焊接工藝發(fā)展趨勢使用聚焦白光的選擇性焊接一種創(chuàng)新的解決方案。到挑戰(zhàn)，要以成本有效的方法來制造日益復(fù)雜的裝配。技術(shù)規(guī)格，同時保持在品質(zhì)、產(chǎn)量和成本的限制之內(nèi)。聚集白光(focusedwhitelight)焊接為許多挑戰(zhàn)性焊接成為制造商的一個吸引人的的選擇。在線的(line-integrated)和裝配設(shè)計，這些使傳統(tǒng)的回流焊接是不實際的。在世界級的高產(chǎn)量運作中，光束(lightbeam)工藝期時間和少于每百萬100(ppm)的缺陷率。光束利用可焊接有成本效益的替代方法。光束設(shè)計光束技術(shù)的最簡單形式類似于通過放大鏡玻璃將工藝幾乎就可以產(chǎn)生了。首選的光源是氙燈(xenonlamp)板上提供更好的熱傳播能力。由PanasonicFactoryAutomationPark,IL)設(shè)計的一個聚集白光系統(tǒng)使用來自1500W氙燈的光能。這個能量通過放大鏡由光纖線傳送到一個可變的(大于等于1mm)間接地通過視頻監(jiān)測系統(tǒng)來觀察。光束焊接開關(guān)裝配內(nèi)端子的精密焊接少量引腳元件的裝配不能清洗的元件PCMCIA應(yīng)用和幾何形狀復(fù)雜的裝配。光束在焊接點上產(chǎn)生的獨特問題設(shè)定特征要求使用更新的助焊劑，其配方具有低揮發(fā)性和低濺錫特性。系統(tǒng)集成于大多數(shù)制造裝配線。自動機械平臺與集成焊接過程的軟件已經(jīng)在過去幾年大大改進(jìn)。MotorolaManufacturingSystems(BoyntonBeach,FL)和MotorolaCellularSubscriberGroup(Harvard,IL)的工藝開發(fā)專家在該工藝的開發(fā)與改進(jìn)中起重要作用，該集團(tuán)現(xiàn)在有超過25個這種系統(tǒng)進(jìn)給器可安裝在拱架(gantry)或X-Y工作臺上對頂面和/的自動系統(tǒng)可以買到，它插件和焊接元件，具有高度的可靠性。過程控制/引腳尺寸和幾何形狀，引腳對孔的比率，尺寸公差、阻焊層和基板材料。材料質(zhì)量與可焊性要求必須為該工藝建立并監(jiān)測。藝更加困難。光束變量包括光纖類型、透鏡類型(焦點直徑、焦距)、和燈泡功率輸出。光纖與透鏡的選擇是基于所希和校準(zhǔn)的方法來控制。過程參數(shù)包括光強設(shè)定、預(yù)熱/駐留/后熱時間、錫線類型和錫線進(jìn)給角度/速度。這些變量可以優(yōu)化以達(dá)夾心的焊錫是必要的。一個簡單視頻監(jiān)測系統(tǒng)可安裝在機械手臂工具上。作時，其結(jié)果是對過程動態(tài)的無價反饋。優(yōu)點與缺點聚焦式白光束焊接當(dāng)與傳統(tǒng)的和其它的非接觸焊(IR)回流焊接工藝通常對高產(chǎn)量/痛癢的。峰焊接或回流焊接與每個裝配的焊點數(shù)量沒什么關(guān)系。/低混合制造通常使用光束技術(shù)，但一些系統(tǒng)的多功能性和編程能力可使得快速適應(yīng)更高混合度的要求。程序。PWB溫度副機對每個焊點監(jiān)測和記錄整個過程動態(tài)的能力是這個工藝的獨特的優(yōu)點。結(jié)論本文介紹，兩種材料都可以有效地取代含鉛焊錫。求到2001年在國內(nèi)制造或銷售的產(chǎn)品是無鉛的。歐洲也在要求無鉛電子，正如1998報廢電氣與電子設(shè)備指示(WEEE)最后期限沒有確定，現(xiàn)在的截止日期估計在2004年以后。有許多理由支持把鉛從電子焊錫材料中消除的努靠性問題、市場競爭性、以及環(huán)境共同形象的維護(hù)。現(xiàn)在北美電子制造商所經(jīng)受的壓力本來是經(jīng)濟(jì)上鉛焊錫的替代者，包括無鉛焊錫材料與可導(dǎo)電性膠。無鉛焊錫目的是要決定哪些合金應(yīng)該用來取代現(xiàn)在每年使用的估計50,000噸的錫-(大約每磅0.40美元)成本可能增加許多。選擇用來取代鉛的材料必須滿足各種要求：1.的需求。某些金屬-如銦(Indium)和鉍(Bismuth)-不能得到大的數(shù)量，只夠用作無鉛焊錫合金的添加成分。2.的替代金屬，如鎘(Cadmium)和碲，是毒性(Antimony)可能落入毒性種類。3.替代合金必須能夠具有電子工業(yè)使用的所有形(preform)能拉成錫線。4.替代合金還應(yīng)該是可循環(huán)再生的-將三四種金屬加入到無鉛替代焊錫配方中可能使循環(huán)再生過程復(fù)雜化，并增加成本。不是所有的替代合金都可輕易地取代現(xiàn)有的焊接過程。美國國家制造科學(xué)中心(NCMS,theNationalCenterforManufacturingSciences)在1997年得出結(jié)論，對共晶錫-鉛焊錫沒有“插入的(drop-in)”替代品。1994年完成的，作為歐洲IDEALS計劃一部分的研究20010種無鉛焊錫選擇是可行的。數(shù)量上足夠滿足焊錫的大量需求的元素包括，錫(Sn,tin)、銅(Cu,copper)、銀(Ag,silver)和銻(Sb,antimony)。商業(yè)上可行的一些無鉛焊錫的例子包括，99.3Sn/0.7Cu,96.5Sn/3.5Ag,95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu,96.2Sn/2.5Ag/0.8Cu/0.5Sb所有這些元素具有與錫-銅(near-eutectic-tin-silver-copper)合金。-銀的熔點-高于傳統(tǒng)的錫-鉛合金的大約180°C倒裝芯片裝配，無鉛焊錫的較高熔點可能是一個關(guān)注，因為元件包裝基底可能不能忍受升高的回流溫度(圖一)。設(shè)計者現(xiàn)在正在研究替代的基底材料，可忍受更高的溫度，以及各向異性的(anisotropic)導(dǎo)電性膠來取代倒裝芯片和元件包裝應(yīng)用中的焊錫。無鉛合金的較高熔化溫度可提供一些優(yōu)勢，比如，車電子元件這樣的高溫應(yīng)用。焊接類型。因此可能需要改善助焊劑，提高熔濕性能，減少BGA焊接中的空洞。理想的無鉛焊錫合金將提供制造商良好的電氣與(wetting)枝晶的(dentritic)統(tǒng)，不要求使用氮氣來保證有效的熔濕。滿足波峰焊接、和手工裝配要求的無鉛替代多的研究。導(dǎo)電性膠(ConductiveAdhesive)傳統(tǒng)上導(dǎo)電性膠作為將集成電路膠接與引腳框架(leadframe)的芯片附著(die-attach)材料使用。它們也有吸引力的替代品。其散熱片之間的有效熱傳導(dǎo)。導(dǎo)電性膠是無鉛和無氟氯化碳(CFC-free)害臭氧層，并且不含VOC。這些材料提供良好的設(shè)計靈活性，因為它們可填充異形區(qū)域和不同尺寸的間隙。PCB上的溫度-機械應(yīng)力和元件的損傷。焊錫與膠的比較無鉛焊錫與導(dǎo)電性膠兩者都是強有力的候選材料，較好的性能特性，或者提供工藝或成本的優(yōu)勢。要求金屬填充物的有效擴散，來提供良好的電氣特性。但是填充顆粒易于氧化，可能隨著時間降低膠的導(dǎo)電(leaching)金屬()和氧化的高強度粘結(jié)，這通常是不可焊接的。焊錫的導(dǎo)熱性(60-65W/mK)比膠的(3-25W/mK)更高。焊錫的體積電阻系數(shù)(volumeresistivity)為0.000015ohm.cm，比膠的0.0006ohm.cm少得多，表示焊錫通常比膠的導(dǎo)電性好。(trace)被擦傷，那么可使用這類膠來在原焊接的地方修理電路。成本問題錫-鉛焊錫更貴。鑒于鉛是屬于可得到的最廉價的金屬(每磅$0.40)價格大約為$90，錫$3.70，鉍$3.50，銅$0.85，和鋅$0.60。錫膏通常到處的銷售價為每克$0.15-0.30，取決于量和合金類型。要求大約為焊錫用于同一應(yīng)用的材料用量的一半。還求較少的步驟。雖然處理時間對焊接與膠粘結(jié)對差不峰焊接應(yīng)用中使用水洗型助焊劑。有關(guān)處理成本。未來今天可購買到所有形式的無鉛焊錫-從錫條到錫膏到預(yù)成型。開發(fā)新型助焊劑化學(xué)品的工作仍在繼續(xù)，電性聚合物的配方，提供優(yōu)良的機械性能。獨地和時常協(xié)作地，都將提供環(huán)境上更安全的裝配選擇。關(guān)于回流焊工藝發(fā)展的討論生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的改變，新型焊膏的利用、不同基材的出現(xiàn)，以及元器件本身材料和設(shè)計的革新都使得熱處理工藝BGA（球柵陣COBCSP（多芯另外為減少成本，免清洗和低殘留焊膏使用的更加廣泛，與之相應(yīng)的是氮氣的使用也隨之增加。市場對手持式電子產(chǎn)品的不斷需求始終是一個強大的驅(qū)動力，它使得封裝工藝必須適應(yīng)這些產(chǎn)品的技術(shù)要品周期、更多、更密的I/O引線，更強的可操控性----熱處理工藝的控制手段和設(shè)備提出了新的要求。的一些方案可以回答回流焊工藝今后會遇到的挑戰(zhàn)。氮氣惰性保護(hù)于帶有OSPs的板子在多次回流工藝中有很大的優(yōu)勢，因為在材料不易褪色。過程中額外的費用，因此總是想方設(shè)法減少氮氣的消來的工藝中不再使用氮氣保護(hù)；或者至少在較高的O2濃度值下（比如：1000ppm對比目前為50ppm）取得的。門來隔離空氣。另外一種方法是基于這樣一個科學(xué)概很少的氮氣供給量來保持一個較純的濃度。雙面加工面板大大加強了的實際利用率，因此降低了制造過回流爐是一種更佳的方法。但工藝上仍有一些問題，靠性。要注意：第一個是造成了最后的成品在維修有一個“太低”的熔化溫度；第二個是如果使用更高一級的回流溫度又會造成對元器件和基板的熱沖擊。30g/in²的標(biāo)準(zhǔn)。板底部，使底部的溫度在二次回流時始終達(dá)不到熔點，但是由于基板上下面的溫差可能會導(dǎo)致有潛在的應(yīng)力一個長遠(yuǎn)的發(fā)展。通孔與THT這樣做最主要的好處是可以利用現(xiàn)有的SMT設(shè)備來組提供足夠的機械強度。另外，在大面積的上，由腳都與焊盤有一個牢固的接觸。得討論的問題。首先是通孔回流焊的焊膏用量特別大，成可以承受回流焊的高溫。IR件與幾何形狀復(fù)雜的元器件（比如有遮敞效應(yīng)的元器件）的不同，現(xiàn)有混裝經(jīng)常使用SMD與THT元器件。但對于強制熱風(fēng)回流爐來說，它有著極高的熱傳遞效完善與器件的改良上。柔性基板須同時滿足已連續(xù)式的柔性與分離式的焊接需要。在處理分離式基板時，回流爐的工作連續(xù)性并不正常的焊接操作。無鉛焊膏雖然近幾年要求使用無鉛焊膏的壓力不象以前那樣大，然電子業(yè)的鉛污染只占所有鉛污染量的百分之一以下，但有觀察家還是認(rèn)為有關(guān)禁止用含鉛焊膏的法律在今40°C。這意味著回流爐需要工作在一個更高的溫度環(huán)氧化與破壞的影響。但是在實現(xiàn)無鉛生產(chǎn)前，工業(yè)界是必須走一段痛苦的學(xué)習(xí)過程來解決將會面臨的問題。目前大多數(shù)爐的設(shè)計工作溫度都在300°C以下，但無鉛錫膏、非低熔點錫膏，在用于BGA、雙面板、混裝的溫度需要350°C～400°C受熱量。垂直烘爐市場對產(chǎn)品小型化的要求使倒焊片與（芯片直接時大家經(jīng)常使用“批次烘爐”，但垂直烘爐的技術(shù)也趨于“緩沖與累加器PCB都必須通過這一道工序循減少了占地面積。焊膏，但由于質(zhì)量與工藝認(rèn)證是一個費工費時的過程，所以它們的應(yīng)用經(jīng)常相對滯后。同時，助焊劑造成的污染也成為回流爐的一個重要課面形成污染物，這在充氮保護(hù)設(shè)備中表現(xiàn)得尤為突出，想要通過抽氣口將揮發(fā)物抽走的方法在充氮爐中是不將干凈的氣體（N2）放回爐內(nèi)。這套系統(tǒng)大大減少了污染物的工作可以在不停機的情況下進(jìn)行。焊點的冷卻與降低出口溫度都有額外的好處。另理系統(tǒng)就會顯得非常重要。大流量的方式冷卻液體。冷卻氣體必須循環(huán)使用以降低氮氣消耗。用，氣流在熱交換后被吹向PCB。這種冷卻方式需要集團(tuán)現(xiàn)已開發(fā)了一種獨特的NitroCool系統(tǒng)，它使用氣流放大風(fēng)刀來產(chǎn)生高速率的氣流充當(dāng)交換介得氣量在被阻塞物減弱之前就將助焊劑沉積物清除干劑污染時，這套系統(tǒng)可以提供一個恒定不變的冷卻速率。NitrCool系統(tǒng)還可以引導(dǎo)集中助焊劑管理系統(tǒng)里冷卻的冷氣流，進(jìn)一步增強冷卻的性能與效率。額外的冷卻組件使出爐的溫度控制在35°～50°C之間。這樣就允許將直接輸入下一工序而不需緩沖區(qū)間。另外，氮氣保護(hù)同時也可以保護(hù)的可焊OSP的工藝尤為重要。設(shè)備調(diào)的雙軌技術(shù)的應(yīng)用則可以在很小的空間里完成同樣大的潛力。GEM且回流爐也越來越依靠軟件與傳感器來提高它的性能。的進(jìn)步可大大延長維護(hù)的時間間隔。所有的回流爐都有一個冷卻模塊來保證冶金特性區(qū)時，出現(xiàn)冷凝。題，和可能由于減少液化以上時間timeaboveliquid)而影響長期電路裝配的可靠性。證據(jù)顯示，增加能導(dǎo)致脆性。停下來進(jìn)行計劃或非計劃的維護(hù)，都不可能產(chǎn)生利潤。減少維護(hù)的一個可能方法是通過使用集成化助焊劑管理(IFM,integratedfluxmanagement)系統(tǒng)來加強冷氣模塊的設(shè)計(圖一)。如在基本的惰性冷卻一樣，過程氣交換器可移動到實際爐膛的外面，增強一個過濾單元。用IFM產(chǎn)品移到IFM換器的清潔要求大大地減少了。雖然助焊劑過濾是基本惰性冷卻的一個重大改進(jìn)，100%IFM系統(tǒng)增加的過程氣體管路可導(dǎo)致輕微的氮氣消耗增加和氣體純度下該用另一個方法來增強IFM在另外的地方等待最終處理。一個新方法利用自我清前面注射的液體(圖二)。這個分層氣流冷卻解決維護(hù)與效率的問題，這在實驗室和生產(chǎn)環(huán)境中都得到確認(rèn)。過程氣體的混合作用。卻的開發(fā)考慮到下面的原則：*減少循環(huán)氣體量*減少氣流的紊流*增加沖擊速度*優(yōu)先助焊劑冷凝在氣刀上減少限制來自回流與保溫區(qū)的助焊劑蒸汽的混合作用，過程氣體之間的溫度差，限制助焊劑的冷凝效果。分層氣流冷卻技術(shù)利用對熱交換器的一層氣流來IFM區(qū)的污染。點是減少空氣刀上累積的殘留數(shù)量和使其容易清除和更換定期抹擦。的吹風(fēng)機/熱交換器設(shè)計與分層氣流系統(tǒng)進(jìn)行比較。每個冷卻技術(shù)都暴露給一個受控的助焊劑量，每小時600末之前即顯示冷卻能力的大大減弱。在12周結(jié)束時，這個方法下降到少于10%的效率，每秒-0.2°C的冷卻-1.5°C達(dá)到20周的暴露時仍保持80%的效率(圖三)?？煽啃院涂删S護(hù)性的進(jìn)步在固定資產(chǎn)設(shè)備上總是希望的。氮氣回流爐的冷卻過程是一個特別麻煩的區(qū)個技術(shù)結(jié)合的可能性，提供甚至更好的結(jié)果。本文將研究確定什么參數(shù)對無鉛焊接有最大和最小無鉛工藝...。開發(fā)一套穩(wěn)健的方法輸入仍維持一個穩(wěn)定輸出(合格率)的能力。輸入的變化是由“噪音”因素所造成的。甚至在印刷電路板(PCB)進(jìn)入回流爐之前，一些因素將在一個表面貼裝裝配內(nèi)變化。域的室內(nèi)條件-溫度與濕度。這些輸入變量要求最佳量化工藝能力的方法。我們可以區(qū)分那些關(guān)鍵的和接近回流焊接現(xiàn)實極限的工藝和那些較不關(guān)鍵的工藝。對于相對容易三角形溫度曲線(圖一)。三角形溫度曲線建議用于諸如計算機主板這樣的產(chǎn)品，它在裝配上的溫度差別小(小的ΔT)。圖一、三角形回流溫度曲線圖二、升溫--峰值溫度曲線些工藝寧可使用升溫-保溫-峰值溫度曲線(圖二)。保溫的目的是要減小ΔT。在升溫-保溫-峰值溫度曲線的幾個區(qū)域，如果不適應(yīng)該限制到4°C/口，典型的極限為3°C/秒。小應(yīng)力。例如，一個陶瓷片狀電容的最大冷卻速度為-2~-4°C/殊材料的可靠性和焊接點的結(jié)構(gòu)也受到影響。試驗來確定。在試驗中使用噪音因素將幫助確定哪一種曲線對變量敏感性最小，更加穩(wěn)定。評估工藝統(tǒng)計過程控制(SPC,processcontrol)用來將工藝穩(wěn)定和保持在控制之中。在焊接中，用來減少可變性和提供工藝能力。典型地，坐標(biāo)圖(x-bar-rangechart)和性能分析是用于這個目的的。X-Y個分組的平均值與幅度(最大-最小)用來監(jiān)測平均值或造成的失控情況。藝變化減少的變量。在一個回流焊接工藝中，的典型參數(shù)包括傳括傳送帶速度、接觸時間、預(yù)熱溫度(PCB或加熱器)和作用于上的助焊劑數(shù)量。(UCL=122°C)和下控制極限將返回一個工藝性能(Cp,process值：這里Cp=工藝能力，S=標(biāo)準(zhǔn)偏差。點是它們非常穩(wěn)定，一次運行可以測量幾個不同的參已安裝在上面。將板在爐(或者波峰焊機)中運行將很快和翹曲，熱電偶可能從表面脫落。影響品質(zhì)最多的參數(shù)從我們對錫-鉛工藝的認(rèn)識和試驗的結(jié)果已經(jīng)知道了。我們開始計數(shù)和收集這些參數(shù)的數(shù)據(jù)。在已經(jīng)證明一個參數(shù)在較長時間內(nèi)受控(Cp>1.66)用SPC，我們只集中在一些最重要的參數(shù)上。Pareto圖也將幫助定義這些要測量的參數(shù)，以保持工藝穩(wěn)定。X-Y際發(fā)生之前可以采取預(yù)防性措施。排氣與溫度條件之前，排氣與排氣設(shè)定應(yīng)該驗證。評估可靠性應(yīng)該進(jìn)行可靠性試驗來預(yù)測產(chǎn)品的壽命周期和與錫-鉛工藝的標(biāo)準(zhǔn)比較數(shù)據(jù)。剪切、拉力和溫度循環(huán)試金屬間化合層與增長的厚度，這也是與可靠性有關(guān)的。控行動計劃(OCAP)、和操作員培訓(xùn)。工程時間計劃表OCAP品質(zhì)問題(波峰焊接)錫鍋中的焊錫在較長期生產(chǎn)之后會污自研究機構(gòu)的指引可幫助定義在你的工藝中最大允許的合金元素百分比。在一些無鉛工藝中，這些限制在20,000塊板之后就超出了，這樣一來就要換錫了，造成成本很高。失控行動計劃(OCAP)由于特殊原因變量干擾的一個工藝將在X-Y坐標(biāo)能的。迅速反饋對盡可能減小對產(chǎn)品的影響是必須的。為了保持工藝穩(wěn)定，需要采取以下步驟：定期測量參數(shù)在每次測量后驗證工藝是否還是穩(wěn)定的按照OCAP確定不穩(wěn)定的原因。操作員培訓(xùn)應(yīng)該包括對新機器選項的工作指示、不同的參數(shù)設(shè)定(來自試驗的經(jīng)驗)、焊接點形狀的改變、色澤與其它品質(zhì)問題。操作員應(yīng)該培訓(xùn)怎樣使用圖表和怎樣處理。結(jié)論有了個穩(wěn)定的、無鉛焊接工藝。在產(chǎn)品的第一批焊接之后，發(fā)放用于實施。錫/銀/銅系統(tǒng)中最佳的化學(xué)成分是95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu和塑性。根本的特性和現(xiàn)象在錫//(銀和銅之間的冶的二元共晶反應(yīng)。銀與錫之間的一種反應(yīng)在形成錫基質(zhì)相位的共晶結(jié)構(gòu)和ε金屬之間的化合相位(Ag3Sn)227°C形成錫基質(zhì)相位的共晶結(jié)構(gòu)和η金屬間的化合相位(Cu6Sn5)。銀也可以與銅反應(yīng)在779°C形成富銀α相和富銅α相的共晶合金。可是，在現(xiàn)時的研究中1，對錫/銀/銅三重化合物固化溫度的測量，在779°C沒有發(fā)現(xiàn)相位轉(zhuǎn)變。這表示很上更適于銀或銅與錫反應(yīng)，以形成Ag3Sn或Cu6Sn5金屬間的化合物。因此，錫/銀/銅三重反應(yīng)可預(yù)料包括錫基質(zhì)相位、ε金屬之間的化合相位(Ag3Sn)和η金屬間的化合相位(Cu6Sn5)。和雙相的錫/銀和錫/銅系統(tǒng)所確認(rèn)的一樣，相對較硬的Ag3Sn和Cu6Sn5粒子在錫基質(zhì)的錫/銀/合金。這些硬粒子也可有效地阻擋疲勞裂紋的蔓延。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔較細(xì)小的錫基質(zhì)顆粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越細(xì)小，越可以有效的疲勞壽命。雖然銀和銅在合金設(shè)計中的特定配方對得到合金的機械性能是關(guān)鍵的，但發(fā)現(xiàn)熔化溫度對0.5~3.0%的銅和3.0~4.7%的銀的含量變化并不敏感。疲勞壽命和塑性。對于0.5~0.7%銅的焊錫合金，任何高于大約3%的含銀量都將增加Ag3Sn的粒子體積分命，可能由于較大的Ag3Sn粒子形成。在較高的含銅量(1~1.7%Cu)Ag3Sn粒子可能可能超過較高的Ag3Sn當(dāng)銅超過1.5%(3~3.1%Ag)，Cu6Sn5粒子體積分?jǐn)?shù)也在錫/銀銅三重系統(tǒng)中，1.5%(3~3.1%Ag)最有效地產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)量的、最細(xì)小的微組織尺寸的Cu6Sn5粒子，從而達(dá)到最高的疲勞壽命、強度和塑性。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu是217°C溫度的三重共晶合金3范圍：216~217°C。這種合金成分提高現(xiàn)時研究中的三重合金成分最高的抗拉強度，但其塑性遠(yuǎn)低于63Sn/37Pb。合金95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu比95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的屈服強度低。93.6Sn