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1、ProcessControlwith LeadFree HandSolderingJoeCurcioOKInternational手工无铅焊接控制过程讨论的题目手工焊接的过程控制传统的Pb-Sn含铅焊料的手工焊接目前的PbFree无铅手工焊接必须重新考虑的特殊性焊接的热能量的讨论如何确保手工焊接的过程控制焊接要达到的目的形成可靠的焊点(产品可靠性Reliability)产品废品率低(Yield,minimizerejects)生产效率高(Productivitythroughput)所有上述三点的获得均与焊接的过程控制有紧密联系PbFree无铅焊接的控制参数要求
2、更严格正确的焊接温度(ProperConnectionTemperature)MIL-STD/IPCRuleofThumb(美军标)焊点的温度为焊锡溶点温度加40C(72F),烙铁头停留在焊点的时间为2-5秒钟焊锡+40C(MP)+72F(MP)60/40223C(183C)433F(361)Sn3.8Ag0.7Cu257C(217C)495F(423)Sn0.7Cu267C(227C)513F(441)LFrequirementis52Fto70Fhigher无铅焊接的温度比有铅焊接高出52Fto70F焊接过程焊接过程是热能量从热源向被焊物的热能量转移过程(从
3、烙铁头通过焊锡,助焊剂,管脚形成热能量转移)1.加热的烙铁头接触焊盘和焊锡烙铁头上存储的热能量传递给焊盘,被焊物的管脚和焊锡升温到焊接温度关注点:一旦烙铁头接触到焊盘,其存储热能量的供应是非控制的.2.助焊剂活化区(FluxActivationPhase)热能量传递到焊盘,助焊剂开始活化,开始去除被焊物上的氧化层使确保能够形成很好的焊接润湿过程关注点:存储热能量过大将瞬间烧掉助焊剂,焊接过程没有助焊剂活化区3.形成合金焊点区(IntermetallicBondFormationPhase)热能量继续传递给被焊物直到温度达到焊锡溶点温度加上40°C焊锡在被焊物表面
4、流动,填充间隙形形成合金焊点关注点:是否使用的烙铁加热体能够补充失去的存储热能量的同时不产生温度过冲4.降温区(CoolDownPeriod)烙铁头从被焊物离开关注点:操作人员是否能掌控在3-5秒中离开焊盘是需要充足的焊接经验的.如何形成热能量源加热体热能量热能量源(ThermalEnergySources)–加热体,烙铁头存储能量在闲置时,系统对烙铁头存储热能量存储热能量=f(烙铁头金属密度,烙铁头设置的闲置温度)此时存储热能量传递到焊点,加热体热能量开始对被焊物补充热能量状态1.烙铁头处闲置状态状态2.烙铁头接触被焊物瞬间状态烙铁头没有接触被焊物体时烙铁头接
5、触被焊物体时加热体热能量存储的热能量传递的热能量给出加热体热能量时(HeaterEnergyatt>0)最佳的存储热能量过量的存储热能量,过大的烙铁头密度和过高的设定的闲置温度烙铁头接触焊盘时间加热体热能量助焊剂活化区FluxActivationZone形成手工焊接的回流焊曲线焊接回流焊接区助焊剂活化区传递的第一部分热能量=烙铁头存储的热能量(热能量值取决于烙铁头密度和设置的烙铁头闲置温度)温度时间3-5秒钟传递给焊盘的加热体能量(HeaterEnergyTransfertoPad)焊盘温度过量的存储热能量由于过大的烙铁头密度和过高的设置闲置温度最佳的烙铁头存储
6、热能量焊盘温度时间加热体热能量回流焊和合金焊点形成区Reflow&Inter-metallicZone形成手工焊接的回流焊曲线形成焊锡回流焊接并保持一定时间形成合金焊点需要可控制的加热体热能量输出给焊盘助焊剂活化区温度时间3-5秒钟正确的焊接过程助焊剂活化区回流焊接区3-5秒钟温度梯度变化闲置温度控制技术:T2=加热体温度,T1=传感器测量温度(注释:焊盘温度是预测和估计的)结果:系统控制是根据传感器温度(温度梯度和多大功率补充是CPU取样控制结果)设置闲置温度传感器反馈焊点所需热能量温度控制点焊点所需热能量所需热能量温度控制点能量的梯度变化功率(热能量)技术:
7、T2=是很薄的磁性材料形成原子级温度控制单对焊盘温度进行热能量输出反馈T1=焊盘的温度结果:系统对焊盘热能量的需求量进行反馈,热能量的供应是根据焊盘的需求供应的.公式定义:T2-T1(温度差别)=Power(热能量)xRt(热阻)传统陶瓷加热体温度控制式烙铁功率控制式烙铁烙铁头温度加热体温度加热体温度烙铁头温度焊盘温度焊盘温度总结:Pb-Sn有铅与PbFree无铅的过程控制存储热能量的烙铁头接触到焊盘时存储的热能量以失控的状态将热能量立即供给焊盘助焊剂活化区氧化层被清掉,改善焊接润湿合金焊点形成区焊点温度上升到焊锡溶点加40°C焊锡回流焊形成合金焊点降温区焊点冷
8、却soldersolid
