整理回流焊接技術(shù)的工藝要點(diǎn)參考爐溫曲線調(diào)整

1、回流焊接技術(shù)的工藝要點(diǎn)和技術(shù)整合考慮、F -、.刖言：焊接，是電子板組裝作業(yè)中的重要工序，如果沒有很好的掌握它，不但會(huì)出現(xiàn) 許多“臨時(shí)故障”還會(huì)直接影響焊點(diǎn)的壽命。測(cè)溫儀幾乎都有了，可是還有很多用戶沒有對(duì)所有產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)溫認(rèn)證、調(diào)整 溫度設(shè)置；有的用戶使用測(cè)溫了，卻沒有掌握焊接工藝要點(diǎn)，又無(wú)法優(yōu)化工 乙。本文希望通過(guò)對(duì)回流焊接原理和要點(diǎn)的解釋，促使用戶在本課題上做進(jìn)一 步的學(xué)習(xí)和研究，以達(dá)到更好的處理這門技術(shù)的目的。在SMT回流焊接中有諸如紅外、熱風(fēng)、激光、白熱光、熱壓等等技術(shù)。由于篇幅和時(shí)間的原因，本文 只對(duì)最常用的熱風(fēng)回流焊接技術(shù)作解釋。另外，任何工藝結(jié)果，都是個(gè)綜合 性。PCBA的組裝質(zhì)量

2、，并不是單由焊接工藝決定的。即使是如焊球之類看是 焊接問題的，也都是由設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備、和工藝（包括焊接前的各工藝工 序）所合成的。所以技術(shù)整合應(yīng)用和管理才是保證良好組裝質(zhì)量的根本做法。 以影響SMT的工序之多（注一）以及決定質(zhì)量因素種類之多，要充分的解釋技 術(shù)整合應(yīng)用，即使用十?dāng)?shù)萬(wàn)字也是不夠的。所以本文在有限的篇幅中，只對(duì)焊 接工藝做重點(diǎn)解釋，對(duì)于其他相關(guān)的工藝、可制造性設(shè)計(jì)、材料質(zhì)量、設(shè)備能 力等等都假設(shè)做得到位。焊接的基本要求：不論我們采用什么焊接技術(shù)，都應(yīng)該保證滿足焊接的基本要求，才能確保有好 的焊接結(jié)果。高質(zhì)量的焊接應(yīng)具備以下 5項(xiàng)基本要求。1. 適當(dāng)?shù)臒崃浚?. 良好的潤(rùn)濕；3.

3、適當(dāng)?shù)暮更c(diǎn)大小和形狀；4. 受控的錫流方向；5. 焊接過(guò)程中焊接面不移動(dòng)。適當(dāng)?shù)臒崃恐笇?duì)于所有焊接面的材料，都必須有足夠的熱能使它們?nèi)刍托纬?金屬間界面（IMC）,足夠的熱也是提供潤(rùn)濕的基本條件之一。另一方面，熱 量又必須控制在一定程度內(nèi)，以確保所接觸到的材料（不只是焊端）不會(huì)受到 熱損壞，以及IMC層的形成不至于太厚（注二）。潤(rùn)濕除了是較好可焊性的象征外，也是形成最終焊點(diǎn)形狀的重要條件。不良的 潤(rùn)濕現(xiàn)象通常說(shuō)明焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)不理想，包括 IMC的未完整成形以及焊點(diǎn)填充不 良等問題。這些問題都會(huì)影響焊點(diǎn)的壽命。要焊點(diǎn)有足夠的壽命，就必須確保焊點(diǎn)的形狀和大小符合焊端結(jié)構(gòu)的要求。太 小的焊點(diǎn)其機(jī)械強(qiáng)

4、力不足，無(wú)法承受使用中的應(yīng)力，甚至連焊接后存在的內(nèi)應(yīng) 力也無(wú)法承受。而一旦在使用中開始出現(xiàn)疲勞或蠕變開裂，其斷裂速度也較 快。焊點(diǎn)的形狀不良還會(huì)造成舍重取輕的現(xiàn)象，縮短焊點(diǎn)的壽命期。受控的錫流方向也是焊接工藝中的重要部分。熔化的焊錫必須往所需要的方向 流動(dòng)，才能確保焊點(diǎn)的形成受控。在波峰焊接工藝中的盜錫焊盤和阻焊層 （綠油）的使用，以及回流焊接工藝中的吸錫現(xiàn)象，就是和錫流方向控制有關(guān) 的技術(shù)細(xì)節(jié)。焊接過(guò)程中如果焊端移動(dòng)，根據(jù)移動(dòng)的情況和時(shí)間而定，不但會(huì)影響焊點(diǎn)的形 狀大小，還可能造成虛焊和內(nèi)孔情況。這都將影響焊點(diǎn)的質(zhì)量壽命。所以整個(gè) 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及工藝，都必須照顧到焊接過(guò)程中焊端保持不動(dòng)狀態(tài)。

5、在回流焊接工藝中，除了以上通用焊接條件外，還有特別的一點(diǎn)，就是必須把 經(jīng)過(guò)印刷工藝后沒有作用的錫膏中的化學(xué)成分及時(shí)揮發(fā)處理。這點(diǎn)尤其是在雙 面焊接工藝中的首面要求更嚴(yán)格。以上的技術(shù)要求，我們?cè)谠O(shè)計(jì)和處理回流焊接工藝時(shí)都必須注意。下面我們來(lái) 進(jìn)一步了解回流焊接工藝以及它可控制的手段技巧?；亓骱附訙囟戎本€：由于整個(gè)回流焊接的工藝要點(diǎn)在于控制PCBA上各點(diǎn)的溫度和時(shí)間，溫度曲線是個(gè)常用和重要的工藝管理工具。從基本理論上來(lái)看，圖一中的溫度直線 是可以做到焊接效果的。圖一 基本上，如果我們能夠在升溫不太快的情況下（避免造成熱沖擊損害），使焊 端的溫度上升到超過(guò)其熔化溫度（但不超過(guò)產(chǎn)品安全溫度），并保持適

6、當(dāng)?shù)臅r(shí) 間（提供適當(dāng)?shù)臒崃浚┖笫芸亟禍?。我們是可能達(dá)到焊接要求的。事實(shí)上這很難做到。主要存在三個(gè)問題。一是我們的實(shí)際產(chǎn)品存在不同的器件 和布線，這意味著 PCBA上不同點(diǎn)有熱容量的差別。所以我們可能出現(xiàn)以下圖 二中的情況。圖二從圖二中我們可以看到板上有熱點(diǎn)和冷點(diǎn)需要同時(shí)照顧到其各自的溫度/時(shí)間需求。當(dāng)我們?nèi)鐖D二中把冷點(diǎn)（B）的溫度調(diào)到符合焊接要求時(shí)，板上的熱點(diǎn)（A）有可能已經(jīng)超出安全溫度而造成損壞。但如果我們把溫度降低到A點(diǎn)符合要求時(shí)，貝U B點(diǎn)可能又出現(xiàn)冷焊故障。溫度直線所面對(duì)的第二個(gè)問題，是在實(shí)際焊接中我們必須首先處理錫膏中已經(jīng) 無(wú)用的成分，使其完全并溫和的揮發(fā)。這揮發(fā)工藝對(duì)于不同的錫膏有

7、不同的要 求。而由于錫膏中存在溶劑、穩(wěn)定劑、稀釋劑和濃化劑等多種成分，各成分對(duì) 揮發(fā)所需要的時(shí)間和溫度又有不同，我們未必在以上熱、冷點(diǎn)的限制下能夠通 過(guò)直線完成。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)不復(fù)雜的情況下（熱容量差距小和安全窗口大），我 們可能可以通過(guò)放緩升溫速度來(lái)達(dá)到要求，但從室溫到峰值溫度一般需要200度左右（無(wú)鉛技術(shù)更高），這對(duì)需要快速生產(chǎn)的用戶又是個(gè)難題。第三個(gè)問題，是 PCBA設(shè)計(jì)一般牽涉到許多不同的器件材料和封裝，而我們面 前采用的回流爐子以熱風(fēng)技術(shù)為多，空氣本身并不是個(gè)很好的熱導(dǎo)體，其傳熱 必須依靠對(duì)流效果。而空氣流動(dòng)的控制是個(gè)高難度的工藝，何況必須控制到 SMT焊端這么微小的面積精度上，更幾乎是

8、不可能做得很好。加上PCBA上器件的布局對(duì)空氣流動(dòng)的影響，使我們?cè)谔幚鞵CBA上各點(diǎn)的溫度和時(shí)間關(guān)系上難以兼顧。這造成了我們?nèi)绻鉀Q所有焊接相關(guān)的問題（例如焊球、氣孔、 吸錫等），我們必須有個(gè)能夠靈活設(shè)置和調(diào)整的曲線。回流溫度曲線：如果我們要避開以上溫度直線的問題，并擁有較好的工藝能力的話。我們需要 類似以下圖三的溫度曲線。圖三：溫度曲線從上圖中我們可以看到，整個(gè)回流焊接過(guò)程可以分 5個(gè)工序。即是:1升溫2. 恒溫3. 助焊4. 焊接5. 冷卻第一工序的升溫目的，是在不損害產(chǎn)品的情況下，盡快使PCBA上的各點(diǎn)的溫度進(jìn)入工作狀態(tài)。所謂工作狀態(tài)，即開始對(duì)無(wú)助于焊接的錫膏成份進(jìn)行揮發(fā)處 理。恒溫區(qū)

9、起著兩個(gè)作用。一是恒溫，就是提供足夠的時(shí)間讓冷點(diǎn)的溫度追上 熱點(diǎn)。當(dāng)焊點(diǎn)的溫度越接近熱風(fēng)溫度時(shí)，其升溫速率就越慢，我們就利用這種 現(xiàn)象來(lái)使冷點(diǎn)的溫度逐漸接近熱點(diǎn)溫度。使熱冷點(diǎn)溫度接近的目的，是為了減 少進(jìn)入助焊和焊接區(qū)時(shí)峰值溫差的幅度，便于控制個(gè)焊點(diǎn)的質(zhì)量和確保一致 性。恒溫區(qū)的第二個(gè)作用是對(duì)錫膏中已經(jīng)沒有用的化學(xué)成份進(jìn)行揮發(fā)處理。助焊工序是錫膏中的活性材料（助焊劑）發(fā)揮作用的時(shí)候。此刻的溫度和時(shí)間 提供助焊劑清洗氧化物所需的活化條件。當(dāng)溫度進(jìn)入焊接區(qū)后，所提供的熱量足以熔化錫膏的金屬顆粒。一般上器件焊 端和PCB焊盤所使用的材料，其熔點(diǎn)都高于錫膏，所以本區(qū)的開始溫度由錫膏 特性決定。例如以6

10、3S n37錫膏來(lái)說(shuō)，此溫度為183oC。升溫超過(guò)此溫度后，溫 度必須繼續(xù)上升，并保持足夠的時(shí)間使熔化的錫膏有足夠的潤(rùn)濕性，以及能夠 和各器件焊端以及PCB焊盤間形成IMC為準(zhǔn)。最后的冷卻區(qū)作用，除了使 PCBA回到室溫便于后工序的操作外，冷卻速度也 可以控制焊點(diǎn)內(nèi)部的微結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這影響焊點(diǎn)的壽命?；亓骱附庸に嚬收虾颓€的關(guān)系：以上提到的5個(gè)回流焊接工序中，每一部分都有它的作用，而相關(guān)的故障模式 也不同。處理這些工藝問題的關(guān)鍵在于對(duì)它們的理解以及如何判斷故障模式和 工序的關(guān)系。比如第一個(gè)升溫工序，如果設(shè)置不當(dāng)造成的故障將可能是氣爆、濺錫引 起的焊球、材料受熱沖擊損壞等問題。恒溫工序造成的問題可

11、能是熱坍塌、連錫橋接、高殘留物、焊 球、潤(rùn)濕不良、氣孔、立碑等等。助焊工序相關(guān)問題有焊球、潤(rùn)濕不良、虛焊等等。焊接工序設(shè)置不當(dāng)?shù)南嚓P(guān)問題可能是潤(rùn)濕不良、吸錫、縮錫、焊球、 IMC形成不良、立碑、過(guò)熱損壞、冷焊、焦 炭、焊端溶解等等。冷卻所可能造成的問題一般較少和較輕。但如果設(shè)置不當(dāng)，也將可能影響焊點(diǎn) 的壽命。如果馬上進(jìn)入清洗工藝，貝U可能造成清潔劑內(nèi)滲而難以清洗的問題。必須注意的是，前 4項(xiàng)工序是連貫性的，相互間也有關(guān)系。所以故障模式并不 常是那么容易區(qū)分。例如立碑和焊球故障往往必須綜合調(diào)整才能夠完 全解決問題。常見的回流焊接工藝設(shè)置問題：本文開始時(shí)我提到了不少用戶在回流焊接上做得不理想。以下

12、是常見的一些問 題和錯(cuò)誤。讀者不妨也看看本身是否存在這些問題。1 .完全按照錫膏供應(yīng)商所提供的溫度曲線指標(biāo)來(lái)設(shè)置爐溫目前絕大多數(shù)的用戶，在焊接溫度的設(shè)置上都只用錫膏供應(yīng)商所提供的資料 作為根據(jù)。這引出了兩個(gè)問題。一是錫膏供應(yīng)商所建議的曲線只做錫膏焊接 性方面的考慮，而并不可能知道用戶 P CBA上的其他要求。所以曲線只能作 為參考而非標(biāo)準(zhǔn)。尤其是焊接區(qū)的溫度和時(shí)間部分，用戶的考慮需求往往不 是錫膏方面的。另外，錫膏供應(yīng)商在恒溫區(qū)的特性要求上往往不是十分精 確，這和錫膏供應(yīng)行業(yè)的特性有關(guān)。因此造成了用戶焊接工藝設(shè)置不能優(yōu) 化。2. 缺乏工藝窗口的概念在工程項(xiàng)目中，我們很忌諱缺乏窗口、上下限和公差

13、的概念。 因?yàn)檫@樣將使我們忽略和無(wú)法優(yōu)化以及控制我們的技術(shù)特性參數(shù)?；亓骱附?工藝也是如此。雖然以上如圖二在解釋原理時(shí)我們只用單一曲線指標(biāo)。但實(shí) 際工作中，我們對(duì)于每一個(gè)工藝特性參數(shù)，都必須有上限和下限。也就是有 個(gè)明確的工藝窗口才好操作。3. 熱冷點(diǎn)的錯(cuò)誤判斷有了工藝窗口后，適當(dāng)?shù)淖龇ㄊ谴_保 P CBA上的每一點(diǎn)的溫度都在這窗口范 圍內(nèi)。在實(shí)際工作中我們不可能對(duì)每一個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。所以回流焊接工藝 設(shè)置的要點(diǎn)在于如何確認(rèn) P CBA上的最冷和最熱點(diǎn)。當(dāng)我們將這兩點(diǎn)的要求 都能夠通過(guò)工藝調(diào)整來(lái)滿足時(shí)，其他的焊點(diǎn)自然就同時(shí)得到滿足。傳統(tǒng)的做 法中，用戶多通過(guò)外觀觀察器件的大小來(lái)決定測(cè)溫?zé)狁钤撛O(shè)置

14、在什么地方。 這是一套十分陳舊的做法。在以往的紅外線焊接技術(shù)中還可能有幾分可靠。，但到了熱風(fēng)焊接中其可靠性就很小了。如果讀者曾見到諸如0603的小矩形件的兩端溫差高達(dá) 8度，或QFP四周引腳溫差達(dá)13度，或在拼版上 不同電路的同一器件焊點(diǎn)位置上有高達(dá)20度的溫差情況時(shí)，就會(huì)相信這觀察預(yù)測(cè)的做法是絕對(duì)不行的。我甚至見過(guò)有用戶使用未貼片裸板，把熱耦選擇接在四角和中央位置來(lái)測(cè)溫 的，這和盲目設(shè)置爐溫又有什么兩樣。？ 4.輕重取舍不清在設(shè)置和調(diào)制焊接工藝時(shí)，我們可能會(huì)遇到設(shè)計(jì)難度高的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可 能由于板上器件的選擇和布局造成其間熱容量出現(xiàn)巨大的差異。如果再遇到 所采用的回流爐能力不是很強(qiáng)，或所采

15、用的錫膏在焊接窗口上容忍性不是很 高的話，工藝調(diào)制可能無(wú)法兼顧到所有的焊點(diǎn)質(zhì)量。在這種情況下，我們就 必須對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行取舍。不少用戶由于DFM/DFR （可制造性設(shè)計(jì)/可靠性設(shè)計(jì)）做得不到位，或生產(chǎn)部對(duì)產(chǎn)品上各材料/焊點(diǎn)的壽命要求不了解，造成無(wú)法有效進(jìn)行取舍，正由于缺乏前面 3步的正確做法，不少用戶甚至對(duì)于 這種工藝調(diào)制優(yōu)化的做法完全沒有意識(shí)。5.誤把五個(gè)工藝當(dāng)成單一工藝本文先前提到，回流焊接事實(shí)上是包括了升溫、恒溫、助焊、焊接、和冷卻 5個(gè)工序的一套工藝。如果忽略了這個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)于我們解決工藝問題可 能造成混亂或錯(cuò)誤的決策。例如焊球問題的處理，焊球問題在升溫、恒溫或 助焊工序處理不當(dāng)時(shí)都

16、可能出現(xiàn)，但成因各異。升溫工序造成的焊球問題多 是由于氣爆引起，也多半和材料質(zhì)量、庫(kù)存時(shí)間和條件以及錫膏印刷工藝有 關(guān)（注三）。但如果是恒溫工序造成的，則多和溫度/時(shí)間設(shè)置不當(dāng)，或錫膏變質(zhì)有關(guān)。和助焊工序相關(guān)的，則是氧化程度偏高以及溫度/時(shí)間設(shè)置不當(dāng)引起。各情況下出現(xiàn)的焊球其表象各不相同，處理方法也不一樣。如果沒 有把它當(dāng)成不同工序不同機(jī)理來(lái)分析，就只可能胡亂調(diào)整設(shè)備或盲目嘗試 了。我曾在一些國(guó)內(nèi)外的技術(shù)論文中見到用 DOE來(lái)優(yōu)化回流爐溫度和鏈速參數(shù) 設(shè)置的。這是把5種工序混成一體處理的做法。這做法的效果（注四）應(yīng)該 給于仔細(xì)評(píng)估。在沒有使用熱冷點(diǎn)測(cè)溫做法的情況下，這種DOE做法或許能給我們帶

17、來(lái)改善。，但如果誤把這改善當(dāng)作工藝優(yōu)化，我想在工藝管理上 就是大錯(cuò)特錯(cuò)了。6. 對(duì)供應(yīng)商資料的誤解和盲目跟從有不少用戶對(duì)供應(yīng)商的資料的含義和使用方法產(chǎn)生誤解。很多供應(yīng)商指標(biāo)本 為參考值，或起著傻瓜機(jī)作用（注五）。但用戶并不了解這一點(diǎn)，而代 表供應(yīng)商與用戶直接溝通聯(lián)系的銷售人員也并沒有強(qiáng)調(diào)或說(shuō)明清楚，造成用 戶盲目的使用而發(fā)生錯(cuò)誤。例如圖四中器件供應(yīng)商的焊接要求指標(biāo)。其中不 少信息并非該器件所決定。例如Preflow部分的指標(biāo)主要受錫膏特性影響較大，該器件供應(yīng)商所提的不過(guò)是一種牌子型號(hào)的錫膏，未必就是用戶使 用的那種。ELfProfileIL jt AJ I )P咿即供應(yīng)商指標(biāo)問題供應(yīng)商指標(biāo)本身

18、也經(jīng)M HiiriLujii CipntkkiuEhMrlhuil / C4ilDtLa I沖 bci cfOtaZ iEjc Iu llr IlAHMrwindflrt ubomiHif 1q buizrdblhpi_J ri % Atikn. A*_ru PiUrt RtWwi jf d CunoJiD-h Arm b- 111 Lc bau bhDT ipOutibk- 5e土 hEEULE zirdin KAicRHlc* rinnXacy1衛(wèi)urntHi iaiic2-41巳I圖五：器件供應(yīng)商技術(shù)資料8.缺乏工藝調(diào)制能力焊接工藝的其中一個(gè)挑戰(zhàn)，是各焊點(diǎn)之間出現(xiàn)的溫差。一些焊接故障如立

19、 碑、偏移、吸錫和橋接等，都和溫差有關(guān)。溫差形成的原因除了熱容量的設(shè) 計(jì)外，和焊接過(guò)程中熱風(fēng)的對(duì)流情況，以及材料和PCB基板的傳熱情況有關(guān)。工藝調(diào)制的工作，就在于分析這些熱容量、熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)等條件，和 適當(dāng)?shù)慕o予調(diào)整補(bǔ)償。由于在爐子上基板的傳送只有一個(gè)速度。，工藝調(diào)整 必須盡量借助于各爐子溫區(qū)的設(shè)置。而上下溫區(qū)對(duì)PCBA的加熱方式有所不同（注六），上下溫區(qū)的配合更是能夠發(fā)揮工藝優(yōu)化的能力的。但由于許多 用戶都未掌握這種有用的調(diào)制技術(shù)。，我們常見到的都是一成不變的上下溫 區(qū)同溫設(shè)置。9.缺乏工藝管制手段以上8點(diǎn)問題，都是針對(duì)焊接工藝的設(shè)置和調(diào)制的。撇開這些不談，目前不 少用戶在工藝管制上也缺乏

20、一套好的做法。一般用戶對(duì)本身的回流爐能力并 未進(jìn)行詳細(xì)的考評(píng)。例如爐子的穩(wěn)定性、回溫能力、排風(fēng)影響等等。而在設(shè) 置了工藝參數(shù)后，一般也不進(jìn)行任何確保工藝不過(guò)度偏移的監(jiān)控措施。做法 較規(guī)范的，主要是定期（例如每班次）進(jìn)行過(guò)板溫度測(cè)量。但這種做法是否 足夠或有效，在沒有對(duì)爐子進(jìn)行詳細(xì)的能力認(rèn)證前是無(wú)法知道的。例如有一 臺(tái)價(jià)格不菲并享有良好聲譽(yù)的爐子，經(jīng)過(guò)測(cè)試評(píng)估后，其處理負(fù)荷變化的能 力不太理想。如果遇到負(fù)荷較大的產(chǎn)品以及進(jìn)板時(shí)間不穩(wěn)定受控時(shí)，是有可 能出現(xiàn)焊接不理想的結(jié)果的。在實(shí)際生產(chǎn)中，每一塊板的實(shí)際溫度變化情況 如何，用戶并不知道。所以目前一般的工藝管制做法是靠一個(gè)信字，而 且似乎信得有不少

21、盲目成份。10.缺乏技術(shù)整合的研究和做法良好的回流焊接工藝，并非只靠對(duì)焊接工藝機(jī)理的了解，或?qū)に噮?shù)的調(diào) 制就能夠有保證的。其實(shí)工藝調(diào)制的能力可能非常有限。因?yàn)樗艿皆O(shè)備、 工藝（可制造性）設(shè)計(jì)和材料等先決條件的限制。即使擁有很好的工藝知 識(shí)，工藝工程師也未必能夠保證工藝質(zhì)量。所以要做得好，一家企業(yè)必須推 行技術(shù)整合以及技術(shù)/管理整合?？上н@方面的做法和投入，在本區(qū)域市場(chǎng) 上也是較缺乏的。例如許多用戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，并沒有對(duì)焊接需求進(jìn)行詳細(xì) 的策劃評(píng)估；企業(yè)內(nèi)也缺乏對(duì)新器件進(jìn)行焊接性（注七）認(rèn)證的工作；設(shè)備 選購(gòu)時(shí)缺乏采購(gòu)前的實(shí)際測(cè)試（注八）；設(shè)備安裝后也缺乏對(duì)其焊接加熱能 力進(jìn)行量化管理，并

22、制定工藝能力和設(shè)計(jì)規(guī)范等等。這些都是缺乏技術(shù)整合 的現(xiàn)象。李氏回流溫度曲線：約三年前，美國(guó)SMT界對(duì)傳統(tǒng)的回流曲線（圖二）提出了質(zhì)疑。當(dāng)時(shí)由于一位 李氏提出了一項(xiàng)技術(shù)成果報(bào)告，認(rèn)為把曲線的升溫和恒溫部分改成稍慢的 直線升溫做法（見圖六），可以解決好些工藝問題。從那時(shí)候起，行業(yè)雜志、 書籍、報(bào)告等就先后出現(xiàn)了很多論文支持該論點(diǎn)和做法。圖六：李氏度曲線如果我們采 調(diào)制方法， 點(diǎn)調(diào)制，也 甚精確的錫 線指標(biāo)的仔 光是靠看焊 外觀的話， 曲線很有 們帶來(lái)改室溫-升溫區(qū)/揮發(fā)區(qū)安全溫度的緩升溫込熔化溫度時(shí)間! * tj 冷卻區(qū)助焊區(qū) 焊接區(qū)取的工藝 缺乏冷熱 缺乏對(duì)不 膏回流曲 細(xì)認(rèn)證， 接結(jié)果的 那李

23、氏 可能給我 善。因?yàn)槲覀儾蝗菀自谌狈σ陨峡茖W(xué)做法中僥幸獲得一個(gè)優(yōu)化的設(shè)置。我曾讀過(guò)一些論 文，說(shuō)回流焊接工藝中要完全去除焊球和氣孔是不可能的。這相信也 是因?yàn)槿狈σ陨峡茖W(xué)調(diào)制法的原因。據(jù)我所知，目前很好使用熱冷點(diǎn)評(píng)估設(shè)置 工藝的用戶十分少。而能夠掌握上下不同溫配合技巧的更是寥寥無(wú)幾。這就是 造成對(duì)這門技術(shù)誤解的原因。李氏曲線之所以有用，是因?yàn)樵S多用戶先前并沒有把溫度曲線摸清和設(shè)置好， 從而造成了焊球和殘留物等問題。李氏曲線的最大特點(diǎn)，是緩慢的從室溫升溫 到助焊和焊接時(shí)間。這給整個(gè)揮發(fā)工序帶來(lái)了溫和的好處。所以一切由于升溫和恒溫區(qū)分不清的問題，以及因?yàn)閷?duì)錫膏特性了解不精確的問題 等等，都得以改

24、善，看來(lái)效果良好。李氏曲線可能帶來(lái)的問題。是生產(chǎn)速度稍慢，以及焊點(diǎn)壽命的縮短。生產(chǎn)速度 方面的問題可能還不敏感。，原因是從事這些工藝研究的企業(yè)，大多有多溫區(qū) 和設(shè)計(jì)較好的爐子。在爐子加熱效率好以及加熱長(zhǎng)度夠的情況下，爐子生產(chǎn)速 度的壓力并不大。，往往還有余額空間。而壽命方面雖然是個(gè)大問題，但如果 沒有仔細(xì)的焊點(diǎn)可靠性分析，或沒有遇到產(chǎn)品設(shè)計(jì)較難的（熱容量差距大）， 這問題也許根本不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。李氏曲線較傳統(tǒng)曲線最不足的，是其恒溫效果 差。，所以對(duì)于熱容量差距大的板，焊接溫度的保證較困難。曾有一篇報(bào)告說(shuō) 李氏曲線可能出現(xiàn)較多的濺錫問題，應(yīng)該就是因?yàn)闊崛萘坎罹鄦栴}造成的。另外，李氏曲線不適合于紅外線

25、加熱技術(shù)。所以使用紅外加熱的（以較早期的 日本設(shè)備較多）用戶不宜使用。李氏曲線，也稱為慢升溫曲線或直線升溫曲線，事實(shí)上也是屬于一種傻瓜機(jī)概念（注四）。它對(duì)于新手或?qū)附庸に嚭驮O(shè)備認(rèn)識(shí)不深的用戶來(lái) 說(shuō)，是比較容易操作和避免較多的問題的。不過(guò)，李氏曲線在優(yōu)化能力上是不 如傳統(tǒng)曲線的。其實(shí)，做為 SMT用戶，我們不應(yīng)該局限于什么曲線外觀。關(guān)鍵 是了解您的材料、設(shè)計(jì)、設(shè)備的能力和需求，從而設(shè)置出支持它們的工藝曲 線。讀者可曾看過(guò)階梯式的溫度/時(shí)間曲線？我們?cè)跉W洲的一個(gè)產(chǎn)品上以它來(lái) 排除所有的焊接問題！ 正確的回流工藝做法：回流焊接技術(shù)，事實(shí)上并不如許多人所認(rèn)為的那么簡(jiǎn)單。尤其是當(dāng)您要求達(dá)到 零缺陷和

26、焊接可靠性（壽命）保證的情況下。我也只能暫時(shí)在做法上和大家分 享經(jīng)驗(yàn)。要確保有良好的回流焊接工藝，應(yīng)該有以下的做法:1了解您PCBA上的質(zhì)量和焊接要求，例如最高溫度要求和最需要在壽命 上得到照顧的焊點(diǎn)和器件；2了解PCBA上的焊接難點(diǎn)，例如錫膏印刷大于焊盤的部分，間距特小的 部分等等；3. 找出PCBA上最熱和最冷的點(diǎn)，并在點(diǎn)上焊接測(cè)溫?zé)狁睿?. 決定其他必需接熱耦測(cè)溫的地方，例如 BGA封裝和底部焊點(diǎn)，熱敏感器 件本體等等（盡量利用所有測(cè)溫通道來(lái)獲得最多信息）；5. 設(shè)置初始參數(shù)，并和工藝規(guī)范比較（注九）以及調(diào)整；6. 對(duì)焊接后的 PCBA在顯微鏡下進(jìn)行仔細(xì)觀察，觀察焊點(diǎn)形狀和表面狀況、潤(rùn)濕

27、程度、錫流方向、殘留物和PCBA上的焊球等等。尤其是對(duì)以上第2點(diǎn)記錄下的焊接難點(diǎn)處更要注意。一般而言，經(jīng)過(guò)以上的調(diào)整后 不會(huì)出現(xiàn)什么焊接故障。但如果有故障出現(xiàn)，針對(duì)故障模式分析，再針 對(duì)其機(jī)理配合上下溫區(qū)控制進(jìn)行調(diào)整。如果沒有故障，從所得曲線和板 上焊點(diǎn)情況決定是否要進(jìn)行微調(diào)優(yōu)化。目的是要使設(shè)置的工藝最穩(wěn)定以 及風(fēng)險(xiǎn)最小。調(diào)整時(shí)一并考慮爐子負(fù)荷問題以及生產(chǎn)線速度問題，以便 在質(zhì)量和產(chǎn)量上得到較好的平衡。以上的工藝曲線的設(shè)置調(diào)整，必須用實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行才會(huì)有把握。使用實(shí)際產(chǎn)品 的測(cè)試板，成本可能是個(gè)問題。有些用戶所組裝的板價(jià)格十分昂貴，這造成用 戶不愿意經(jīng)常測(cè)試溫度的原因。用戶應(yīng)該對(duì)調(diào)試成本和一旦出

28、現(xiàn)問題的成本進(jìn) 行評(píng)估。此外，測(cè)試板的成本還可以通過(guò)使用假件、廢板和選擇性貼片等做法 來(lái)進(jìn)一步節(jié)省資源。焊接工藝管制： 上面我們談的 進(jìn)入批量生產(chǎn)。（溫度、時(shí)間、6個(gè)步驟是工藝的設(shè)置和調(diào)制。當(dāng)我們對(duì)其效果滿意后，便可以 由此刻起，工藝管制就十分重要了（注十）。一旦焊接參數(shù) 風(fēng)量、風(fēng)速、負(fù)載因子、排風(fēng)等）決定了之后，確保這些參數(shù) 有一定的穩(wěn)定性是工藝監(jiān)控的目標(biāo)。目前較不理想的，是許多用戶對(duì)于以上的工藝參數(shù)并未進(jìn)行任何監(jiān)控。做得稍 微好的可能在固定時(shí)間段對(duì)溫度曲線進(jìn)行認(rèn)證。做法是使用測(cè)試板和測(cè)溫儀器 過(guò)爐測(cè)量后和原先紀(jì)錄進(jìn)行比較。即使如此，這做法上仍然有些缺點(diǎn)。一是測(cè) 量的頻率和時(shí)間缺乏科學(xué)性的制

29、定，以感性作決策為多。其二是抽樣的可靠性 偏低。這種做法如果要確保較高的效益，必須配合并建立在對(duì)設(shè)備有深入的研 究和性能認(rèn)證工作的基礎(chǔ)上。對(duì)于從事高質(zhì)量要求的行業(yè)，例如汽車電子、軍用品、醫(yī)療設(shè)備、超級(jí)電腦、 電力保護(hù)等等，以上的抽樣式管制是不夠的。目前市場(chǎng)上有一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，可以不間斷的對(duì)爐子內(nèi)的氣流和溫度情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。達(dá)到100%的工藝控制目的。唯一不足的，是目前該設(shè)計(jì)還未能和爐子的溫控系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)整合，所 以還是屬于一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而非控制系統(tǒng)。不過(guò)這系統(tǒng)已經(jīng)在工藝管制 的領(lǐng)域中帶給用戶好處。據(jù)了解，目前這類技術(shù)在歐美使用很多，日本和韓國(guó) 企業(yè)這兩年也開始采用，臺(tái)資企業(yè)由于受美國(guó)的影響也在

30、近年較多的使用。而 唯獨(dú)中國(guó)企業(yè)使用得很少。這和采購(gòu)觀念（注十一）以及對(duì)技術(shù)應(yīng)用和管理的 認(rèn)識(shí)有關(guān)。但我覺得只是個(gè)認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)的過(guò)程現(xiàn)象。相信將來(lái)中國(guó)的企業(yè)也會(huì) 大量使用這門工藝管制技術(shù)。我曾對(duì)這系統(tǒng)和一些SMT用戶交流過(guò)，不少用戶其實(shí)并不了解這技術(shù)，常誤以為它重復(fù)了爐子內(nèi)部的溫度控制功能。事實(shí)上爐 子內(nèi)部控制系統(tǒng)一般只監(jiān)控溫度而不監(jiān)控氣流，爐子的回溫反應(yīng)也有 一定的延誤，絕對(duì)不是預(yù)防性的。這也就是說(shuō)，以目前的爐子控制技術(shù)來(lái)說(shuō)， 爐子本身并不能夠保證不會(huì)出錯(cuò)。而這實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，雖然目前也不能預(yù)防質(zhì) 量問題的出現(xiàn)，但卻有能力告訴用戶爐子所不能夠提供的故障信息。除了這 點(diǎn)，該系統(tǒng)還具備風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)功能和

31、 QA功能。是個(gè)值得考慮的工具。設(shè)備要求：好的回流爐子是確保良好工藝的重要部分。尤其是從事加工服務(wù)類的企業(yè)（CM或EMS行業(yè)），因?yàn)槿狈?duì)設(shè)計(jì)方面的控制力，工藝補(bǔ)償和調(diào)整能力便成為成 功的關(guān)鍵了。這除了需要掌握類似本文中的工藝知識(shí)外，對(duì)設(shè)備性能的依賴也 就越重。怎么樣才算是好的回流焊接設(shè)備？我們可以從以下特性進(jìn)行評(píng)估。1. 加熱效率2. 熱量穩(wěn)定性（包括溫度和風(fēng)速、風(fēng)量）3. 熱容量4. 回溫速度5. 氣流滲透能力6. 氣流覆蓋面和均勻性7. 風(fēng)速和風(fēng)量的可調(diào)性和可控性8. 溫區(qū)間隔絕程度9. 溫區(qū)的數(shù)目10. 加熱區(qū)的長(zhǎng)度11. 冷卻的可調(diào)控性12. 對(duì)排風(fēng)的要求 從以上的特性中我們不難看到

32、，超出一半的特性是不存在設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)書中 的。而這就是為什么選擇一臺(tái)焊接爐子，是絕對(duì)不可能從紙面上的討論和評(píng)估 得到保障的。唯一的方法就是對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)試（注十二）。技術(shù)整合：最后我想再?gòu)?qiáng)調(diào)一個(gè)理念。任何工藝，如果要做得最好，就必須考慮到技術(shù)整 合。這整合包括了設(shè)計(jì)（DFM ）、設(shè)備、工藝、材料。，也包括了技術(shù)（如何 焊接等等）和做法（質(zhì)量管制方法等等）及管理（如何建立有效的流程和知識(shí) 隊(duì)伍等等）上的整合。和錫膏印刷或貼片等工藝一樣，回流焊接也是個(gè)系統(tǒng)， 一個(gè)不如我們?cè)S多人想象中那么簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。我在本文較早時(shí)候提到工藝故障和回流溫度曲線各工序間的關(guān)系。讀者該緊記 的一點(diǎn)，是這些故障并非都由焊接

33、工藝所引起。SMT故障都是綜合性的。，以下我舉個(gè)例子說(shuō)明。在處理J型引腳（例如PLCC和SOJ封裝）的組裝工藝時(shí)，如果出現(xiàn)少錫虛焊 故障，并不意味就是個(gè)焊接問題。首先我們必須了解J型引腳的特點(diǎn)。J型引腳的結(jié)構(gòu)是上方呈直立，到下方往器件的內(nèi)部彎（接近半圓，底部和焊盤接觸部 分稍平）。這種結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)有幾個(gè)特點(diǎn)：1. 不容易浮游；2. 直立部分容易吸錫（往上爬升）；3. 底部往內(nèi)彎所形成的夾角有助于焊點(diǎn)的形成（留錫）；fillet ）。4. 質(zhì)量的重點(diǎn)在于器件內(nèi)部（封裝本體下）的填充（了解以上特點(diǎn)后，我們就可以知道如何處理整個(gè)焊接工藝了。首先在設(shè)計(jì) （DFM ）上我們必須注意：1. 錫膏量不能夠太

34、多，適量的錫膏會(huì)在熔化時(shí)被引腳的夾角留住。太 多的錫膏容易助長(zhǎng)引腳直立面往上拉錫，而造成少錫問題。2. 由于不容易浮游，即使在器件輕的情況下，引腳材料的選擇可以采用 60Sn40以外潤(rùn)濕性較差的材料。這有助于防止吸錫現(xiàn)象和增加貼片的光 學(xué)識(shí)別質(zhì)量和穩(wěn)定性。3. 焊盤內(nèi)側(cè)可以稍長(zhǎng)，兩側(cè)稍窄，外側(cè)稍短。這保證焊點(diǎn)的質(zhì)量，同時(shí)防 止吸錫問題。4. 所有焊盤引腳必須加入熱阻設(shè)計(jì)，避免造成冷焊盤；5. 器件周邊避免有高的器件以及距離太近；6錫膏印刷鋼網(wǎng)開口偏內(nèi)；7. Ni/Au焊盤鍍層為優(yōu)選。如果因成本采用HASL保護(hù)層，裸板交貨期短，保持新鮮。（如果鋼網(wǎng)稍厚，上述6項(xiàng)中的鋼網(wǎng)開口形狀最好做微調(diào)整）在工

35、藝上，我們要求:1. 有較高恒溫溫度容忍性的錫膏；2. 恒溫溫度設(shè)置盡量接近最高點(diǎn)；3. 峰值溫度設(shè)置盡量接近最低點(diǎn)；4. 采用上冷下熱的設(shè)置；5. 考慮較緩慢的冷卻（補(bǔ)償3帶來(lái)的影響）。為了能夠支持以上的工藝要求，在設(shè)備（回流爐）上我們要求:1. 良好的加熱效率；2. 良好的氣流滲透（氣旋）能力;3. 風(fēng)量/風(fēng)速可調(diào)控 以上的設(shè)計(jì)、材料、工藝和設(shè)備綜合考慮，就是技術(shù)整合。讀者可以看到 各方面都有本身的功能和責(zé)任，只有這樣處理，我們才能有把握做到零缺 陷。注一：SMT工藝并不只是錫膏印刷-貼片-焊接這么簡(jiǎn)單的數(shù)步。我們必須把它 更進(jìn)一步的細(xì)分。例如錫膏印刷工藝實(shí)際上是包括了定位、填充、刮平、脫模 四個(gè)基本步驟。而實(shí)際上，當(dāng)我們研究工藝和設(shè)備參數(shù)關(guān)系時(shí)，這四個(gè)步驟的 分法還嫌粗略。所以，要很好的掌握 SMT技術(shù)，就必須意識(shí)到它具有大量工