分析无铅波峰焊接缺陷

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1、天马行空官方博客：http://t.qq.com/tmxk_docin；QQ:1318241189；QQ群：175569632分析无铅波峰焊接缺陷　　一个欧洲协会和其它的协会已经得出结论，无铅(Pb-free)焊接在技术上是可能的，但首先必须解决实施的问题，包括无挥发性有机化合物(VOC-free)的助焊剂技术和是否必须修改工艺来接纳所要求的更高焊接温度。　　达柯(Taguchi)试验设计(DOE,design-of-experiment)方法和统计过程控制(SPC,statisticalprocesscontrol)是

2、评估波峰焊接中无铅工艺的有效方法。其目的是要为特定应用的最佳设置确定基本的控制参数。　　达柯方法(Taguchimethod)寻求将创新的品质方法与传统的试验设计方法结合起来。研究出一系列相关的技术来最大限度的减少不想要的可变性，减少生产损耗和提供更大的顾客满意。例如，达柯方法用于减少生产变量有两个步骤：1.制造产品，以“最佳的”方式达到与目标的最小背离。2.尽可能同样地生产所有产品，达到产品之间的最小背离。　　达柯试验使用一个专门构造的表格或“正交阵列”来影响设计过程，因此品质在其设计阶段就嵌入产品内部。正交阵列是一项

3、允许对影响试验的因素进行独立地数学评估的试验设计。　　试验准备　　达柯试验准备从一个集思广益的会议开始，在这里一个结合不同学科的小组建立清楚的报告书，为设计合理的试验，列出问题、目标、所希望的输出特性和测量方法。然后，确定所有的过程参数和定义影响结果的有关因素：1.可控制因素：C1=对过程作用很大的并可直接控制的因素；C2=如果C1因素改变，需要停止过程的因素这个试验中，选择了三个C1因素：B=接触时间C=预热温度D=助焊剂数量锡温度是一个C2因素，由于需要用来增加/减少温度的时间。2.噪音因素是影响偏差的变量，但是不可

4、能控制或控制成本效率低的。例如在生产/试验期间，室内温度、湿度、灰尘等的变化。由于实际原因，没有把“噪音”成分列入试验的因素。相反，主要目标是评估单个品质影响因素的所起的作用。必须作其它的试验来量化它们对过程噪音的反应。最后，要求选择需要测量的输出特性。首选两个标准：没有锡桥的引脚数和通孔充满的合格性。　　试验规划与设计　　与其它方法比较(通常使用每次一个因素的研究，以确定可控制参数)，这个试验使用了一个L9正交阵列。在只有九个试验运行中，调查了三个级别的四个因素，如表一所示。表一、过程因素级别一级别二级别三A焊接温度(

5、°C)250260275B接触时间(sec)1.83.04.2C预热温度PCB顶面(°C)13090110D熔湿助焊剂数量(mg/dm2)355474639　　输出特性。适当的试验设定可得到最可靠的数据。例如，控制参数范围必须象实际一样趋于极端，以使问题明显化—；在这个情况下，锡桥与通孔渗透不良(图一)。为了量化锡桥的影响，对没有锡桥的上锡引脚计数。(每个板有200个引脚，因此最高分是200。)　　对通孔渗透的影响，每个充满焊锡的孔如图二所示标记。每个板最大总数为4662个点。　　试验中的材料　　无铅合金。最常用的波峰焊

6、接无铅合金是Sn/Cu和Sn/Ag/Cu。Sn/Cu,最廉价的无铅合金之一，具有高熔点(227°C)，除此之外比其它无铅合金的机械性能差。Sn/Ag/Cu是在Sn/Ag基础上的改进。Sn/Ag3.8/Cu0.7焊锡形成较高可靠性的焊接点，而且可焊性比Sn/Ag和Sn/Cu都好。锑的加入(0.25~0.50%Sb)，通过锑与银和锑与铜的金属间结构，提供更高的温度阻抗。可是，有对锑的毒性的关注，尽管有毒的氧化锑只是在600°C以上的温度才产生。Sn/Ag3.8/Cu0.7/Sb0.25(SACS)，熔点温度217°C，在试验

7、中使用过(表二)。表二，试验合金特性单位SACS化学成分Mass-%Sn/Ag3.8/Cu0.8/Sb0.25熔点°C217密度Kgm-37300(solid/250°C)7000(liquid/250°C)温度膨胀系数ppm21黏度Mpas(250°C)2.0表面张力Nm-10.46(N2)室温下懦变强度 High价格permass±4xSn/Pb　　板的表面情况。试验板选择了有机可焊性保护层(OSP,organicsolderabilitypreservative)，一种高性能的铜板涂层，它保护和维持通孔的可焊性。(

8、较早的研究表明，Sn/Ag/Cu与OSP表面是兼容的。)OSP是热气焊锡均涂(HASL,hot-airsolderleveling)与其它金属印刷电路板(PCB)表面处理的替代方法。由于更高的预热设定，这薄薄的有机涂层(0.2~0.5µm厚度)失去活性。由于OSP与水溶性助焊剂兼容，包含在助焊剂中的酸和溶剂迅速溶解O