無鉛波鋒焊接缺陷解析

1、點擊：671分析無鉛波峰焊接缺陷2003-12-21 gerjan diepstraten分析無鉛波峰焊接缺陷一個歐洲協(xié)會和其它的協(xié)會已經(jīng)得出結(jié)論，無鉛 (pb-free)焊接在技術(shù)上是可能的，但 首先必須解決實施的問題，包括無揮發(fā)性有機化合物(voc-free)的助焊劑技術(shù)和是否必須修改工藝來接納所要求的更高焊接溫度。達柯(taguchi)試驗設(shè)計(doe, design-of-experiment)方法和統(tǒng)計過程控制 (spc,statistical process control) 是評估波峰焊接中無鉛工藝的有效方法。其目的是要為特定應(yīng) 用的最佳設(shè)置確定基本的控制參數(shù)。達柯方法(tagu

2、chi method)尋求將創(chuàng)新的品質(zhì)方法與傳統(tǒng)的試驗設(shè)計方法結(jié)合起來。 研究出一系列相關(guān)的技術(shù)來最大限度的減少不想要的可變性，減少生產(chǎn)損耗和提供更大的 顧客滿意。例如，達柯方法用于減少生產(chǎn)變量有兩個步驟：1 .制造產(chǎn)品，以 最佳的”方式達到與目標的最小背離。2 .盡可能同樣地生產(chǎn)所有產(chǎn)品，達到產(chǎn)品之間的最小背離。達柯試驗使用一個專門構(gòu)造的表格或芷交陣列”來影響設(shè)計過程，因此品質(zhì)在其設(shè)計階段就嵌入產(chǎn)品內(nèi)部。正交陣列是一項允許對影響試驗的因素進行獨立地數(shù)學(xué)評估的試驗 設(shè)計。試驗準備達柯試驗準備從一個集思廣益的會議開始，在這里一個結(jié)合不同學(xué)科的小組建立清楚的報告書，為設(shè)計合理的試驗，列出問題、目標

3、、所希望的輸出特性和測量方法。然后，確定所有的過程參數(shù)和定義影響結(jié)果的有關(guān)因素：1 .可控制因素：c1 =對過程作用很大的并可直接控制的因素；c2 =如果c1因素改變，需要停止過程的因素這個試驗中， 選擇了三個c1因素:figure 1 example of bridging. t血 score of 武旭 component is b because six pins exhibii fk) brdging while ihe cithfra dob =接觸時間c =預(yù)熱溫度d =助焊劑數(shù)量錫溫度是一個c2因素，由于需要用來增加/ 減少溫度的時間。2 .噪音因素是影響偏差的變量，但是不可能控

4、制或控制成本效率低的。例如在生產(chǎn)/試驗期間，室內(nèi)溫度、濕度、灰塵等的變化。由于實際原因，沒有把 噪音” 成分列入試驗的因素。相反，主要目標是評估單個品質(zhì)影響因素的所起的作用。必須作其它的試驗來量化它們對過程噪音的反應(yīng)。最后，要求選擇需要測量的輸出特性。首選兩個標準：沒有錫橋的引腳數(shù)和通孔充滿的合格性。試驗規(guī)劃與設(shè)計與其它方法比較（通常使用每次一個因素的研究，以確定可控制參數(shù)），這個試驗使用了一個l9正交陣列。在只有九個試驗運行中，調(diào)查了三個級別的四個因素，如表一所示。過程因素級別一級別二級別三a焊接溫度（）250260275b接觸時間（sec）1.83.04.2c預(yù)熱溫度pcb頂面（c）130

5、90110d熔濕助焊劑數(shù)量（mg/dm 2）355474639輸出特性。適當(dāng)?shù)脑囼炘O(shè)定可得到最可靠的數(shù)據(jù)。例如，控制參數(shù)范圍必須象實際一樣趨于極端，以使問題明顯化 一；在這個情況下，錫橋與通孔滲透不良 （圖一）。為了量 化錫橋的影響，對沒有錫橋的上錫引腳計數(shù) 。（每個板有200個引腳，因此最高分是200。）對通孔滲透的影響，每個充滿焊錫的孔如圖二所示標記。每個板最大總數(shù)為4662個點。fiqu也 2. a compl兇國y fii檔d lhrough-hote (的ft) is 2 points. sides of holes wetted wilh seder mr啟 accorded 1

6、point (right). sides of ko也號 unmelted wi4h sdderare 0 points供更高的溫度阻抗?？墒牵袑亩拘缘年P(guān)注,溫度才產(chǎn)生。sn/ag3.8/cu0.7/sb0.25（sacs）試驗中的材料無鉛合金。最常用的波峰焊接無鉛合金是sn/cu和sn/ag/cu 。 sn/cu,最廉價的無 鉛合金之一，具有高熔點（227。c）除此之外 比其它無鉛合金的機械性能差。sn/ag/cu是在sn/ag基礎(chǔ)上的改進。 sn/ag3.8/cu0.7 焊 錫形成較高可靠性的焊接點，而且可焊性比 sn/ag 和 sn/cu 者b好。睇的加入（0.250.50% sb

7、）,通過睇與銀和睇與銅的金屬間結(jié)構(gòu)，提 盡管有毒的氧化睇只是在600。c以上的,熔點溫度217 c,在試驗中使用過（表二）。板的表面情況。試驗板選擇了有機可焊性保護層（osp, organic solderabilitypreservative）, 一種高性能的銅板涂層，它保護和維持通孔的可焊性。（較早的研究表明，sn/ag/cu與osp表面是兼容的。）osp是熱氣焊錫均涂（hasl, hot-air solder leveling） 與 其它金屬印刷電路板（pcb）表面處理的替代方法。由于更高的預(yù)熱設(shè)定，這薄薄的有機涂 層（0.2 0.5科婷度）失去活性。由于 osp與水溶性助焊劑兼容，包含

8、在助焊劑中的酸和溶劑迅速溶解osp涂層，變成助焊劑的一部分，當(dāng)熔化的焊錫接觸到板時揮發(fā)掉。卜寺性單位sacs化學(xué)成分mass-%sn/ag3.8/cu0.8/sb0.25容點c217茁度kgm -37300(solid/250 c)7000(liquid/250 c)品度膨脹系數(shù)ppm21鉆度mpas(250 c)2.0正面張力nm-10.46(n 2)富溫下懦變強度high價格per massi4 x sn/pb助焊劑。對這個試驗，選擇了固體含量少于 2%的合成無揮發(fā)性有機化合物 （voc-free）的助焊劑396-rx（表三）。選擇一種無鹵化物的低殘留助焊劑，由于其在銅表面的良好可焊 性加

9、上其防止錫橋的作用。從板的頂面測量的助焊劑預(yù)熱范圍是100 112 c,示裝配的結(jié)構(gòu)而定。表產(chǎn)品類型396-rx20c時的密度1007( 5.0%)酸的數(shù)量（mg koh/g）15.5 ( 5.0%)顏色無色固體含量(& pin and 論 lead-tree solder.在生產(chǎn)中，為了成功地實施無鉛(pb-free)波峰焊接，整個過程必須再 考察，即，這不是一個將新的化學(xué)品 和材料投入到過程的簡單事情。通過進行達卞分析(taguchi analysis)與適當(dāng)設(shè)計的試驗，這個考察可以更容易，過程開發(fā)也會加速。它使工藝工 程師(process engineer)只運行少量的試驗，就可實際的理解在他自己的專門應(yīng)用中要求什么。雖然新的無鉛波峰焊接工藝的過程窗口較小，因為較高的溫度和其它材料，但是spc可能是一個有價值的工具，幫助工程師維持正確的參數(shù)規(guī)格，和在這個新開發(fā)的工藝過程達到最小的變化。用于本試驗的測試板是在一個裝備有噴霧器助焊劑處理器、三區(qū)預(yù)熱器和氮氣設(shè)備的標準波峰焊接機器上運行，以 2m/min傳送