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3、焊接 基础冶金学和波峰焊接趋势 波峰焊接 - 还是可行 在波峰焊接优化中关键参数 电装工艺改善“短插一次波峰焊”工艺实践 电子组件波峰焊接工艺 片状元件波峰焊接难题 波峰焊接连续改善方法 分析无铅波峰焊接缺点 电子装配中超声喷雾出现和成长 打破焊接障碍 再流焊温度曲线统计器研究和应用 怎样设定锡膏回流温度曲线 得益于升温-到-回流回流温度曲线 Process Parameters Optimization For Mass Reflow Of 0201 Components 柔性电路脉冲加热回流焊接 开发通孔回流焊接工艺 穿孔回流焊一个新型焊接技术 下一代回流焊接技术 焊接工艺使用氮气理由 SMT中氮气气氛下焊接 使用聚焦白光选择性焊接 基础培训：手工焊接 手工焊接和返修工具 选择性自动激光装配 焊接技术 Soldering 焊接技术 Soldering(2) 将溅锡影响减到最小 基础冶金学和波峰焊接趋势By Jason M. Smith本文介绍，为了使波峰焊接在电子工业中完全被接收，冶金学者、工业和主管机构必需一起工作，进行广泛研究。 自从开始，波峰焊接一直在不停地进化。在焊接中包含基础冶金学原理已经被很多非冶金人士所忽略，她们为了寻求满足今天要求和愈加环境友好合适材料。为了决定和了解对波峰焊接工艺中被广泛接收焊锡作“插入式”替换理论基础，作部分研究是必需。所以在这里有必需回顾一下基础冶金学原理，开发和了解为未来提议使用替换材料。 波峰焊接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)发展需要一个愈加经济和稳健形成焊接连接方法。最早大规模焊接概念是在英国浸焊(dip soldering)。在八十年代，开发出被称为波峰焊接概念。这个方法今天还广泛使用，不过机器和操作员控制已经变得愈加好了。焊接基础仍然是相同。焊接形成只是改变来满足设备要求；可是，化学成份和理论动力学还是基础和简单。附着方法基础上只需要助焊剂，热和焊锡，以形成冶金连接。助焊剂用来清洁需要焊接、已被氧化表面。加热去掉助焊剂载体和降低温度冲击，将增加热量加给组成电路装配非类似材料。在一个装配上发觉材料包含：塑料、陶瓷、金属、涂料、化学品及其广泛不一样化学成份。大规模波峰焊接使用为元件可焊性提出一个关注问题，因为需要第一次就产生合适连接，并在装配上不进行返修，今天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可靠焊接点来经受PCB所暴露环境。在确保合适信号传输、消除串音和不可接收垂直波比同时，必需分析每一个情况中引发温度和机械应力。1最早浸焊方法有部分问题：极难重新产生所期望合格率；将板放在熔化焊锡上在底下夹住气体，干扰热传导和焊锡接触；焊锡只能熔湿(wet)到金属表面；锡渣(氧化物和燃烧助焊剂化合物)必需撇去，不停地阻碍生产2。这一整套问题造成波峰焊接引入。该方法使用从锡锅升起熔化焊锡波或大块表面来汇合PCB，然后PCB从波上传送过去。波峰焊接缩短二分之一以上接触时间。传送带系统通常在一个角度上，所以当板经过波峰时，不会夹住任何东西在PCB下面。这么倾斜也许可熔化焊锡脱落进入锡锅，降低相邻焊接点之间桥接。因为熔化金属是从熔化池表面之下泵出，只有清洁、无氧化金属引入装配。 焊接动力学当产生一个焊接点时所发生反应在原理上是基础。焊锡合金加热到其液相线区域，以提升焊接点熔湿(wetting)。氧化物从金属表面去掉，以确保焊接点和带有助焊剂熔化焊锡之间清洁接触。然后助焊剂预热从PCB去掉助焊剂溶剂(通常为水或酒精)。需要增加热量来克服PCB和熔化焊锡池之间温度差。加热PCB来赔偿温差差，不对元件引发伤害。PCB有必需暴露金属区域，从波峰上经过。焊锡以合适接合和熔湿角度熔湿到金属。表面能量和接触角度决定熔化焊锡对暴露金属附着。假如固体表面能量相当高于液态和固体/液态界面表面能量总和，那么液态熔湿并流走。毛细管作用使焊锡达成PCB圆形电镀孔顶面。在部分系统中，氮气惰性化焊接环境用来提升熔湿/毛细管作用。这些孔通常连接装配中等电路层，表明：1、液体在毛细管空间上升高度伴随表面分开降低而增加。 2、进入焊点流动速度伴随表面分开降低而降低。冶金学原因对焊锡连接相关键和常常是关键影响3。熔化焊锡在焊锡铅和加入形成连接熔化焊锡之间形成金属间化合层。在冷却以后，保持焊接点。 金属间化合形成和增加直到连接冷却到能够处理，金属间化合层还在增加。增加速度是和在特定温度时间平方根和温度指数成线性。这说明增加是经过交互原子向界面扩散来控制。这个金属间化合层通常是 1 mCu6Sn5。Cu来自于PCB连接面，而Sn来自于焊锡合金。金属间化合物含有从金属和共价键混合物升起特征。这些键因为有高分子而强度高。所以，自扩散系数和更大扩散控制特征稳定性是强键结合和有序结构结果4。这个接合对连接是好，直到其增加完全支配焊接点特征；这时，这么焊点对装配就是有害。焊接材料今天，波峰焊接工艺首选合金是共晶(eutectic)合金： Sn63/Pb37，因为其价格和可取得量。Sn提供连接特征，而Pb是作为填充材料使用。产量增强要求使用快速固化和能够在几秒钟内形成数百焊接点材料。给共晶焊锡一般名称是令人误解。指定组成成份不是真正共晶成份。共晶成份按重量百分比是61.9%Sn，图一所表示。这个 差异来自于早期对共晶成份错误计算。更高Sn含量合成物不能调整成本增加和电子装配性能改善之间关系。只有当装配使用在腐蚀性环境时，成本才调整过来。在冶金学上，焊锡可看作是组成二元合金纯金属简单混合。其合金图是二元合金系统经典图，适适用于基础冶金学原理。正如所料，当偏离共晶时，多种合金特征是不一样。伴随合金中Sn含量降低，液化温度增加、密度增加、硬度降低、温度膨胀系数(CTE)增加、温度和电气传导性降低。非共晶成份当考虑非共晶合金时，假设由+共晶组成，从图二扛杆定律支配比值。有实例证实，没有树枝状晶体出现固化是可能，整体微结构符合共晶。合成物是一个平均成份。怎样在非共晶合成物中取得共晶结构？固化冷却速率快于转化动能。当超出固体可溶性极限成份在室温下冷却时，相平均成份结核。转换固相转化动能被固体转变远远超出。当室内空气冷却固溶体时，剩下液体可能经历共晶反应，在室温下在非共晶成份中给出共晶微结构。当共晶成份纯二元液体冷冻时，形成固体平均成份和液体是一致。据报道，在片之前没有溶质集结和结构集结，在片之前溶质耗损。这些溶质轮廓可产生结构过冷，尽管这个现象不是平面不稳性充足条件5。在微结构中，有时使用名词微组元(microconstituent)是方便，即，含有可确定和有特征结构微结构元素。在图二中，关键微组元颗粒结核，形成共晶微组元百分率大于焊锡合金当量条件。伴随波峰焊接机器中焊锡锅长时机运行，暴露给全部金属焊锡可能含有和原来不一样作用。氧化和金属间化合形成伴随时间改变着焊锡锅中成份，也改变了特征。温度设定点必需改变和监测，以控制可能因为锡锅合金成份冶金改变而出现缺点。 无铅波峰焊接世界上，大约每十二个月使用60,000吨焊锡。即使电子装配不是关键使用者，但还是有世界范围日益增加对降低铅使用关注，因为其毒性和再生利用处理不妥6。转换到无铅不是被工业所广泛接收。在电子装配中消除铅关键理由 是机器操作员环境暴露。锡渣副产品处理可能对环境有严重影响，假如处理、运输、再生不妥话。假如不遵照合适卫生要求，对铅烟雾呼吸和手工焊接时直接接触也相关键影响。对要接收无铅替换品，必需提供下列： 有足够数量起源 和现有工艺可兼容 足够熔化温度 良好焊点强度 热和电传导性类似Sn/Pb 轻易修理 非毒性 低成本 很多企业正在开发适宜替换合金，作为“插入式”替换品，以遵守欧洲和日本法令。这些法令提议到在装配中降低铅，到消除铅。 在北美国家电子制造协会(NEMI, National Electronics Manufacturing Initiative)目标是到用生产无铅替换品能力装备北美。该组织正计划和其它机构联合为其可制造性开发标准，其它机构方向集中在选择替换品，编写世界范围数据库和搜集材料特征数据。 工艺上关注问题 国际锡研究协会(ITRI, International Tin Research Institute)创办了SOLDERTEC，一个无铅焊接技术中心，来传输前缘信息和收缩可利用选择。 表一列出合金和多个选择，分别以一到十来表示好坏。 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 所相有合金在得到接收之前全部必需考虑下面原因。 在制造产品中使用材料 当在运行中使用产品时材料消耗 在制造产品和过程中使用能量 在产品寿命终止时可再生性和反复利用性 在包含材料提取、制造和报废/再生整个生命周期中辐射 在制造废料流中可再生性 Sn/0.7Cu合金选作波峰焊接工艺应用材料，关键是因为其低金属成本和起源。该提议替换金属金相图图三所表示。在极度富锡区域，0.7%重量铜有一个共晶点，这使得这种合金和用于当今装配中现有材料兼容。固化类似于在Sn/Pb共晶合金系统中见到。铜和锡两种金属全部是起源丰富，该二元系统降低当使用三元合金成份时出现低熔化相。 规格冶金学者很想知道当多种金属开始在熔化焊锡锅中累积时候发生什么，集合体特征将受到怎样影响。很高量污染可看作第三元素。有集团已经开始提议污染限制，在这个限定之内，还能够提供可接收焊接结果，而无须完全了解在微结构上发生什么事情。发觉引发大多数负作用不纯净金属是那些金属，它们或和Sn在合金中形成金属间化合物或以特征改变方法来改变合金成份。不纯净能够和加入低三元素产生一样影响，大家发觉这么会降低焊锡熔湿(wetting)特征。 结论在对所提议焊锡替换合金冶金学研究方面有很多工作要做。对焊接应用工业标准共晶焊锡研究已经开展多时，大部分能够接收。可是，这似乎对那些不可避免要出现新时期焊接合金不一定是正确。回到冶金学基础上面来是未来估计系统方法，因为寻求更环境友好材料动力是政府法规所追求和所要求。冶金学者、工业和政府机构必需携手合作，找出更稳健处理方案。 波峰焊接 - 还是可行By Les Hymes本文介绍，新材料、设计、程序和态度正重新燃起对这个成熟工艺爱好。波峰焊接，作为批量焊接技术长久伙伴，可能已经不会得到象回流焊接那么多注意了。可是，它继续得到和其复杂性克服一起而来尊重，这个复杂性是经过所包含变量输入数量和类型来权衡。伴随产品设计和技术进化，作为对新工艺需求反应，波峰焊接继续以良好结果适应和完成新任务。达成这个工艺表现是因为新材料、设计、程序和态度。结果，对问题和由这个“陈旧但良好”工艺所提供处理方案爱好还在 继续。对该工艺输入最近在现场碰到尤其关注是和底面装配表面贴装电阻元件和顶面安装连接器桥接相关焊接问题。在焊接方向线上间隔近焊盘桥接是存在多时一个问题。在很多情况中，把焊盘从方形到圆形设计转变可降低或处理该问题。另一个方法，使用非活性、靠近在线最终焊盘后面“掠锡”焊盘常常达成目标。两种方法全部从熔化焊锡表面张力和能力平衡着手。对于方形焊盘，当焊盘离开熔化焊锡时，焊锡不能够展现一个低能量外形。焊锡从平整边缘断开，造成桥接。掠锡焊盘为焊锡提供一个“断开”地方，或许预防了危害。这个方法假设了足够元件和印制线路板(PWB, printed wiring board)可焊性和受控上助焊剂、预热和焊接工艺。锡膏-通孔(PIH, pin/paste-in-hole)工艺是用来降低在制造部分混合技术装配中工艺步骤一个方法。和该方法经验表明，使用PIH工艺消除波峰焊接温度巡回通常是有好处。其中一个优点是消除了大通孔(through-hole)连接器所出现桥接。高密度安装混合技术装配增加，驱使很多工艺创新。特制“点”或“面”波峰焊接设备数量越来越多。选择性焊接托盘(pallet)现在更广泛地用于传统波峰焊接机器上。这些托盘针对那些在装配底面上有已经焊接、大型、温度敏感有源元件、球栅阵列(BGA, ball grid array)和QFP(quad flat pack)通孔元件。对于进化和较旧两种PWB设计，新不一样可焊性保护剂正得到波峰焊接和回流焊接工艺亲眛。传统热风焊锡均涂(HASL, hot air solder leveling)工艺，即使通常对焊接性能有好处，但和进化设计和工艺存在一个问题。在进入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。要求用来从小通孔中清除过量焊锡空气压力，或在涂镀两个表面上压力差，有时引发面和面之间HASL涂层厚度不一样。这个不一样可能造成在部分要焊接表面特征上很薄涂层。可能回造成不足可焊性和不满意焊接表现，甚至当使用有侵蚀性焊接助焊剂。为了达成在任何焊接工艺中低缺点率，PWB和元件端子表面最终涂层全部必需提供持久可焊性。涂层必需经受焊接之前储存时间和环境，和数次温度巡回而不退化。在焊接工艺中短熔湿(wetting)时间要求用来表面元件损伤和部分焊接缺点。因为PWB为每个焊接连接提供表面二分之一，它必需表现出连续和足够可焊性特征。有机可焊性保护剂(OSP, organic solderability preservative)和多种经过电解和浸镀工艺施用金属涂料在很多情况中证实是最满意。任何使用可焊性保护剂全部必需连续地满足装配和焊接工艺需求和所要求产品可靠性。助焊剂、上助焊剂和预热图一中所说明，助焊剂用来提升能量水平，改善要焊接表面可熔湿性。用来焊接电子助焊剂范围从侵蚀性强有机酸到传统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改变很大，取决于卤化物类型和含量。侵蚀性水溶性强有机酸助焊剂残留物必需经过焊接以后清洗来去掉。有些松香基材料残留物能够留在焊接装配上。松香包围活性剂，所以预防反应，这种反应可能使装配可操作性降级。松香对活性剂含量比率可决定活性剂密封有多好。今天使用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。装配操作环境关键决定是否免洗助焊剂能够留在装配上。当清洗装配密度高装配时，从部分元件之间和下面清除全部助焊剂残留物是困难。低残留物助焊剂因为留下残留物对电路危害可能性很小。她们留下少数较良性残留物。所以，免洗助焊剂可能是一个好选择，甚至是必需清洗。注意，使用低残留物助焊剂，可焊性特征必需是好。这些助焊剂不提供较高活性材料所含有对可焊性差帮助。对于成功波峰焊接，应用助焊剂涂层必需是均匀，厚度上受控。为了有效，助焊剂必需渗透孔内和涂在引脚上。一个喷雾上助焊剂装置，跟着空气刀，提供确保在要焊接表面均匀施用助焊剂正确数量最有些和受控方法。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，并帮助去掉过多材料。在经过波峰焊接之前预热装配，有多个理由。第一，提升要焊接表面温度，所以从波峰上要求较少温带能量，这么有利于助焊剂/表面反应和愈加快速焊接。预热也降低对元件温带冲击，当元件暴露在忽然温度梯度下时可能被减弱或变成不能运行。第三、预热加紧挥发性物质从装配上蒸发速度。这些挥发性物质关键来自于助焊剂，但也可能来自较早操作、储存条件和处理。挥发物在波峰上出现可能引发焊锡飞溅和在装配上锡球。控制和了解加热速率、在波峰焊接各个阶段温度、和在给定温度或以上时间长度对于达成和在生产良好焊接结果是关键。确保助焊剂出现 - 在合适时间正确地激发和保持直到装配离开波峰 - 不能过分担心。预热必需将装配带到足够高温度，以提供正在使用特殊助焊剂活性化。多数助焊剂供给商公布推荐温度上升率和最大/最小顶面和底面预热温度。对于任何装配，最好时间/温度曲线是取决于很多原因，而不是助焊剂化学成份。这些原因包含板设计、在波峰上接触长度、焊锡温度、锡波速度和形状。部分助焊剂和两步升温表现最好，结合一个活性化和反应保温或稳定阶段方法。其它则推荐一个连续升温，这常常和特殊助焊剂固体含量相关。对于任何助焊剂，不足预热时间和温度将造成较多残留物留下，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，和当液体溶剂抵达波峰时焊锡飞溅。当在波峰前没有提供足够预热来蒸发水分时，这个情况在低挥发性有机化合物(VOC, volatile organic compound)水基助焊剂上看到。过分时间/温度曲线将降低助焊剂和/或全部助焊剂将在波峰之前失去/反应。助焊剂在波峰上出现帮助降低焊锡表面张力。假如助焊剂失去，则可能造成锡桥或冰柱(icicle)。最好温度在波峰上留下足够助焊剂，以帮助在板退出波峰时焊锡从金属表面剥离和排泄。在锡波上在焊接工位，波峰焊接工艺全部元素全部一起来到。设计、元件、PWB、元件贴装操作、可焊性特征、助焊剂、热能一部分和一个平稳材料输送系统全部应该到位。在这些要求和受控元素出现情况下，波峰动态和需要形成连接温度现在是关键原因。波峰常常被引证为很多和工艺相关问题原因。实际上，在工艺开始之前，焊接工位需要相正确关注。焊接工位要求关注和维护，作为一个可再生产设备功效良好工艺控制程序部分。在锡炉中，没有夹住锡渣造成开口或屏障，一个平缓水平主波峰是至关关键。崎岖波峰是用于片状波峰，较高速度紊流提供垂直和水平压力，来帮助焊接底面表面贴装元件。当使用熟悉锡/铅共晶合金时，在板底面使用焊锡温度应该是连续一致，在460500F范围。往这个范围较低方向偏离有时是有帮助。免洗助焊剂常常以这个范围最低或稍微更低温度焊接，来帮助确保在波峰出口处有助焊剂存在。部分使用其它助焊剂工艺，经过提升预热来达成较高顶面和底面温度和将波峰温度降低到低至430F，在较厚多层板上已经取得成功。培训和工艺控制你不可能控制你不测量东西！为了有效地测量，必需在工艺技术和对工艺输出可再生产性过程变量统计含义上培训职员。了解你工艺教育和培训相关人员，使她们了解所要求控制基础知识。假如她们了解怎样产生一个不可接收条件，和怎样产生一个可接收条件，她们将取得悉识和信心，尤其是假如许可她们为了学习去做这两种事情。使用一个已定义控制系统和保持它尽可能简单有时，在开始了解1.67Cpk比1.33Cpk大约好10倍这一点已经足够了。在使用点上测量工艺参数，而且观察到偏离时立即行动除了有温度曲线工具可用于建立最好机器设定处理各个板设计之外，其它工具可帮助整个波峰焊机监测和分析。这些工具所检测、跟踪、和分析关键标准是板在焊锡波形上驻留时间和接触长度。这些数据使用使得能够计划维护，以在情况恶化、造成产品缺点、干扰你计划和让你用户失望之前纠正变量。结论低成本、低缺点焊接表现是配合设计、零件、材料、工艺、设备功效和有知识人员一个函数。高度可焊性表面不能指望用来赔偿差劣设计或工艺 - 反之亦然。整个运行必需受控。工艺控制，不是一次搞好，和对细节关注是关键。因为你不能控制你不连续测量东西，做足你功课，限制材料和验证工艺。实施预防而不是发觉，过程结果将自我保持：在这个运行环境中将稳定地得到可靠产品。在波峰焊接优化中关键参数By Martin Ingall, Gustavo Jimenez, Pete Michela, Monica Taylor and Nissim Sasson 本文介绍：“对驻留时间和浸锡深度研究，揭示了波峰焊接可反复性和缺点降低重大机遇。” 在过去几年中，生产和工艺工程师对板和波峰相互作用又有新认识，造成了波峰焊接程序戏剧性改变。比如，已经采取直接测量PCB在波峰焊接中经历技术。得到了电路板品质即时和显著改善，推进该技术广泛使用。 板和波相互作用中心制造波峰焊机唯一目标是：让板和焊锡波峰相互作用。你知道这个叙述是完全正确，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，化学反应和温度是作用物。其结果，和表面贴装炉相比较，波峰焊机内温度工艺窗口是宽松，而且板和波峰相互作用正确控制产生很大好处。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成，不出现缺点。因为这个过程是如此简单，今天板是如此复杂，使得电路板必需正确地经过波峰。有头脑工程师已经知道，似乎很小板和波峰过程改变能够造成很大品质改变。 温度曲线限制那些坚持认为波峰焊接控制关键是温度人，通常选择严格地依靠温度粘结剂、高温计或温度曲线。即使温度是关键，但它不能说明板和焊锡波峰相互作用。没有板和波正确数据波峰焊接可能造成连续缺点、生产危机和停机时间。实际上，生产管理人员了解这么结果，看到工位上需要修理工人，承受产量和品质压力。尽管有温度管理Herculean效应、波峰焊机品质惊奇进步、和助焊剂和焊锡化学成份不停发展，波峰焊接还可能是有问题。假如问一个制造工程师从哪里关键出现装配缺点，最常见，她或她会指向波峰焊机。所以，返工人员天天、每班工作只是为了修整生产线上缺点。修理现在水平不是看作对生产失效一个赔偿性活动，能够去掉一样事情，而是常常看作生产线本身“能够接收”部分。这个见解直接结果就是许可生产成本大幅增加和波峰焊接严重表现不佳。比如，调整预热器永远不能消除因为太长驻留时间引发锡桥或因为浸锡深度太浅所引发不焊(skipping)。这里所陈说研究结果将表明，现有波峰焊接缺点大多数只能经过对板和锡波相互作用正确、直接测量和控制才能 消除。 板和锡波相互作用假设板和波峰是平行，板和波峰相互作用有三个清楚同时发生面，能够直接正确地测量： 驻留时间(dwell time): 驻留时间是一个引脚在焊锡波内时间数量，需要以0.10秒递增来控制。 浸锡深度(immersion depth): 浸锡深度是板浸在焊锡波内有多深。因为最好波峰含有1020-mil 之间波峰高度改变，这个参数最好是经过其穿过一个过程窗口通道来测量。用于本研究设备使用12-mil递增量。 接触长度(contact length): 接触长度是一个引脚经过波峰距离。 图一解释了板浸锡深度和接触长度相互关系，显示浸锡深度直接决定接触长度。接触长度又直接影响驻留时间，因为： 驻留时间 = 接触长度 传送带速度 传送带速度设定将不能单独控制在焊锡波峰上驻留时间。必需有正确测量和控制浸锡深度方法。 波峰形状我们很多人全部有在两台不一样波峰焊机上运行同一个装配经验，看到是两个很不一样板品质出现。在两台波峰焊机设定成相同泵速度、传送带速度、传送带角度、锡缸高度、预热和焊接温度；使用相同化学品；相同维护计划；和显示相同温度曲线时候，为何波峰焊机还会产生不一样结果？作为一个工业，我常常已经退而接收“不一样波峰焊机有不一样个性。”有些人责备操作员。不过这个答案是简单，可测量：全部波峰焊机产生波峰是不一样形状。 图二显示波峰形状对接触长度影响。一个较宽波意味着较长接触长度。 所以，驻留时间较长 - 以相同浸锡深度。 机器设定限制控制波峰焊接过程包含直接测量板在波峰上实际所经历。波峰焊机永远不能确保可反复性。板看不到传送带速度；但感受到驻留时间。一样，板不知道泵速度，但感受到浸锡深度。还有，波峰焊机设定不显示波峰焊机可改变性。所以，波峰焊接参数必需关键基于板和波峰相互作用，而不是波峰焊机设定。装配工厂没有必需责备它们波峰焊机，助焊剂或操作人员，因为实际挑战是波峰焊接工艺过程本身。波峰焊机不能测量板和波相互作用；好设备不是用来赔偿一个不受控工艺。 用于研究驻留时间基线一家关键消费电子企业让其北美工厂完成为期30天研究，以评定驻留时间优化和可反复性关键性。选择了最大批量装配来用作研究，它代表在该地生产全部电路板19%。为了这个用途，使用一台电子设备和直接板和波峰接触传感器。因为能够进行每排四个运行，该设备能够在将数据卸载到PC之前统计多个读数。还有，该设备LCD显示器许可从波峰焊机出来时即时数据读数，并提供浸锡高度直接测量。下面是进行步骤： 测量和建立平行度。 测量现时板驻留时间，以前是 1 秒。 测量现时板浸锡深度，以前是 24-mil。 评定板质量。得出 312 ppm(parts per million)缺点率，这个被认为在工厂内是正常，按工业标准也是很好，尽管有一定量返工数量。 步骤 1 3 对一排中三个班次很轻易地完成，每班两次，因为全部数据全部是在经过波峰焊机设备一次运行中取得。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 - 或驻留时间比 1 秒钟超出 0.1 秒，或浸锡深度不是 24-mil - 则对波峰焊机作出调整。另外作部分测量以证实发生所期望板和波相互作用。一直保持那些和板-波相互作用无关地方，包含，如，助焊剂类型、预热设定和焊锡温度。在每班结束时，作百万缺点(dpm, defects per million)统计。这个板 dpm 连续地在312范围。所以，达成了电路板质量可反复性。 驻留时间研究方法下一个目标是决定是否板缺点率受到以不一样驻留时间运行影响。这个计划包含以不一样驻留时间运行相同类型 板，驻留时间以半秒递增幅度从0.5秒增加到5.0秒，而且包含将每个驻留时间和其产生缺点率相联络。对每个驻留时间进行上述 15 步。图三蓝线显示该结果。对这个特定板产生最低缺点率驻留时间是在 2.53 秒之间。然后进行这个板深入研究，在 2.8 秒时缺点连续最低。所以该板现在只以 2.8 秒驻留时间和 24-mil 浸锡深度运行。波峰焊机设定现在是非关键，和使用波峰焊机无关。驻留时间优化已经完成，一样达成在实际任何波峰焊机上以可估计品质装配该板灵活性。对于该消费电子企业，这些结果就是对操作员有意波峰焊接工艺文件、更清楚工作指示，更大灵活性，因为该板能够可靠地经过任何波峰焊机。该企业也能够实现更少过程控制图表中峰值，因为在板运行之前进行了测量；更少停机时间；较高产量，降低对工艺工程师压力；和更愉快管理。其它观察包含： 所发觉最好驻留时间和以前发生有很大不一样，不过那时没有测量。缺点率随驻留时间不一样而显著改变。 控制浸锡深度对本研究是关键，因为浸锡深度改变意味着接触长度改变，结果，驻留时间不受控。 逐板优化正如每钟板在表面贴装炉中使用其自己温度曲线一样，每种板也在波峰焊机中使用其自己板和波峰参数。所以，上述研究也对第二种板进行。图三把结果统计成红线。研究发觉，对这种板最好驻留时间是 3.6 秒，和第一个板 2.8 秒形成对比。注意两种板“驻留时间曲线”是不一样。即使不太象第一个板所取得新基线那么低，但该工艺过程得到所研究第二种板显著更低缺点率，这种板以前也是以 1 秒运行。这些结果强烈地显示诸如非最好浸锡深度或设计问题等这些缺点根源和驻 留时间没相关系。 浸锡深度改变浸锡深度会改变接触长度和驻留时间，这使得浸锡深度直接和正确测量成为关键。泵速产生波峰高度，它伴随锡缸焊锡变空而消失。可是，板实际浸锡深度决定于多个原因，包含锡缸高度、PCB怎样座落在传送带指爪上、弯曲、破裂或变钩指爪、传送带角度、和是否使用托盘。可是，控制浸锡深度 - 测量和把它保持连续不变 - 只是这个难题中一小部分。另一个是决定在那个浸锡高度，板品质是最好。在图四中，注意由蓝条形所代表板缺点率，在不一样范围上比由黄色条形所代表板更优化：48 mil 或甚至 3660 mil 分别比 2436 mil。所以，不一样板类型最受益于不一样浸锡深度。 结论板和波峰优化好处是很大，当决定波峰焊接工作指示时，需要进行逐一电路板地评定。对板实际所经历进行直接测量和管理是关键。对全部板使用相同波峰焊机设定将永远不会产生对多种装配类型最好波峰焊接结果，对波峰焊机设定依靠不包装板和波峰相互作用可反复性。优化要求对板上实际缺点相关调整。只统计机器设定和/或重视板和波数据将不会产生所期望结果。波峰焊机不一定是可反复。要开始是简单。该过程只要花几分钟，而且将立即产生对你有帮助信息： 象平时你对特定板一样设定波峰焊机。 一旦你已经建立板对波平行度，统计驻留时间和浸锡深度读数。 处理其中一块板，统计其波峰焊接品质。 作为确定最好驻留时间第一步，将传送带速度降低到每分钟0.75英尺，再运行设备，得到新驻留时间读数。 再运行相同板类型中一个，统计其波峰焊接品质。 假如板质量已经改善，那么你已经得到一个比你现在用于运行板驻留时间更优越驻留时间。你现在能够天天在每一次运行该类板之前统计驻留时间读数，以确保你波峰焊机对你板给所期望、愈加好经验。所以，你可用该数据来确保可反复性和最好效果。假如板品质恶化，那么增加传送带速度，反复相同步骤。你将很快找到最好板和波相互作用参数。为了评定浸锡深度对波峰焊接品质影响，改变泵速度，另外进行相同步骤。要了解另一个关键方面是工艺窗口(process window)。全部波峰焊机有其自己数据改变和可反复性正常范围，这个只有经过在机器保持在使用每个设定时，对驻留时间和浸锡深度直接测量来确定。了解波峰焊机对驻留时间、浸锡深度和平行度工艺窗口，将帮助你优化对每个板波峰焊接工艺。假如你工厂一个产品高度混合工厂，那么从最一般或最棘手板开始。对于大批量、混合运作，你有机会来优化你运行每一个板。对于两类工厂，在不一样波峰焊机之间，甚至工厂位置之间可靠地移动一个特定板灵活性也要增加。很多工厂已经将可得到技术和简单程序相结合，以优化其电路板驻留时间、控制浸锡深度和得到其波峰焊接工艺真正可反复性。对于那些想要快速降低成本和和波峰焊接品质工业规范保持步伐工厂，这里所叙述技术和程序值得调查研究。 电装工艺改善“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装联工艺关键是采取手工操作方法。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发波动原因之一。 九十年代初，工厂为提升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，采取当初电装工艺普遍使用“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)，因为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。对尺寸较大元器件板，因为基板变形及压紧装置等原因切脚不整齐，高度不轻易控制，装焊质量、生产效率不理想。当初纺电大批量生产有2/3印制板电装靠外协完成生产成本高，外协电装质量更难控制。医电产品电装安排了较多人员。印制板部件成品参数离散性较大。所以电装工艺成为影响产品大批量生产及提升质量关键。 在市场经济形势下，要求民用产品不停提升质量而且尽可能降低成本。企业主管领导要求当初负责全厂工艺技术归口管理科技处极好改善产品电装工艺及管理水平，使产品在可靠性、一致性、稳定性等质量方面提升一步，改善电装工艺方法，提升生产效率，降低产品成本，拿出物美价廉产品供给用户，提升产品市场占有串，为企业发展多作贡献。 主管工艺副总工程师组织工艺管理及工艺技术专业人员到几家工艺优异企业调研后，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”新工艺研究和应用。(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，提升产品生产质量，提升操作工人技术水平，提升劳动生产串，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，节省外协费用，且有利于改善生产现场管理，提升装焊生产线综合管理水平。 电装工艺改善是一项综合工程，列入九三年工艺技术方法计划关键项目。工作内容包含到工厂多个部门，在工艺试验及应用过程中很多工作需相关部门亲密配合，为此由工厂科技处牵头成立QC小组，将相关部门关键参与人员组织起来，为实现同一目标、统一认识，共同研究课题内容，订出实施计划，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，必需要设计、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，各职能部门具体分工以下： 1 产品设计部门： 11产品印制板设计落实厂标准化室制订Q/KF37-92企业标推文件。(设 计、工艺参数和该厂标 制订)。 12印制板元器件排列成形垮距规范化，降低成形尺寸品种，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，降低垮接线，按尺寸系列设计垮接线距。 14对不一样厂家生产外形尺寸有差异同规格元器件，标明定点供给厂家，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配合设计师落实Q/KF37-92厂标，逐项进行工艺性审查，符合波峰焊工艺要求。 23依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企业，协作、制造元器件加工成形工装，负责技术问题处理。 25制订波峰焊工艺规范：明确锡槽温度，助焊剂品种及浓度，传送带速度等。 26按不一样产品制订插件及波峰焊每个岗位操作工序卡片 3 元器件、垮接线预加工单位华立