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    無鉛焊接的關鍵—工藝溫度曲線


    www.mp4ya.com 2007年9月21日

        

    摘要:

    向無鉛焊接的過渡,勢必引起工藝各個方面的改變,包括PCB、元器件 和焊膏等,供應商需要對這些挑戰做出響應。對于大部分CEM廠商來說,回 流焊工藝本身就是最大的問題來源,而這些問題必需由CEM廠商自行解決。 SolderStar公司董事總經理 Mark Stansfield 認為,工藝溫度曲線測試儀正是解 決這些重大挑戰的關鍵因素。 

    在經歷過初期的大力宣傳、幾次反復開步及強制 性的無鉛工藝加速實施后,2006年7月1日,歐盟的RoHS法規終于塵埃落定并正式執行。

    無論接受與否,此后,那些想把電子產品銷售到歐盟 國家的生產廠商必需確保其產品的無鉛化。這對于一直備 受沖擊且已習慣于錫/鉛焊接及其相關特性的電子產業來 說,影響可謂非常深遠。 

    回流焊工藝本身正經歷巨大變革,對于小型廠家和 CEM來說,最主要的困難是能否跟上這個改變,對工藝溫 度曲線的精確測試是成功實現變革的關鍵。

    新的挑戰 
    向無鉛焊接轉變的主要問題是工藝窗口縮小,只要看 看一些典型的焊膏和元器件的焊接溫度要求就會明白。

    在采用液相溫度為183℃ 的錫鉛焊料合金 (Sn63/Pb37) 的標準焊接工藝中,最低峰值溫度應當在200-205℃的范圍,最高峰值溫度應為235℃(見圖1)。這個235℃的上限 溫度正好與大多數元器件生產商的元器件最高溫度值相吻 合。因此,分布著不同工藝溫度元器件的主板將有30℃的 工藝窗口,來實現良好的焊接效果。

    由于錫鉛技術的高度成熟化,除了一些非常原始而陳 舊的設備,很少有人會在工藝上出現重大失誤和問題。

    將錫鉛的工藝窗口與(圖2中)的無鉛SnAgCu工藝窗口比 較會發現,無鉛的工藝窗口變窄很多,這無疑給工藝操作 帶來很多新問題。

    SnAgCu完全熔融的溫度為217℃,相對應的最低和最 高峰值溫度分別為227℃和257℃。顯而易見,這個最高值 超過了大多數現有的半導體廠商產品的溫度最高值。元器 件生產商都在全力追求更高的封裝品質,但這需要時間來 改善;而目前一些尺寸較小、比較脆弱的封裝也給廠家提 出了嚴峻的挑戰。

    如果考慮現實的狀況,把最高溫度值降到目前這個水平 (235℃),工藝溫度范圍就只有8℃了。

    這樣,勢必會帶來兩方面的影響:

    1、無論主板上有什么樣的元器件 (種類或大小不同), 都會更加重視爐膛內部,主板各處承受的溫度的差 值是否最;

    2、需要用溫度曲線測試儀來精確測量其實際溫度,從 而正確設置工藝溫度曲線,并在工藝過程中監控各 個工藝參數的變化趨勢。

    應對挑戰 
    既然過渡到無鉛后會提高工藝要求,那我們該怎么辦?

    顯然,對于給定的焊膏類型和主板,必需建立新的回 流焊工藝,并進行優化。焊膏廠家會提供相應的參數和信 息,但各種主板因為其表面分布的元器件類型和數量的不 同,存在著各種各樣的差異:

    1、更換焊膏,溫度范圍也隨之改變; 
    2、更換機器,用不同廠家的機器或不同型號,就需要重新設置相關參數。

    我們需要的是能加快這種設置過程,使整個事情變得 更直觀的測試工具。這個工具應當具有以下三個重要功能: 首先,必須具有完整的焊膏數據庫。SolderStar的軟件 中已設立了專門的焊膏數據庫,其中包含大多數廠家的焊 膏品牌、型號和技術參數,焊膏數據庫還收錄了各焊膏的 工藝參數范圍及標準溫度曲線。

    用編輯菜單和工藝指導流程可以快速添加新的焊膏或 特殊的焊膏,從而加快工藝轉換速度。

    第二,也是更重要的一點,是不再需要根據焊膏指標 而對工藝參數進行煩瑣的測量和評測。

    Solderstar系統有一個獨特的圖形式工藝檢查視窗,名為Process Checker,能根據焊膏參數分析每個工藝參數, 并用簡便直觀的圖形顯示出相應結果。

    綠色區域內的工藝參數表示該參數代表的工藝制程合 理。紅色區域內的工藝參數表示該參數代表的工藝制程不 合理,需要注意及改善,相關圖案會自動閃爍,向用戶示警。

    如果更換了焊膏類型,新的焊膏極限參數將立即生 效。更換焊膏的影響可立即觀察到。

    第三,系統應顯示加熱區和傳送帶速度改變的所帶來 的效果,以便引導用戶進行工藝優化。

    SolderStar 系統備有新的圖表式模擬系統,名為 Profile Seeker,可對加熱區和傳送帶速度的改變預先進行離線 評估。有了這個軟件工具,用戶在設立全新的溫度曲線, 如更換或評估某種無鉛焊膏,或對現有溫度曲線進行優化 時,就不必頻繁地進行溫度測試,節省了時間和成本。

    Profile Seeker 系統會顯示出一條模擬溫度曲線,并且 可以和現有曲線放在一起進行對比,以圖示的直觀方式,向 用戶表明主要工藝參數改變對溫度曲線的巨大影響。

    Copyright©2007- Shenzhen Huajian Solder Products Co., Ltd.  All right reserved

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