课题内容，订出实施打算，分工负责，开展工作，促进电装工艺上水平。

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、生产治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：

1．1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)。

1．2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。

1．3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。

1．4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。

1．5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：

2．1提出“短插一次波峰焊”工艺实施打算初步意见，供领导参考。

2．2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。

2．3依照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。

2．4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。

2．5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。

2．6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：

3．1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。

3．2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。

3．3组织生产、交货时刻符合生产进度要求。

4印制板外协制造及保管部门：

4．1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。

4．2组织生产、交货时刻符合生产进度要求。

4．3交货要求塑料密封包装。

4．4库房保管要求通风干燥，操纵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：

5．1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。

5．2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。

5．3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，操纵贮存期为6个月。

5．4提高发货质量，规格品种正确不得料，数量不短缺。

5．5库房保存要防氧化措施(通风干燥)

6动力设备部门：

6．1定期检查维修波峰焊机，确保正常工作。

6．2制订波峰焊机操作规程和保养规则。

6．3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刻。

7质检部门：

7．1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。

7．2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。

7．3对上线印制板质量进行检验，确保质量。

7．4做好生产过程抽查及装焊成品质量检验。

8工装制造部门：

8．1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。

8．2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：

9．1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。

9．2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。

9．3依照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。

9．4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。

9．5工装夹具排放整齐，工作场地周围清洁，印制板配件装入工位器具。

9．6做好开机时数、焊接数量和质量记录等。

10科技处：

10．1深入现场及时做好各有关部门的技术协调工作。

10．2抓好QC小组活动，不断总结经验。

10．3促进、推动“短插一次波峰焊”工艺的推广应用，配合开展电装受控生产线建设，逐步实现流水线生产产品质量受控，提高工厂工艺治理，生产技术，质量治理等综合水平。

10．4及时组织技术评审，项目签定及推广应用，提出项目完成后的奖励建议等。

为了使领导和参与工作人员更清晰，我们绘制了如何保证“短插一次波峰焊”成功要素分解图：(附后)

我们先后对10多种批量生产的产品20多种印制板分不进行设计规范化→小批工艺试验→中批投产工艺试验→组织技术鉴定→完善设计工艺文件→进入工艺稳定的大批量生产。通过一年多努力，使工厂研制生产的民品及部分军品差不多上全部实现“短插一次波峰焊”新工艺。达到了国内同类产品电装工艺先进水平。按节能角度来测算：新工艺一台波峰焊机能完成的任务要等于老工艺二台波峰焊机的工作量，按一台机功率11KW计算，单班8小时作业，每年可节电2万多度，同时还节约大量焊锡，助焊剂等辅助材料。现工厂其它波峰焊机也都应用了这项新工艺，新工艺实施5年多来为企业产品质量提高、节能降耗、节约外协费用、降低制造成本作出了成绩，在市场竞争中，产品生产销售量一年超过一年，为工厂制造了良好的经济效益。此新工艺成功并推广应用于全厂各产品生产曾得到工厂奖励并列入工厂及上海船舶工业公司技术进步总结文件。又是企业节能降耗成绩显著的项目。焊接材料的评测与认定

本文讨论如何进行有效的焊料系统测定，包括供应商的选择和焊料质量的测定方法。确定制造商选择试验板底面试验顶面试验试验过程记录结果与缺陷终评时期BrettCasteel

工艺工程师

GregAnderson高级工艺开发工程师

GeneralElectricCo.焊接实际上是一个化学处理过程，焊料系统则是那个化学处理过程中的重要组成部分，在采纳及改进焊料系统时都需要对其进行全面的评估。焊料系统能够看成由一系列含有助焊剂的化学材料组成，包括焊膏、波峰焊助焊剂及大多数返修材料等，为了便于测定，我们将波峰焊中使用的锡条或锡丝作为一般制品对待，不当作化工产品放在评测系统之中。焊料系统的评测分析采纳6σ法。过去的三年里GeneralElectric公司一直差不多上使用这种方法对工艺过程进行评估与改进，该方法中的统计工具及方法特不适合于作焊料系统评测分析。在进行焊料系统评估之前，评测工艺工程师一致认为最后通过认定的任何系统，不管价格如何，其效果至少应与公司现有的系统相同。如此做目的是为了对采纳不同规范的多个供应商进行评估，从而使工程师们找出比现行性能更好的系统。确定制造商评测的第一步是确定所需焊膏的类型。试验板涉及到细间距(小于0.508mm)、插入再流焊、双面再流焊及点胶，通过对工艺作认真分析并与多个供应商讨论以后，决定使用免清洗、低残留物、可用针床测试以及90%金属含量的焊膏。预先确定这些内容能够缩短询价时所花费的时刻和精力，因为假如只是要求供应商给一个每年要多少焊膏的价格会造成他们提供的报价分不属于不同的产品，指明焊膏的具体要求是对不同供应商之间同类产品进行比较的最佳方法。第二步是确定对哪些供应商进行比较。首先是那些大的厂商，能同时提供焊膏、助焊剂与返修材料的供应商可作为首选，然而假如有两个公司情愿联合，如一家供应助焊剂另一家供应焊膏，同时他们能提供合作的相关资料的话也可加以考虑。确定了供应商之后，就可开始预备询价函(RFQ)，现在通知采购部门并由他们在RFQ上添加适当的商业条款。我们要求供应商们在10日之内将价格报给采购部，这一要求实际上也是一个测试，迟于该日期的供应商将会从名单中去除。由于同意报价的供应商专门多，因此要按照反馈时刻和价格对名单进行精减。在报价期限截止以后，有一个供应商因价格太高而被去掉，另有一个则是因为没在规定时刻内回复而被取消。如此就留下了5个供应商，将他们的产品再加上公司现用系统一起进行评估。选择试验板评测使用线路板进行非破坏性试验，在选择试验板时，必须要参照供应商提供的焊膏资料。此次试验采纳的是本公司日常生产的一种最复杂的板，该板上需采纳细间距器件和插针再流焊。试验中还在双面都使用焊膏，如此能够在板子的上部和下部分不对一些参数进行测试，从而减少总的试验次数。为达到本次评测的目的，试验设计(DoE)按照统计要求进行。首先是选择被测焊膏参数，参数越少试验的次数也越少。另外，这次试验还选择了下面四个参数：印刷后保持时刻、贴装后保持时刻、焊膏批次以及回焊环境。上述四种参数每一个的上下极限值都通过认真研究加以确定，比如两个保持时刻的上下限值分不为2小时和0小时，批次的极限值可简单确定为不同供应商两个不同批次，焊接环境则采纳氮气和空气。用DoE作底面试验时测两个参数，作顶面试验时测试另外两个。试验还依照最符合效率的方式进行设置，因为试验中假如要不断地改换焊膏以及清洗漏印模板会使效率降低。另外，试验所用板的批量为30块。为了使评测结果更加清晰，我们采纳下列步骤：底面试验用A组印刷1至7号板印刷后放置2小时贴放元器件贴放后放置2小时将板翻转后放置10分钟清点掉下元器件的数量和类型重新贴放掉下的元器件在空气环境下将板子过再流焊顶面试验用A组印刷1至7号板贴放元器件在空气环境下将板子过再流焊注意每种焊膏均按这种步骤进行试验。试验过程整个过程在真正试验之前都先设计好，而且在开始评测之前还将所设计的试验，包括公司回流焊炉的温度曲线和印刷机工艺参数等，都发给所有的焊膏供应商，如此做的目的是确保试验条件与实际情况没有偏差。试验开始后，测试板均采纳标准工艺流程。当从一种焊膏换成另一种时，漏印模板与刮刀都要作完全清洗，而且应使用自动模板清洗机，以免因每个人清洗效果不同而引入额外的变量。底面元件贴放之后，板子向下倒置10分钟。该试验用来测试刚印刷完焊膏的粘着力。那个地点没有元器件掉落，因此此项试验并不能对不同焊膏的粘着力进行严格区分。在试验过程当中，应记住这是在作焊膏评测，而不是在对工艺进行优化，因此不要改变工艺流程。调整参数会引起结果发生偏差，引入一些没有可能到的变量。记录结果与缺陷下一步是将观看到的缺陷记录下来，包括锡珠、锡球、桥连、焊料不足、开路、光泽度不行以及润湿性和残留物情况等，随后作一表格，记下每块板上的所有缺陷。每块板都要进行完全的检查，因此，检验员应该通过培训，以尽量减小检验推断出现偏差。试验中的一个重要的指标是在线测试仪(ICT)的针床测试性。为检测这一指标，要将测试发觉的所有假缺陷都记录下来，所谓假缺陷是指那些重新测试时可不能再次出现的缺陷。在对使用不同焊膏的板子进行测试时，ICT上的所有测针均要更换，因此留在上面的任何助焊剂残留物都可不能对后面的测试造成阻碍。测试仪会记下板上的真正缺陷，其中元器件缺陷由于其与焊接过程无关，故而可将其去除。将每一块板的目检与测试仪检查结果都记入表中，然后详细计算出每种焊膏每一缺陷的平均值、中间值或总和。关于专门少发生的缺陷如桥连，采纳总和计算；关于较为普遍的缺陷如锡球和锡珠，则采纳平均值或中间值进行缺陷统计。当数据符合统计规律时用平均值，否则用中间值。然后将统计值转化成0至10表示的分值，对缺陷统计来讲数值高表示效果差，而不是我们通常意义上的高分表示好。请注意那个地点将数值进行规范化的目的仅仅是为了作比较。DoE有一部分是对两个生产批次进行比较。所有的原始数据均采纳方差分析(ANOVA)，以计算各制造商两个批次间的统计偏差。对所有缺陷进行方差分析之后，假如两个生产批次间存在统计偏差，则要依照各缺陷种类的数量确定规范化得分值。其中一项“印刷外观”缺陷只是公司对焊膏印刷之后外观的看法。由于焊膏的稠度存在专门大的差异，假如其稠度与预想的有差不时，公司不把焊膏处理掉也没什么关系，然而假如焊膏在印刷时不能专门好地滚动，则通常就会被扔掉。为得到精确的结果，我们对每种缺陷给一个加权值。比如针床可测试性是评测中特不关怀的问题而关于表面外观情况的关注就要低一些，因此加权值可分不定为9和3。每个加权值都与各焊膏相应缺陷的得分数相乘，将这些结果加在一起从而得出焊膏的最后得分。本公司一直在用的是2号焊膏，试验结果是6号焊膏分值较高。结果也证明了公司一直使用的焊膏还算不错，但由于此项评测不是严密的科学论证，因此公司还考虑将4号焊膏加入到最后时期的评测中。终评时期因为此次评测的目的是确定保持依旧改变公司的现有焊料体系，因此下一步将在波峰焊助焊剂和返修材料中进行类似的测试，如此可对整个体系进行评估，而不仅局限于焊膏。当波峰焊助焊剂和返修材料测试完成后，采纳与焊膏评测时相同的方法算出总分值。同样，总分值也会先规范成一个分数，然后三种材料都会给一个加权值，从而算出整个焊料体系的最终得分。最后，再对所有得分高于公司现有体系的供应商进行一次完全完全的最终评估，以确定是否可作为合格的供应商。然而最终认定需要作长期大量的评测，同时还应包括第三方，比如对焊料系统整体性能的独立测试，这些测试将用来检验供应商最初提供的化学分析报告的正确性。当最后的系统评估完成后，就可向公司采购部门提供通过全面认证的合格焊料供应商名单。波峰焊技术的应用现状与以后

设计专栏,电路板设计,生产专栏,表面安装技术,过孔装配,生产治理/操纵

上网时刻：2000年02月01日生产工艺过程

幸免缺陷

惰性焊接

生产率问题

采纳何种波峰焊接方法?

风刀去桥接技术

机器的选择

在大多数不需要小型化的产品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技术线路板，比如电视机、家庭音像设备以及立即推出的数字机顶盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。从工艺角度上看，波峰焊机器只能提供专门少一点最差不多的设备运行参数调整。生产工艺过程线路板通过传送带进入波峰焊机以后，会通过某个形式的助焊剂涂敷装置，在那个地点助焊剂利用波峰、发泡或喷射的方法涂敷到线路板上。由于大多数助焊剂在焊接时必须要达到并保持一个活化温度来保证焊点的完全浸润，因此线路板在进入波峰槽前要先通过一个预热区。助焊剂涂敷之后的预热能够逐渐提升PCB的温度并使助焊剂活化，那个过程还能减小组装件进入波峰时产生的热冲击。它还能够用来蒸发掉所有可能汲取的潮气或稀释助焊剂的载体溶剂，假如这些东西不被去除的话，它们会在过波峰时沸腾并造成焊锡溅射，或者产生蒸汽留在焊锡里面形成中空的焊点或砂眼。波峰焊机预热段的长度由产量和传送带速度来决定，产量越高，为使板子达到所需的浸润温度就需要更长的预热区。另外，由于双面板和多层板的热容量较大，因此它们比单面板需要更高的预热温度。目前波峰焊机差不多上采纳热辐射方式进行预热，最常用的波峰焊预热方法有强制热风对流、电热板对流、电热棒加热及红外加热等。在这些方法中，强制热风对流通常被认为是大多数工艺里波峰焊机最有效的热量传递方法。在预热之后，线路板用单波(λ波)或双波(扰流波和λ波)方式进行焊接。对穿孔式元件来讲单波就足够了，线路板进入波峰时，焊锡流淌的方向和板子的行进方向相反，可在元件引脚周围产生涡流。这就象是一种洗刷，将上面所有助焊剂和氧化膜的残余物去除，在焊点到达浸润温度时形成浸润。关于混和技术组装件，一般在λ波前还采纳了扰流波。这种波比较窄，扰动时带有较高的垂直压力，可使焊锡专门好地渗入到安放紧凑的引脚和表面安装元件(SMD)焊盘之间，然后用λ波完成焊点的成形。在对以后的设备和供应商作任何评定之前，需要确定用波峰进行焊接的板子的所有技术规格，因为这些能够决定所需机器的性能。幸免缺陷随着目前元器件变得越来越小而PCB越来越密，在焊点之间发生桥连和短路的可能性也因此有所增加。但已有了一些行之有效的方法可用来解决这种问题，其中一种方法是采纳风刀技术。这是在PCB离开波峰时用一个风刀向熔化的焊点吹出一束热空气或氮气，这种和PCB一样宽的风刀能够在整个PCB宽度上进行完全质量检查，消除桥连或短路并减少运行成本。还有可能发生的其它缺陷包括虚焊或漏焊，也称为开路，假如助焊剂没有涂在PCB上时就会形成。假如助焊剂不够或预热时期运行不正确的话则会造成顶面浸润不良。尽管焊接桥连或短路可在焊后测试时发觉，但要明白虚焊会在焊后的质量检查时测试合格，而在以后的使用中出现问题。使用中出现问题会严峻阻碍制定的最低利润指标，不仅仅是因为作现场更换时会产生的费用，而且由于客户发觉到了质量问题，因而对今后的销售也会有阻碍。在波峰焊接时期，PCB必须要浸入波峰中将焊料涂敷在焊点上，因此波峰的高度操纵确实是一个专门重要的参数。能够在波峰上附加一个闭环操纵使波峰的高度保持不变，将一个感应器安装在波峰上面的传送链导轨上，测量波峰相关于PCB的高度，然后用加快或降低锡泵速度来保持正确的浸锡高度。锡渣的堆积对波峰焊接是有害的。假如在锡槽里聚拢有锡渣，则锡渣进入波峰里面的可能性会增加。能够通过设计锡泵系统来幸免这种问题，使其从锡槽的底部而不是锡渣聚拢的顶部抽取锡。采纳惰性气体也可减少锡渣并节约费用。惰性焊接氮气焊接能够减少锡渣节约成本，然而用户必须要承担氮气的费用以及输送系统的先期投资。通常需要折衷考虑上述两个方面的因素，因此必须确定减少维护以及由于焊点浸润更好因而缺陷率降低所节约下来的成本。另外也能够采纳低残余物工艺，现在会有一些助焊剂残余物留在板子上，而依照产品或客户的要求这些残余物是能够同意的。象合约制造商如此的用户关于所焊接的产品设计可不能有一个总的操纵，因此他们要寻求更宽的工艺范围，这能够通过采纳有腐蚀性的助焊剂然后进行清洗的方法来达到。尽管会有一个初始设备投资，但在大多数情况下这是一个成本最低的方法，因为从生产线下来的差不多上高质量而又无需返工的产品。生产率问题许多用户使用自动化在线式设备一周七天地进行制造和组装。因此，生产率的问题比往常更为重要，所有设备都必须要有尽可能高的正常运行时刻。在选择波峰焊设备时，必须要考虑各个系统的MTBF(平均无故障时刻)及其MTTR(平均修理时刻)。假如一个系统采纳了能够抬起的面板、可折起的后门以及完全操纵台式检修门而具有较高的易维护性，就可达到较低的MTTR。类似地，考虑一下减少焊锡模块的维护和减少助焊剂涂敷装置的维护也能够取得较短的维护时刻。采纳何种波峰焊接方法?波峰焊方法或工艺的采纳取决于产品的复杂程度以及产量，假如要做复杂的产品以及产量专门高，能够考虑用氮气工艺比如CoN▼2▼Tour波峰来减少锡渣并提高焊点的浸润性。假如使用一台中型的机器，其功艺能够分为氮气工艺和空气工艺。用户仍然能够在空气环境下处理复杂的板子，在这种情况下，可依照客户的要求使用腐蚀性助焊剂，在焊接后再进行清洗，或者使用低固态助焊剂。风刀去桥接技术在各种机器类型里，还有专门多先进的补充选项。比如SpeedlineELECTROVERT提供了一个获得专利的热风刀去桥接技术，用来去除桥接以及做焊点的无损受力测试。风刀位于焊槽的出口处，以与水平呈40°到90°的角度向焊点射出0.4572mm窄的热风。它能够使所有在第一次由于留有空气使得焊接不够好的穿孔焊点重新填注焊锡，而可不能阻碍到正常的焊点。然而必须要注意，要使焊点质量得到显著的提升，并不需要在波峰焊设备上设定更多的选项。而且对所有生产设备而言，检查每个工程数据的真实准确性也是专门重要的，最好的方法是在购买前用机器先运行一下板子。机器的选择依照价格和产量，波峰焊机大致能够分为三类。40,000到55,000美元能够买到一台入门级、低或中等产量的立式机器。尽管还有更廉价的台式机型，但这些只适合于用在研究开发或制作样机的场合，因为关于要适应制造商对增长的需求而言，它们都不够经用。典型的这类机器其传送带输出速度约为0.8米/分钟到1米/分钟，采纳发泡式或喷雾式助焊剂涂敷设备。可能没有对流式预热装置，然而大多数供应商会提供兼有单波和双波性能的机器。48,000到80,000美元能够买到一台中等产量的机器，预热区约为1.22米到1.83米，生产速度约为1.2米/分钟到1.5米/分钟。除了将双波峰作为标准配置外，同时还提供有更多先进的配置，比如惰性气体环境等。在高端市场，用95,000到190,000美元能够买到高产量的机器，能每天运行24小时并只需专门少的人工干预。一般采纳1.83米到2.44米的预热长度，能够得到2米/分钟或更高的产量。它同时还包括专门多先进的特性，比如统计过程操纵和远距离监测装置，以及在同一机器内既有喷雾式、发泡式又有波峰式助焊剂涂敷系统，另外可能还有三波峰性能。如欲了解更多信息，请联系作者NithiaDevan。

Fax:65-2899411

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图1：CoN▼2▼Tour波峰有助于减少锡渣并提高焊点的浸润性。图2：SpeedlineELECTROVERT的Vectra系统是一种中型高速波峰焊系统，能够焊接各种PCB，包括元件密集和难于焊接的SMT板，可焊板宽度从50.8mm到457.2mm。波峰焊的简介波峰焊锡机要紧是由运输带，助焊剂添加区，预热区，锡炉组成。运输代要紧用途是将电路底板送入波峰焊锡机，沿途经助焊剂添加区，预热区，锡炉等。助焊剂添加区要紧是由红外线感应器及喷嘴组成。红外线感应器作用是感应有没有电路底板进入，假如有感应器便会量出电路底板的宽度。助焊剂的作用是在电路底板的焊接面上形成以爱护膜。预热区提供足够的温度，以便形成良好的焊点。有红外线发热能够使电路底板受热均匀。锡炉内有发热线，锡泵，MainWave及JetWave。波峰焊的工艺与波形图3-1显示了波峰焊的焊接技术，焊料池中熔化的焊料向上喷射形成一个凸出的波形。焊接过程中，先在一块插有组件的PCB(PCBA)上涂敷焊剂、通过预热后再通过由熔化了的焊料所形成的波峰，从而使PCB接触波峰顶部将组件和PCB焊盘的连接处焊接起来。

依照机器所使用不同几何形状的波峰，波峰焊系统能够划分成许多种。双波峰焊接系统图3-3所示的是其中一种波峰焊系统(双波峰焊接系统)，其中第一个波是一个湍流波，作用是防止虚焊。第二个波是一个平滑波，作用是关心消除毛刺及焊桥。湍流波既能够通过让熔化的焊料通过一个振荡器来形成，亦能够通过向焊料池中注入氮气来形成。波峰焊技术的质量取决于:热量是否足以使焊剂熔化；PCB和组件必须加热到能使焊料与电路板金属形成合金；焊剂必须达到一定温度，以保证其活性及反应能力，且能分解要焊接的金属表面的氧化物和污垢；必须对波峰温度、传送带的速度、预热温度、波峰接触时刻和焊接密度这些参数进行操纵，否则，波峰焊会出现虚焊、桥焊等焊接缺陷。波峰法其工作原理與波峰焊本身特不相似，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能够進行調節以保証適當的焊劑涂敷厚度电路板预热焊剂的涂敷是成功焊接的先决条件。焊剂加热的温度必须适当，以保证最佳的反应条件。关于某些焊剂来讲，还必须满足一定的时刻–温度特性要求。

由于组件在波峰上通过的时刻比形成焊点的时刻要短得多，因此电路的预热关于焊接技术来讲是相当重要的。在预热时期，焊料将达到能够去除电路板上氧化物的温度。预热还能够减少当PCB接触到熔化的焊料时元件的热冲击和组件损坏。若果预热不够充分，PCBA可能从焊波中迅速汲取热量，导致波的焊料局部固化或引起短路展望波峰焊技术的应用在大多数不需要小型化的产品上仍然在使用穿孔(TH)或混和技术线路板，比如电视机、家庭音像设备以及立即推出的数字机顶盒等，仍然都在用穿孔元件，因此需要用到波峰焊。从工艺角度上看，波峰焊机器只能提供专门少一点最差不多的设备运行参数调整。

一、生产工艺过程

线路板通过传送带进入波峰焊机以后，会通过某个形式的助焊剂涂敷装置，在那个地点助焊剂利用波峰、发泡或喷射的方法涂敷到线路板上。由于大多数助焊剂在焊接时必须要达到并保持一个活化温度来保证焊点的完全浸润，因此线路板在进入波峰槽前要先通过一个预热区。助焊剂涂敷之后的预热能够逐渐提升PCB的温度并使助焊剂活化，那个过程还能减小组装件进入波峰时产生的热冲击。它还能够用来蒸发掉所有可能汲取的潮气或稀释助焊剂的载体溶剂，假如这些东西不被去除的话，它们会在过波峰时沸腾并造成焊锡溅射，或者产生蒸汽留在焊锡里面形成中空的焊点或砂眼。波峰焊机预热段的长度由产量和传送带速度来决定，产量越高，为使板子达到所需的浸润温度就需要更长的预热区。另外，由于双面板和多层板的热容量较大，因此它们比单面板需要更高的预热温度。

目前波峰焊机差不多上采纳热辐射方式进行预热，最常用的波峰焊预热方法有强制热风对流、电热板对流、电热棒加热及红外加热等。在这些方法中，强制热风对流通常被认为是大多数工艺里波峰焊机最有效的热量传递方法。在预热之后，线路板用单波(λ波)或双波(扰流波和λ波)方式进行焊接。对穿孔式元件来讲单波就足够了，线路板进入波峰时，焊锡流淌的方向和板子的行进方向相反，可在元件引脚周围产生涡流。这就象是一种洗刷，将上面所有助焊剂和氧化膜的残余物去除，在焊点到达浸润温度时形成浸润。

关于混和技术组装件，一般在λ波前还采纳了扰流波。这种波比较窄，扰动时带有较高的垂直压力，可使焊锡专门好地渗入到安放紧凑的引脚和表面安装元件(SMD)焊盘之间，然后用λ波完成焊点的成形。在对以后的设备和供应商作任何评定之前，需要确定用波峰进行焊接的板子的所有技术规格，