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無(wú)鉛焊接技術(shù)論文(2)

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無(wú)鉛焊接技術(shù)論文

  無(wú)鉛焊接技術(shù)論文篇二

  淺談無(wú)鉛焊接工藝

  [摘要] 要開(kāi)發(fā)一條健全的、高合格品率的無(wú)鉛焊接生產(chǎn)線,需要進(jìn)行仔細(xì)地 計(jì)劃,并要為計(jì)劃的實(shí)施作出努力以及嚴(yán)格的工藝監(jiān)視以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和使工藝處于受控狀態(tài)。本文針對(duì)回流工藝技術(shù)來(lái)進(jìn)行探討,探討了在無(wú)鉛技術(shù)的更嚴(yán)格要求下,如何對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化和監(jiān)控。 ?

  [關(guān)健詞]無(wú)鉛焊接工藝 工藝監(jiān)控 工藝設(shè)置

  一、我們面對(duì)的無(wú)鉛焊接挑戰(zhàn)

  鉛是種特性十分適合焊接工藝的材料。當(dāng)我們將它除去后,到目前還無(wú)法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當(dāng)我們?cè)诠に嚒①|(zhì)量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時(shí),我們?cè)诠に嚭统杀旧隙疾坏貌蛔龀鲎尣健6诠に嚿陷^不理想的情況有以下幾個(gè)方面。

  1.較高的焊接溫度。大多數(shù)的無(wú)鉛焊料合金的熔點(diǎn)都較傳統(tǒng)錫鉛焊料合金高。業(yè)界有少部份溶點(diǎn)低的合金,但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點(diǎn)高 自然 需要更高的溫度來(lái)處理,這就需要較高的焊接溫度。

  2.較差的潤(rùn)濕性。無(wú)鉛合金也被發(fā)現(xiàn)具有較不良的潤(rùn)濕性能。這不利于焊點(diǎn)的形成,并對(duì)錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤(rùn)濕效果可以通過(guò)較高的溫度來(lái)提高,這又加強(qiáng)了無(wú)鉛對(duì)較高溫度的需求。熔化的金屬,一般在其熔點(diǎn)溫度上的潤(rùn)濕性是很差的,所以實(shí)際焊接中我們都需要在熔點(diǎn)溫度上加上20度或以上的溫度以確保能有足夠的潤(rùn)濕。

  3.較長(zhǎng)的焊接時(shí)間。由于溫度提高了,為了避免器件或材料經(jīng)受熱沖擊和確保足夠的恒溫以及預(yù)熱,焊接的時(shí)間一般也需要增長(zhǎng)。

  以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢?總的來(lái)說(shuō)就是器件或材料的熱損壞、焊點(diǎn)的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性問(wèn)題等工藝故障。這些問(wèn)題,在錫鉛技術(shù)中都屬于相對(duì)較好處理的。所以到了無(wú)鉛技術(shù)時(shí),我們面對(duì)的焊接技術(shù)挑戰(zhàn)更大。

  二、工藝窗口

  簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),無(wú)鉛的工藝挑戰(zhàn)或工藝難處,在于其工藝窗口相對(duì)錫鉛技術(shù)來(lái)說(shuō)是縮小了。例如器件的耐熱性,在錫鉛技術(shù)中一般為240℃,到了無(wú)鉛技術(shù),IPC和JEDEC標(biāo)準(zhǔn)中建議必須能夠承受260℃的峰值溫度。這提高只是20℃。但在合金熔點(diǎn)上,從錫鉛(Sn37Pb)的183℃到SAC305的217℃卻是提高了34℃!這就使工藝窗口明顯縮小。使工藝的設(shè)置、調(diào)整和控制都更加困難。

  如果不采用較高成本的低溫?zé)o鉛合金,你的最低溫度(約235℃),幾乎已經(jīng)是錫鉛技術(shù)中的最高焊接溫度了。而如果你采用美國(guó)NEMI的建議,也就是使用SAC305和焊接溫度在245到255℃時(shí),你的熱-冷點(diǎn)溫度窗口只有10℃,而在錫鉛技術(shù)中這溫度窗口有30℃之多。

  無(wú)鉛器件的耐熱標(biāo)準(zhǔn),目前多認(rèn)同確保在260℃最高溫度上,這距離推薦的SAC305合金的最高焊接溫度只有5℃。如果我們考慮測(cè)量設(shè)置的系統(tǒng)誤差(注二)的需要保留6℃,以及業(yè)界許多回流的波動(dòng)性時(shí),我們根本無(wú)法使用高達(dá)255℃的溫度。

  三、工藝設(shè)置

  回流焊接的工藝設(shè)置,就是通過(guò)爐子的各溫區(qū)溫度,以及傳送鏈速度的設(shè)置來(lái)取得最適當(dāng)?shù)?ldquo;回流溫度曲線”的 工作。最適當(dāng)?shù)囊馑迹硎緵](méi)有單一的曲線是可以供所有用戶使用的,而必須配合用戶的材料選擇、板的設(shè)計(jì)、錫膏的選擇來(lái)決定。不論是錫鉛技術(shù)還是無(wú)鉛技術(shù),其實(shí)工藝設(shè)置的方法都是一樣的。所不同的是其最終的參數(shù)值。基本上,無(wú)鉛由于前面提到的工藝窗口縮小的問(wèn)題,使得工藝設(shè)置的工作難度較高。這需要更高的工藝能力,以及對(duì)技術(shù)的了解和掌握上做得更完整更細(xì)化。

  工藝設(shè)置的首要條件,是用戶必須知道所要焊接產(chǎn)品的溫度時(shí)間要求。對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō),這就是回流曲線規(guī)范。為了方便技術(shù) 管理,一般只制定了一個(gè)規(guī)范,規(guī)范中清楚地指出了各參數(shù)的調(diào)整極限。在錫鉛技術(shù)中,絕大多數(shù)用戶的這個(gè)規(guī)范曲線都來(lái)自錫膏供應(yīng)商的推薦。在工藝窗口較大的錫鉛技術(shù)中,人們遇到的問(wèn)題似乎不大(但絕非沒(méi)有問(wèn)題)。但進(jìn)入無(wú)鉛后,這種法未必可靠。原因是錫膏并非決定焊接溫度曲線的唯一因素,以及供應(yīng)商提供的曲線并不精確。在掌握工藝技術(shù)較好的 企業(yè) 中,選擇錫膏前都必須對(duì)錫膏等進(jìn)行測(cè)試評(píng)估。

  器件焊端鍍層是另外一項(xiàng)沒(méi)有被仔細(xì)了解和控制的材料參數(shù)。鍍層的材料(例如NiPd或Sn等等)、鍍層的工藝(例如無(wú)極電鍍,浸鍍等等)、以及鍍層的厚度,將決定用戶的庫(kù)存能力,可焊性以及質(zhì)量問(wèn)題或故障模式。而這些也會(huì)因?yàn)闊o(wú)鉛技術(shù)到來(lái)而有所變化。以往不太需要注意的,現(xiàn)在也許會(huì)成為不得不給予關(guān)注的。PCB焊盤的鍍層也一樣,材料、工藝和厚度都必須了解和給予適當(dāng)?shù)目刂?。總之,要有良好的工藝設(shè)置,用戶必須首先知道自己的材料和設(shè)計(jì)需求。從需求上制定應(yīng)該有的溫度曲線標(biāo)準(zhǔn)。

  四、工藝管制和監(jiān)控

  以上所談的內(nèi)容,如果掌握得好,就能協(xié)助用戶設(shè)置出一個(gè)較好的回流焊接工藝。而在整個(gè)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中,以上的內(nèi)容要點(diǎn)可以協(xié)助用戶進(jìn)行試制和試生產(chǎn)的工藝階段。當(dāng)以上 工作處理好后,接下來(lái)的就是面對(duì)批量生產(chǎn)了。批量生產(chǎn)的重點(diǎn),在與推動(dòng)快速生產(chǎn)的同時(shí),確保每一個(gè)產(chǎn)品都是完好地被制造出來(lái)。所以我們就有所謂的質(zhì)量 管理工作和責(zé)任部門。

  時(shí)至今日,大多數(shù)工廠的質(zhì)量管理,還是較依賴傳統(tǒng)的一些檢驗(yàn)和返修的做法。例如采用MVI(目檢)、AOI(自動(dòng)檢驗(yàn))等手段,配合以一些量化 統(tǒng)計(jì)做法如SPC等。但在今天的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)中,這些都屬于較落后的手段方法。以下指出幾個(gè)常遇到的缺點(diǎn)。

  1.對(duì)故障的改正成本高;

  2.屬于事后更正的概念,無(wú)法取得零缺陷成績(jī);

  3.目前的檢查技術(shù)無(wú)法檢出所有問(wèn)題(一些故障的可檢性還不好);

  4.目前檢查技術(shù)在速度和精度上都還跟不上組裝技術(shù);

  5.太多和濫用檢查技術(shù),反會(huì)對(duì)它形成不良的依賴性,而忽略了從工藝著手;

  6. SPC不適合于小批量和高質(zhì)量的生產(chǎn)模式。這情況下其能力非常低。

  較好的做法是檢查設(shè)備和工藝能力,控制過(guò)程,而不是檢查加工的結(jié)果(也就是產(chǎn)出品的檢查)。廠內(nèi)的所有爐子的性能必須給予測(cè)量和量化。在保養(yǎng)管理中確保Cm和Cmk的受控。這是良好質(zhì)量的前提條件之一。這方面的討論不在本文的范圍之內(nèi)。而工藝能力以及加工過(guò)程的控制,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)又如何進(jìn)行呢?

  我們不可能對(duì)每一個(gè)產(chǎn)品都焊上熱耦。有一種技術(shù)可以做到,就是非接觸式測(cè)量的紅外測(cè)溫技術(shù)。曾有爐子供應(yīng)商在爐子內(nèi)部設(shè)計(jì)這樣的溫度監(jiān)控,但由于技術(shù)不成熟,效果不理想而最終沒(méi)有大量推廣。過(guò)后就沒(méi)有見(jiàn)到有開(kāi)發(fā)這類技術(shù)的。

  這類系統(tǒng)通過(guò)以下的途徑提供用戶很好的質(zhì)量控制方法:

  1.100%不間斷的檢查;

  2.實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)督;

  3.提供預(yù)警;

  4.完整的紀(jì)錄方便質(zhì)量跟蹤;

  5.完整的 報(bào)告可以提高客戶的信心。

  除了以上功能之外,其實(shí)這類系統(tǒng)還可以協(xié)助監(jiān)控爐子的表現(xiàn),提高爐子的維護(hù)保養(yǎng)管理,以及將來(lái)的采購(gòu)工作。是個(gè)先進(jìn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中重要的一個(gè)工具。

  當(dāng)我們進(jìn)入無(wú)鉛技術(shù)后,縮小的工藝質(zhì)量窗口對(duì)于參數(shù)等的偏移敏感得多,也推動(dòng)了我們對(duì)這類質(zhì)量監(jiān)控工具的需求。其作用就像質(zhì)量管 理學(xué) 中的一句常用名言:“不要靠猜測(cè),而要測(cè)量和理解它!”

  
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