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无铅回流焊接中的质量问题处置惩罚

2015-09-07www.p005.com
焊接质量问题的界说和分类:
     正在SMT运用中,产物的焊接质量能够用以下的界说去形貌。
“正在设想企图的运用情况、体式格局和寿命期中,可以或许保持某个水平的机器和电气机能。”
正在那界说中,“运用情况”教唆用的场所,如室内或是室外、静止的工作台或移动的交通工具上、和情况的温湿度等等;“体式格局”主要指的是通电事情形式。比方一天中会开关屡次的(如手机、电脑、MP3、汽车电子等产物),或通电启动后根基不关机的(如通讯机站,家用电话,供电珍爱等产物);“寿命期”指得是产物的预期使用期。这些都邑由于行业状况和企业定位的差别而有所差别,也是设想部门必需给于定义的,以是以上的界说中道“设想企图”。“保持某个水平”指的是能够接管的失误或生效水平,比方道1%的产物生效,或某个机能量化上的20%下落之类的界说。
从以上的界说中,提出了一点我们正在一样平常消费中常常没有很好的照应到的,就是产物的“寿命”题目。因为检测手艺手腕,和本钱和常识等的限定,正在现在的SMT用户群中,可以或许较充足照应到那方面的用户为数不多。以是我们不难正在市场上看到'不耐用'的产物。
    关于那些念搞好SMT的企业来讲,质量的界说必需包孕两大类。就是'零时质量'和'可靠性'(或'寿命')。'零时'指的是使用时间为整。也就是交货时的质量显示。若是不思索包装、运输、库存等影响,就是制造商发货时的质量,经由过程FT(功用测试)、校验等事情把关的质量。而因为客户吸收到不良品后会赞扬退货,一样平常制造商对那方面的显示对照相识。但关于'可靠性'方面的显示便一定有充足具体的纪录和数据去量化了。
    除辨别'零时'和'寿命'质量中,焊接质量借能够分红'焊点'和'非焊点'或'质料'质量。'焊点'质量望文生义指的是回流焊焊点是不是能正在使用寿命期内和运用情况条件下结实的连结其机器和电性接合机能。正在回流焊接中,全部产物,包孕所有PCBA上的器件和基板等质料都邑经由高温,而不良或不配合的高温掌握可能会对这些质料停止损坏,那便需求工程师们去研讨和处置惩罚'非焊点'质量了。典范的非焊点质量问题如器件封装的爆裂或分层,质料融化等等。
    焊点质量的包管,需求知足几个内部和内部身分。内部前提有以下三点:
    1.充足和优越的润湿;2.恰当的焊点大小;3.优越的形状表面。
充足和优越的润湿,是让我们晓得'可焊性'状态的主要指导。一个已润湿的焊点很难有充足的IMC构成,这也就直接通知我们焊接质量是差的。这里要提示一点,有润湿迹象固然示意可焊性存在,但借不克不及完整示意IMC的及格。而IMC构成的水平或状态,才是决意焊点可靠性的要害。那是表面搜检才能的一个主要限定。
    焊点的大小,间接决意焊点的机器强度,和蒙受委靡断裂和蠕变的才能。正在回流焊接手艺中,一样平常焊点的质料多来自锡膏的印刷量。正在和器件焊端质料婚配不幻想的状况下,大焊点有时候也能够起着缓冲质量问题的感化。从以上的看法上,我们期望焊点偏大为佳。不外太大的焊点也能够带来题目。比方影响润湿的搜检性,和轻易形成吸锡、桥接等工艺题目,以至借能够收缩电迁徙毛病寿命等。
    焊点的形状表面也很重要。因为正在运用中,焊点构造内部的各部分所蒙受的应力其实不一样,以上提到的'焊点大小'身分借必需和那'形状表面'身分一并思索。比方一个'少锡'泛起正在翼型引脚'足尖'的题目,正在可靠性思索上便没有泛起正在'足跟'部位去的严峻。
    焊点质量的内部结构身分也有以下三个重要方面应当获得包管。
1.恰当的金属间合金层;
2.空虚的焊点内部结构;
3.焊点内部的微晶构造。
 
    金属间合金IMC的构成状态,是决意焊点机器强度的要害。差别的金属会构成差别身分组合的IMC,而其强度也有所不同。以是正在挑选器件、PCB焊盘镀层金属和锡膏金属的婚配上是个确保质量的重要工作。正在选对恰当的质料后,接下来的题目就是经由过程焊接工艺的掌握,使IMC构成优越的厚度了。IMC已构成时我们称该焊点为'虚焊',其构造是不结实的。但因为IMC自己是个懦弱的金属,以是一旦构成太厚时,焊点也轻易正在IMC构造中断裂。以是掌握IMC厚度便成了焊接工艺中的一个重点。
焊点的内部必需是'真'的。因为正在回流焊接工艺中,锡膏和PCB质料等会有收回气体的征象,正在焊点表面看来恰当及格的状况下,其内部有可能由于这些气体的披发而充气,泛起一些大大小小的气孔。使该焊点的机能实际上相似'焊点小'的状况,可靠性遭到要挟。
    焊点的微晶构造,遭到加热温度、工夫和热热速度的影响。差别粗细的构造也泛起差别的抗委靡才能。那题目正在传统锡铅中的影响不是很大。不外正在进入无铅手艺后,有讲演指出对某些合金材料是敏感的。用户正在挑选无铅质料时最好按自己状况给于需要的评价思索。
    '非焊点'质量方面。我们所体贴的质料(器件和PCB)的耐热性。作为用户,一样平常我们是正在DFM(可制造性设想)流程中,正在挑选时背供应商讨取那方面的技术资料。而现在供应商较盛行的做法,是提供给用户一个相似'回流曲线'的尺度,上面标示了温度和工夫极限,供用户随从跟随运用。实在这类做法有待革新。由于器件并不是单一材料,而是由差别质料、有结构性设想和工艺加工过的'产物'。现在这类耐热性目标形貌法,其实不能很准确的掌握和保证质量。我正在未来的文章中再供应更多更具体的注释。读者们如今该晓得的,是我们必需有个耐热目标去随从跟随和掌握我们的焊接工艺。
   焊点质量的判定:
    现在业界多半用来对焊接效果停止把关的手腕,是接纳MVI(目视)或AOI(主动光学检测),合营以ICT(在线电性测试)和FT(功用测试)。前者属于'表面'磨练,固然能够检出局部工艺题目,但借不克不及掩盖所有的表面毛病形式。才能较强的是运用显微镜野生目检的做法。不外因为速度和本钱干系并没有被接纳。AOI速度效力固然较好,但检出率还不太幻想。前面的两种检测属于电性检测而非工艺检测。也就是是道,工艺题目必需要严峻到正在检测时曾经形成电性题目或差别,那工艺题目才气被这两种要领检出。比如说,焊点太小的工艺题目,大部分时刻并未能形成电性题目或差别。像这类工艺题目便没法被辨认或检出。
    不论是前者的表面检测或是后者的电性检测,他们对焊点的寿命皆借没法具有较下的检出率。先前我们谈到质量的内部和内部结构身分。在内部构造身分上,这些常用的做法皆缺少磨练才能。以是严厉来讲,现在我们的搜检手艺,是没法供应充足的质量保证的。我将正在未来的文章中和人人更深入的议论质量保证方面的课题。
    回流焊温度曲线大观:新葡京赌博app
    正在我们议论一些回流焊接工艺毛病之前,我们先去回忆一下回流焊接工艺的回流焊接曲线。以便我们稍后和毛病形式对应。读者若是要晓得有关回流工艺更具体的,能够参考2004年的“回流焊接手艺的工艺要点和手艺整合思索”一文。
    一个典范的回流焊接工艺的工夫/温度曲线相似以下图一所示。
从图中我们能够看到,全部回流焊接历程能够分5个工序。即是:
1.升温
2.恒温(也称预热或挥发)
3.助焊
4.焊接
5.冷却
    第一工序的升温目标,是正在不损伤产物的状况下,尽快使PCBA上的各点的温度进入事情状况。所谓事情状况,即最先对无助于焊接的锡膏成份停止挥发处置惩罚。
    第二个工序如其三个称号(恒温、挥发、预热)所示意的,具有三方面的感化。一是恒温,就是供应充足的工夫让冷点的温度'追'上热点。当焊点的温度越靠近热风温度时,其升温速度就越缓,我们便应用这类征象来使冷点的温度逐步靠近热点温度。使热冷点温度靠近的目标,是为了削减进入助焊和焊接区时峰值温差的幅度,便于掌握个焊点的质量和确保一致性。恒温区的第二个感化是对锡膏中曾经没有用的化学成份停止挥发处置惩罚。第三个感化则是制止正在进入下个回流工序,面临高温时遭到太大的热打击。
    助焊工序是锡膏中的活性质料(助焊剂)发挥作用的时刻。现在的温度和工夫供应助焊剂洗濯氧化物所需的活化前提。
    当温度进入焊接区后,所供应的热量足以融化锡膏的金属颗粒。一样平常上器件焊端和PCB焊盘所运用的质料,其熔点皆高于锡膏,以是本区的最先温度由锡膏特性决意。比方以63Sn37锡膏来讲,此温度为183oC。升温凌驾此温度后,温度必需继承上升,并连结充足的工夫使融化的锡膏有充足的润湿性,和可以或许和各器件焊端和PCB焊盘间构成恰当的IMC为准。
    最初的冷却区感化,除使PCBA回到室温便于后工序的操纵中,冷却速度也能够掌握焊点内部的微结晶构造。那影响焊点的寿命。
    回流焊接工艺毛病和曲线的干系:
以上提到的5个回流焊接工序中,每一部分皆有它的感化,而相干的毛病形式也不同。处置惩罚这些工艺题目的关键在于对它们的明白和如何判定毛病形式和工序的干系。
好比第一个升温工序,若是设置欠妥形成的毛病将能够是'气爆'、'溅锡引发的焊球'、'质料受热打击破坏'等题目。第二段的'恒温'工序能够形成的题目却不尽雷同。那一工序的毛病形式能够是'热坍塌'、'连锡桥接'、'下残留物'、'焊球'、'润湿不良'、'气孔'、'立碑'等等。正在焊接历程中,炉子的特定温区卖力处置惩罚曲线中的某一时间段或工序,但我们一样平常没法看到焊接的真正历程(现在的炉子并没有供应这些步伐或轻易,纵然有些炉子安装玻璃窗口的也由于焊点小,窗口间隔近而没法清晰视察)。而只能见到焊后的效果。若是要解决问题,我们便必需要具有可以或许从毛病形式揣摸出相干工艺工序的才能。要做到这一点,除需求有很好的征象视察和捕抓才能中,起首必需对种种毛病征象的道理有很详细的熟悉(注一)。
    回流焊接的毛病形式:
    正在典范的回流焊接PCBA组装工艺中,回流焊接工序后常常是用户用做搜检和质控点的中央。这里所观察到的题目,固然不都是由于回流焊接工艺所引发的,但也有很多毛病形式是和回流工艺的设置或掌握欠妥有关。要有效和完全的解决问题,我们必需对这些毛病形式,包孕回流和非回流工艺的,包孕线上和线中的(注二),皆给于研讨和掌握。 那才气施展手艺整合的感化。
若是我们把核心只放正在'回流焊接工艺'上,所常见到的毛病形式有以下几种。
1.      润湿不良或缺乏;
2.      虚焊 / 弱焊(包孕由于热能缺乏形成的,见注三);
3.      回流缺乏(焊料已全融化);
4.      移位 / 飞料(包孕'立碑');
5.      收锡 / 缩锡;
6.      锡流失(形成少锡或开焊);
7.      桥接 / 短路 / 连锡;
8.      锡球 / 锡珠;
9.      '爆米花'效应;
10.  器件的热破坏;
11.  焊点内泛起气孔或真空孔;
12.  焊点粗拙;
13.  焊点外面泛起裂缝或断裂;
14.  二次熔解(泛起正在混装工艺或单回流工艺上)。
    以上除第2项的'虚焊 / 弱焊',局部第10项的'热破坏',以落第11项的'气孔'毛病形式中,都是属于和'零时毛病'和'表面'有关的。而正在'可靠性'或'寿命'毛病相干的毛病形式中,我们另有别的的形貌做法。这是将上述2,10和11项的3种毛病形式经由过程运用中的损坏(或测试)形式去界说。常用的形式有以下几种:
1.委靡断裂;
2.蠕变断裂;新葡京赌博app
3.抗推(注四);
4.抗切(注四);
5.抗震;
6.抗撞击。
    '零时毛病'的14项毛病形式,和'可靠性'的6个毛病形式有肯定的干系存在。正在恰当的DFR(可靠性设想)和DFM(可制造性设想)下,若是可以或许包管'零时毛病'的14个毛病形式受控,我们能够正在很大的水平上包管产物的'可靠性'。也就是这个干系,使我们得以经由过程较可行的消费质量管理和磨练去做到对可靠性的包管。
    毛病形式剖析和处理案例:
正在SMT手艺中,所有毛病形式皆非单一身分所形成。把各个毛病形式的身分找出来并停止研讨,经由过程相识去掌握各个要素是用户根蒂根基工艺工程师的重要事情。上面我们来看看一个毛病道理的例子。期望经由过程那案例能使读者更好的熟悉手艺整合运用的理念。
我们以第一种的润湿不良或缺乏的题目为例,那毛病的成因牵扯到物料品种或特性、包装、库存、后勤搬运、工艺等多方面的身分。正在供给链或产业化的角度来看,则牵扯到设想部、供应商、堆栈后勤部、和生产工艺等部门的事情。正在手艺整合管理的要求上,这些部门皆必需对各自的义务停止合营界说,并确保各自做好天职事情。这样才能防备题目的发作。而所谓各自之间的合营,是指经由过程手艺道理和本钱利润思索去给事情目标界说。以是正在手艺整合管理前,我们必需对全部组装手艺停止充足的相识,才气使我们做出准确恰当的决议计划。
    要确保润湿,主要的前提就是焊接金属的特性。'润湿'是一种相对特性,以是质料间的婚配是个要害。正在一个运用回流焊接的典范焊点上,包孕了三种质料。也就是器件的焊端、锡膏和PCB焊盘的外面镀层。从用户的角度来讲,很不幸的,供应商们发清楚明了不但一种,而是为数不少的配搭组合。正在露铅手艺中,固然锡膏合金的品种不算多,但正在PCB焊盘镀层上,尤其是器件焊端镀层上,却也泛起了很多的挑选。这些质料的相对润湿性其实不同等。而更糟的是,但这些质料合营其他思索身分时,比方统一PCBA上具有浩瀚的器件品种,各器件焊端的镀层厚度,焊端内层质料,焊端的电镀工艺,库存工夫和前提等等后,更构成了一个可说是多变庞大的特性差别状态。质料的选用是用户设想部的事情,以是确保所选用质料合适自己或外加工场的制造才能(注五)是个主要的事情。那就是手艺整合管理中的DFM元素。那局部的事情做到位时,用户能够包管所要的物料具有合适水平的润湿性。老葡京赌场
    用户设想部门经由过程整合剖析指定质料的品种和镀层厚度后,包管润湿性的事情只是个最先,我们只晓得手艺的可行,而脱离质量保证尚有一段距离。用户的下个存眷项目是采购或供应商评价和质量监控。所选用的供应商,必需具有充足的制造手艺和质量管理才能,以确保供应的质料皆能相符设想部门的要求。包孕金属或合金的纯度、镀层厚度、内层金属间的干净度、电镀密度等等。做到那一步,用户便能够有用确实保来料是有润湿性包管的。
关于大多数用户来讲,现在能接纳JIT管理和运作形式的其实不多,纵然有履行的也只是部分要害物料的履行。以是器件物料的库存照样一样平常的运作和管理工作。一些行业的市场特性,和一些管理水平较下的企业,一样平常的库存工夫并不算少,也因而不成为质量问题的主因。但也有别的的一部分用户,因为行业市场特性,好比超小批量的消费,或本钱压力等等,或是管理水平偏低等身分,形成库存工夫偏偏少的征象。关于这些用户,库存管理便能够成为润湿性毛病形式的一个主要掌握环节了。做到那一步,用户可以或许确保物料正在消费时具有优越润湿性的前提。
    别的一个需要的事情,就是建立起工艺才能了。也就是挑选工艺和制订工艺特性参数。我们这里举的是回流焊接的例子,以是工艺挑选也就是回流焊接。至于工艺特性参数,对'润湿不良或缺乏'那一毛病形式而言,在于回流工序中的第二至四工序。也就是'挥发'、'助焊'和'回流'三个工序。个中特别今后两讲工序为重要掌握点。'挥发'工序若是做得欠好,残留的挥发物将影响助焊的结果,也便影响润湿的才能。'助焊'的工夫若是掌握欠妥,太短时助焊效力还没有被施展出来,太长时泛起从新氧化,也皆影响或低落润湿性。以是那工序也必需有优越的温度和工夫掌握。'回流'的温度会决意润湿水平。温度越高时,融化金属的表面张力越低,有利于润湿。以是进步温度是个增强润湿的要领。不外那固然有其限定,比如说我们必需同时照应到高温能够形成的热破坏、变形等等题目。应当意识到的是,我们正在现实事情中所面临的其实不是一个温度匀称的单一焊点。而是千百个润湿性纷歧、温度纷歧,以至连单一焊点自己温度皆不均匀的焊点。而我们必需设置一个配合的温度和工夫(炉子的链速)去处置惩罚它们差别的特性要求。那就要供工艺工程师必需要天真的运用种种调制手腕去制订最好的设置了。
    让我们来看看一个现实案例。如下图二所示,是个焊端润湿不良的征象。融化的锡并没有充足的爬升到器件的焊端上部(能够见到泛起镀金的色彩),焊点正在焊盘上构成圆顶拱起的外形。读者也能够看到最左侧的焊点具有较完好的润湿。
 
    润湿不良
那征象的构成,是因为器件吸热大,焊端上的温度比起PCB焊盘上的温度来得低所形成。若是单只经由过程热耦测温,从温度曲线上是看不出的。由于热耦体形和衔接要领的干系,没法细看到焊点上的温度散布,以是从显现'均匀'值的温度曲线上我们没法看出那题目。不外经由过程视察焊点我们能够揣摸出那征象的成因。
   事先那毛病的纪录水平是介于47%到65%的不良率程度范围内。图三显现了事先的温度设置数据。
                       
     了解到题目的道理后,我对该产物的温度曲线停止从新调解。正在照应到其他焊点仍旧正在工艺范例内的状况下,我只管使该器件的焊端温度上升。而终究决意了采用以下图四的设置数据。
   工艺调解后炉温设置
    改进后生产的723块PCBA的不良率降到0,属于完整处理。图五为改善后熔锡爬升的状态。
    改善后润湿状况
    别的一个案比方图六所示,也是润湿不良的状态。从图六中我们能够看到焊点的锡聚积正在焊盘上而没有很好的爬升,只正在器件的焊端下方有润湿的迹象。不外那并不是工艺调制所能赔偿的题目。其现实问题是属于物料不良引发,而题目的严重性超越了工艺赔偿的才能局限。从图七中我们能够看到题目的地点。供应商正在焊端上的切割打磨过分,以至严峻到珍爱镀层曾经被撤除而暴露基材的色彩。基材的过分氧化使锡膏中的助焊剂没法消灭而形成润湿不良。这点事先正在个体器件的可焊性测试中便很明显的看出。
    润湿不良
    器件焊端不良
    以上的第二个案例,根基缘由就是该用户正在手艺整合中疏忽了供应商方面的评价管理,或是正在那方面做不到位。而不像第一个案例中是用户内部工艺可控的身分。便如本节最先时所说的,SMT毛病一样平常不是单一缘由形成。那两个'润湿不良'按例固然具有雷同的毛病征象,成因和应当接纳的解决方法却不一样。SMT的庞大组合,险些使得每次的毛病处置惩罚都是个全新的剖析和调解历程。以上的案例也只是事先状况的一个反应,读者不应当融会贯通的去运用那履历。由于您的'毛病形式'或征象固然相似,但个体状况能够差别。好比正在第二案例中,供应商能够通知您他供给的别的一个客户没有这类题目,而由此推理道不是器件物料的题目(注六)。事实上供应商的别的客户没有见到那题目,有可能是由于运用的锡膏差别,具有较强的助焊剂,或运用水洗手艺;以至也有可能是由于产物工艺难度差别(设想相干),和装备才能差别的身分形成他们确实很少有那题目。那就是SMT那门综合手艺的特质,就是我鼎力大举推行手艺整合运用和管理的缘由。我们对证量等所有整合身分之间的界说必需清晰,才气有用的处理和制止种种题目。
    要很好的处理回流题目,需求我们对全部SMT工艺道理和其他相干元素方面的清晰熟悉并停止恰当水平的掌握。这些元素包孕了正在本系列文章中首篇“手艺整合观点”中所提到的设想、质料、装备、工艺和质量管理5个方面。记得质量是个效果,要效果及格,只要经由过程输入和历程的掌握才气做到。那也是整缺点的基本概念。而那输入和历程的可控性,借必需经由过程其他一系列的设想、采购、供应商管理、根蒂根基工艺研发等等功用和运动去给于包管。那就是手艺整合事情。
    注一:SMT工艺工程师和质量工程师们,应当造就起一种对毛病征象很灵敏的视察才能。从毛病焊点以及其周边,以至PCBA之外的消费情况收集和得出常人所不克不及获得的信息。那是一种妙技。而这类妙技必需竖立正在专业技术基础上,也就是SMT焊接和组装道理上,才气够施展最高的效益。
    注二:'线上'是指正在生产线上,因为工艺、装备东西或操纵所形成的题目。'线外'是指生产线之外的其他身分,比方设想(DFM)、物料供应商、库存、物流、后勤等所形成的题目。
 
    注三:焊接热能缺乏的状况下,能够构成表面上看似无缺的焊点。但因为IMC没有很好构成,这类焊点的寿命能够缺乏,以是归为'虚焊'或'弱焊'类。有些用户将这类毛病称为'冷焊'。因为形成实焊或强焊的缘由不但是'热',以是这里我不把'冷焊'的称号到场并列。而冷焊的效果就是'虚焊'或'弱焊',也因而不将'冷焊'别的列出。
    注四:可靠性测试中有常用的'蜿蜒'测试,是属于'抗推'和'抗切'的综合效应测试。
    注五:这里的'制造才能'是广义的。包孕了工艺、采购、库存等方面的才能。
    注六:SMT手艺的因果关系庞大,常常不是直觉上可以或许做出正确判定的。尤其是正在设想最好计划时。海内习用的'之前没有题目','其他用户没有题目'的看法和心态必需纠正过来。才气作育一流的工程师和技术管理人材。
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