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无铅焊膏的检测评估摘要

2019-07-19    来源:    
进行无铅焊膏评估时,为了能够进行统计分析,需要先定义以下内容:1、 定义需要评估工艺的各部分内容:评估范围越小、越简单,结果就越容易进行表征和测量。最好是进行多次小试验,而不是进行涉及许多变量的大试验。2、 定义需要评估的因子:在钢网印刷工艺,不同的无铅焊膏就是一个因子,其它因子包括不同的印刷速度、印刷间隔时间等。3、 定义响应变量:我们必须了解哪些工艺特性对某一工艺有着至关重要的作用。这些变量应该进行测量。  一旦收集到试验结果,就可以进行统计分析了。进行无铅焊膏的比较的规则就是:最好焊膏的工艺精确度(结果一致性最好)和准确度最好(与目标值结果接近)。无铅焊膏的检测评估简介随着2006年7月1日实施无铅的时间限的日益临近,许多电子制造商都开始启动无铅工艺切换的相关工作,无铅切换涉及的两个最大材料问题就是焊膏和元器件。本文将提供评估无铅焊膏的实战建议,以确保所选择的焊膏与目前锡铅焊膏相比,其组装直通率相当或更好。统计考虑因为人们通常认为无铅工艺更难以控制(由于无铅印刷和回流存在更多的限制),所以在无铅焊膏评估时使用统计方法非常必要,没有正确的统计方法,就难以对不同待评估焊膏的性能进行准确地评价和排序。用户可以使用统计方法对变量进行充分表征分析,在每个工艺过程中都存在变量,但目标结果的变量越多,运作效率就越低。统计可以反映常规因子变量和特殊因子变量的区别,其中常规因子变量是可控并可预期的,特殊因子变量是不可控并不可预期的。在SMT工艺中缺陷产生的原因通常是特殊因子变量。进行无铅焊膏评估时,为了能够进行统计分析,需要先定义以下内容:1、  定义需要评估工艺的各部分内容:评估范围越小、越简单,结果就越容易进行表征和测量。最好是进行多次小试验,而不是进行涉及许多变量的大试验。下面将会介绍评估不同无铅焊膏印刷性能的一个例子。2、 定义需要评估的因子:在钢网印刷工艺,不同的无铅焊膏就是一个因子,其它因子包括不同的印刷速度、印刷间隔时间等。3、  定义响应变量:我们必须了解哪些工艺特性对某一工艺有着至关重要的作用。这些变量应该进行测量。以钢网印刷工艺为例,印刷体积被研究得最多,同时也是最重要的响应变量。一旦收集到试验结果,就可以进行统计分析了。进行无铅焊膏的比较的规则就是:最好焊膏的工艺精确度最好(结果一致性最好)和准确度最好(与目标值结果接近)。锡条合金选择在启动无铅焊膏评估之前,首要的工作就是为表面组装工艺选择最合适的合金,由于锡银铜(SAC)系列合金具有较好的性能,同时其与铅的内在兼容性好(含Bi合金与铅不兼容),所以业界普遍认为SAC是最好的无铅合金。然而,SAC系列合金目前有许多配方种类,其中银含量为3~4%,铜含量为0.5~1%的SAC合金是近共晶合金,其熔点范围是217~218℃。在该合金配方范围内的SAC合金还是存在一些性能区别,尤其是空洞和墓碑的情况。  根据Indium公司的研究成果,最主流的两种合金的各自优缺点如下:  1、 SAC387(95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu)-润湿性最好,SAC合金中产生的空洞最少。  2、 SAC308(96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu)-墓碑最少,银含量减少使之可适用于波峰焊(许多制造商希望SMT和波峰焊用同一种合金,以简化返修工艺)。  所以基于所使用的制造工艺进行合金选择是非常重要的。  焊膏第一次筛选  单板组装工厂一般都没有时间来进行这种评估,因为市场上有几十种无铅焊膏,所以有必要在进行深入的实际评估之前减少评估范围。采用以下排除规则:  1、  焊膏批次一致性:大多焊膏制造商会为潜在客户提供某种焊膏的多个批次(5~10批)的特别质量报告。对于无铅焊膏,最重要的考察参数是焊膏的粘度、焊膏金属含量、粉末的铅污染情况、金属粉末颗粒尺寸分布情况。必须了解这些焊膏参数实际值和供应商所提供的规格范围情况。因为材料的实际评估一般只会对每个供应商的一个批次进行,所以必须要确信每个供应商是否有能力保证一致性,同时有质量测量手段确保可靠的焊膏供应。图1和图2列出了焊膏供应商应有能力提供的数据格式。  2、 焊膏可靠性:最终所选的无铅焊膏用在单板上必须具有长期可靠性。最低要求是:所有的无铅焊膏必须符合IPC/JSTD004的SIR标准和Telcordia(Bellcore)  GR78的电迁移要求。  3、  供应商技术支持与服务:因为无铅工艺切换不可能没有问题,所以所选择的焊膏供应商必须有足够的支持力量,以确保问题能够得到快速定位并解决。另外技术支持能力强的材料供应商可以协助解决你的工艺问题,即使这些问题不是与焊膏相关的。  应该注意价格不应作为预评估的规则之一。当调查焊膏成本时,通常会发现其不到整个单板成本的0.1%。不同焊膏的常规价格差异,与高品质焊膏带来的直通率提升和可靠性改善的成本相比,基本可以忽略不计。只有在焊膏品质相当的情况下,焊膏价格才会成为决定性考虑因素。  一旦所评估的焊膏通过初次筛选后只剩下五种以下(应有一种是目前使用的锡铅焊膏),就可以开始制定试验计划,以有效地区分不同材料之间的性能差别,然后启动焊膏的评估。下文将重点介绍焊膏的重要参数和实际评估方法,这些评估可以大多数组装线都能进行,而不需要专门的设备。  无铅焊锡丝印刷  有研究表明:所有SMT相关缺陷中,有50~70%是与印刷工艺相关的。因为无铅焊膏中助焊剂体系与锡铅的相比有着很大区别,所以预先不知无铅焊膏印刷的效果是否与锡铅焊膏相同。因此,不论制定什么评估计划,都应重要评估以下焊膏参数:  1、  焊膏钢网寿命:任何焊膏开始放在钢网上必须印刷良好,同样的,焊膏在钢网上已经有几个小时也要印刷良好。随着时间的延迟,当材料暴露在空气中,焊膏粘度会逐渐增加,这主要是由于焊膏中溶剂的挥发。随着溶剂的挥发,焊膏的粘度会快速增加,然后开始下降。基于此,测量焊膏粘度随时间的变化将得到实际钢网寿命情况,如图3所示。如果焊膏的钢网寿命较短,那就需要对印刷参数进行频繁调整,以保证印刷效果。  2、  焊膏“暂停响应”性能:在通常制造环境中,设备需要维修或贴片机需要停机喂料,会有最少1小时的停机时间,这时要求无铅焊膏性能不能下降。焊膏适应这种停机时间并保证停机后再印刷良好的这种能力,被定义为“暂停响应”性能。图4比较了不同焊膏的印刷体积,同时它们有各自可接受“暂停响应”性能,图中清楚地反映了3号焊膏(黄颜色线表示)在启动和停机后的印刷体积不足。  3、  焊膏防“剪切力变小”性能:无铅焊膏必须具备大批量制造能力。焊膏在设计时就保证了焊膏的印刷时具有“剪切力变小”(粘度降低)特性,这一特性保证了焊膏更好地填充钢网开口,印刷行程结束时,焊膏的粘度会回复到原有值,在下次印刷形成过程中,粘度会再次降低。在连续印刷时,有些焊膏的粘度在印刷行程间不能恢复,这就意味着:随着时间的过去,焊膏粘度将持续下降,最终可能导致在细间距印刷产生坍塌和连锡。无铅焊锡标准 无铅焊锡丝ROHS的含铅标准无铅焊锡温度控制,加热曲线中预热的温度
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