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 值是否最小;
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。 |