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1^# 大中小发表于 2007-7-27 10:33 只看该作者

无铅焊接的关键—优化工艺温度曲线

摘要:
向无铅焊接的过渡，势必引起工艺各个方面的改变，包括PCB、元器件和焊膏等，供应商需要对这些挑战做出响应。对于大部分CEM厂商来说，回流焊工艺本身就是最大的问题来源，而这些问题必需由CEM厂商自行解决。 SolderStar公司董事总经理Mark Stansfield 认为，工艺温度曲线测试仪正是解决这些重大挑战的关键因素。
在经历过初期的大力宣传、几次反复开步及强制性的无铅工艺加速实施后，2006年7月1日，欧盟的RoHS法规终于尘埃落定并正式执行。
无论接受与否，此后，那些想把电子产品销售到欧盟国家的生产厂商必需确保其产品的无铅化。这对于一直备受冲击且已习惯于锡/铅焊接及其相关特性的电子产业来说，影响可谓非常深远。
回流焊工艺本身正经历巨大变革，对于小型厂家和CEM来说，最主要的困难是能否跟上这个改变，对工艺温度曲线的精确测试是成功实现变革的关键。

新的挑战
向无铅焊接转变的主要问题是工艺窗口缩小，只要看看一些典型的焊膏和元器件的焊接温度要求就会明白。
在采用液相温度为183℃ 的锡铅焊料合金(Sn63/Pb37) 的标准焊接工艺中，最低峰值温度应当在200-205℃的范围，最高峰值温度应为235℃(见图1)。这个235℃的上限温度正好与大多数元器件生产商的元器件最高温度值相吻合。因此，分布着不同工艺温度元器件的主板将有30℃的工艺窗口，来实现良好的焊接效果。

由于锡铅技术的高度成熟化，除了一些非常原始而陈旧的设备，很少有人会在工艺上出现重大失误和问题。
将锡铅的工艺窗口与(图2中)的无铅SnAgCu工艺窗口比较会发现，无铅的工艺窗口变窄很多，这无疑给工艺操作带来很多新问题。

SnAgCu完全熔融的温度为217℃，相对应的最低和最高峰值温度分别为227℃和257℃。显而易见，这个最高值超过了大多数现有的半导体厂商产品的温度最高值。元器件生产商都在全力追求更高的封装品质，但这需要时间来改善；而目前一些尺寸较小、比较脆弱的封装也给厂家提出了严峻的挑战。
如果考虑现实的状况，把最高温度值降到目前这个水平(235℃)，工艺温度范围就只有8℃了。
这样，势必会带来两方面的影响：
1、无论主板上有什么样的元器件(种类或大小不同)，都会更加重视炉膛内部，主板各处承受的温度的差值是否最小；
2、需要用温度曲线测试仪来精确测量其实际温度，从而正确设置工艺温度曲线，并在工艺过程中监控各个工艺参数的变化趋势。

应对挑战
既然过渡到无铅后会提高工艺要求，那我们该怎么办？
显然，对于给定的焊膏类型和主板，必需建立新的回流焊工艺，并进行优化。焊膏厂家会提供相应的参数和信息，但各种主板因为其表面分布的元器件类型和数量的不同，存在着各种各样的差异：
1、更换焊膏，温度范围也随之改变；
2、更换机器，用不同厂家的机器或不同型号，就需要重新设置相关参数。
我们需要的是能加快这种设置过程，使整个事情变得更直观的测试工具。这个工具应当具有以下三个重要功能：首先，必须具有完整的焊膏数据库。SolderStar的软件中已设立了专门的焊膏数据库，其中包含大多数厂家的焊膏品牌、型号和技术参数，焊膏数据库还收录了各焊膏的工艺参数范围及标准温度曲线。

用编辑菜单和工艺指导流程可以快速添加新的焊膏或特殊的焊膏，从而加快工艺转换速度。
第二，也是更重要的一点，是不再需要根据焊膏指标而对工艺参数进行烦琐的测量和评测。
Solderstar系统有一个独特的图形式工艺检查视窗，名为Process Checker，能根据焊膏参数分析每个工艺参数，并用简便直观的图形显示出相应结果。
绿色区域内的工艺参数表示该参数代表的工艺制程合理。红色区域内的工艺参数表示该参数代表的工艺制程不合理，需要注意及改善，相关图案会自动闪烁，向用户示警。
如果更换了焊膏类型，新的焊膏极限参数将立即生效。更换焊膏的影响可立即观察到。
第三，系统应显示加热区和传送带速度改变的所带来的效果，以便引导用户进行工艺优化。

SolderStar 系统备有新的图表式模拟系统，名为 Profile Seeker，可对加热区和传送带速度的改变预先进行离线评估。有了这个软件工具，用户在设立全新的温度曲线，如更换或评估某种无铅焊膏，或对现有温度曲线进行优化时，就不必频繁地进行温度测试，节省了时间和成本。
Profile Seeker 系统会显示出一条模拟温度曲线，并且可以和现有曲线放在一起进行对比，以图示的直观方式，向用户表明主要工艺参数改变对温度曲线的巨大影响。

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索

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