無鉛焊接工藝工藝監(jiān)控范文

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編者按：本文主要從我們面對的無鉛焊接挑戰(zhàn)；工藝窗口；工藝設(shè)置，對無鉛焊接工藝工藝監(jiān)控進(jìn)行講述。其中，主要包括：較高的焊接溫度、較差的潤濕性、較長的焊接時(shí)間、無鉛的工藝挑戰(zhàn)或工藝難處，在于其工藝窗口相對錫鉛技術(shù)來說是縮小了、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、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題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術(shù)中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術(shù)時(shí)，我們面對的焊接技術(shù)挑戰(zhàn)更大，等。具體材料詳見：

[摘要]要開發(fā)一條健全的、高合格品率的無鉛焊接生產(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)。本文針對回流工藝技術(shù)來進(jìn)行探討，探討了在無鉛技術(shù)的更嚴(yán)格要求下，如何對工藝進(jìn)行優(yōu)化和監(jiān)控。

[關(guān)健詞]無鉛焊接工藝工藝監(jiān)控工藝設(shè)置

一、我們面對的無鉛焊接挑戰(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，到目前還無法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當(dāng)我們在工藝、質(zhì)量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時(shí)，我們在工藝和成本上都不得不做出讓步。而在工藝上較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處理，這就需要較高的焊接溫度。

2．較差的潤濕性。無鉛合金也被發(fā)現(xiàn)具有較不良的潤濕性能。這不利于焊點(diǎn)的形成，并對錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤濕效果可以通過較高的溫度來提高，這又加強(qiáng)了無鉛對較高溫度的需求。熔化的金屬，一般在其熔點(diǎn)溫度上的潤濕性是很差的，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濕。

3．較長的焊接時(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。

以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢？總的來說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題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術(shù)中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術(shù)時(shí)，我們面對的焊接技術(shù)挑戰(zhàn)更大。

二、工藝窗口

簡單來說，無鉛的工藝挑戰(zhàn)或工藝難處，在于其工藝窗口相對錫鉛技術(shù)來說是縮小了。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)界許多回流的波動性時(shí)，我們根本無法使用高達(dá)255℃的溫度。

三、工藝設(shè)置

回流焊接的工藝設(shè)置，就是通過爐子的各溫區(qū)溫度，以及傳送鏈速度的設(shè)置來取得最適當(dāng)?shù)摹盎亓鳒囟惹€”的工作。最適當(dāng)?shù)囊馑迹硎緵]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)、錫膏的選擇來決定。不論是錫鉛技術(shù)還是無鉛技術(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，無鉛由于前面提到的工藝窗口縮小的問題，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。對于大多數(shù)用戶來說，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，人們遇到的問題似乎不大（但絕非沒有問題）。但進(jìn)入無鉛后，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錫膏等進(jìn)行測試評估。

器件焊端鍍層是另外一項(xiàng)沒有被仔細(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（例如無極電鍍，浸鍍等等）、以及鍍層的厚度，將決定用戶的庫存能力，可焊性以及質(zhì)量問題或故障模式。而這些也會因?yàn)闊o鉛技術(shù)到來而有所變化。以往不太需要注意的，現(xiàn)在也許會成為不得不給予關(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)目刂啤？傊辛己玫墓に囋O(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，接下來的就是面對批量生產(chǎn)了。批量生產(chǎn)的重點(diǎn)，在與推動快速生產(chǎn)的同時(shí)，確保每一個(gè)產(chǎn)品都是完好地被制造出來。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．對故障的改正成本高；

2．屬于事后更正的概念，無法取得零缺陷成績；

3．目前的檢查技術(shù)無法檢出所有問題（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)，反會對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程的控制，在生產(chǎn)現(xiàn)場又如何進(jìn)行呢？

我們不可能對每一個(gè)產(chǎn)品都焊上熱耦。有一種技術(shù)可以做到，就是非接觸式測量的紅外測溫技術(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有大量推廣。過后就沒有見到有開發(fā)這類技術(shù)的。

這類系統(tǒng)通過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，以及將來的采購工作。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)入無鉛技術(shù)后，縮小的工藝質(zhì)量窗口對于參數(shù)等的偏移敏感得多，也推動了我們對這類質(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，而要測量和理解它！” 新晨