作者：凯文-鸽子
了解和控制装配工艺窗口不仅仅是管理焊膏。而是要掌握整个 SMT 组装过程中的所有工艺变量，以获得最佳结果。
定义装配工艺窗口
装配工艺窗口定义了参数范围，在此范围内 焊锡膏 将达到最佳性能标准。如果超出这个范围，就会导致缺陷、返工和不一致，影响电子制造过程的效率和产量。
这些参数可能包括以下方面的可接受范围：
- 从环境温度到峰值的总回流曲线时间
- 回流炉峰值温度
- 液面以上时间
- 温度变化率
- 刮刀压力
- 刮刀速度
- 钢网厚度、设计、孔径大小和涂层
- 元件放置精度
- 焊接量
- 元件和印刷电路板表面处理
- 更多
请注意，工艺窗口指数（PWI）是由焊膏助焊剂和合金决定的一种统计测量方法，它本身并不足以定义装配工艺窗口。还必须考虑上述所有因素。
影响装配工艺窗口的因素
定义装配工艺窗口的参数并不是孤立的。相反，它们以复杂的方式相互影响，每个参数影响其他参数，同时也被其他参数所影响。了解和管理这种相互作用不仅是为了保持平衡，更是为了协调整个焊接过程。
PCB 元件和基板材料
回流焊温度必须足够高，以激活助焊剂并形成可靠的焊点，但又不能太高，以免损坏易损元件或 PCB 基板。热曲线还受到各种因素的影响，包括烤箱类型、传送带速度和组装件的热质量。
PCB 设计和布局
印刷电路板的设计，包括焊盘、接地层、迹线和所需夹具的布局，决定了热量的分布方式。具有不同热特性的材料在相同的热曲线下会有不同的表现。可能需要调整回流曲线和修改钢网，以取得适当的平衡。
模板设计
钢网决定焊料沉积的形状和体积。开孔的距离和深度会影响桥接或其他缺陷发生的可能性。钢网是否有涂层也会影响焊膏粘附在钢网上的可能性，而不是印刷后是否能干净地释放。这些因素以及锡膏特性将决定可接受的印刷设置范围。
锡膏成分
焊膏是一种经过精心设计的混合物，由焊粉和专门的助焊剂介质组成。焊粉的大小、形状和金属合金成分决定了它的熔化性能，而助焊剂介质的化学成分则决定了它的活性水平和受热性能。我们将在下一节对此进行更深入的探讨。
焊膏成分及其影响详解
焊料合金决定了焊点的机械强度和电气性能。较小的粉末尺寸通常会带来更好的印刷性，使更细间距的应用成为可能，但也可能增加氧化、架桥和空洞的风险。
助焊剂介质的作用是去除金属表面的氧化物，保护焊接区域不被进一步氧化，并加强润湿过程。助焊剂介质的成分会影响特定类型焊膏的活性水平、粘度、坍落度特性和残留物特性。制造商必须考虑
- 可靠性： 焊粉的合金成分加上助焊剂的保护作用，有助于提高焊接连接的长期可靠性。
- 可印刷性 这一特性受焊粉的物理特性和助焊剂介质的流变性影响。 最佳印刷性能 确保一致的沉积量（由焊膏检测 (SPI) 测得），这对于尽量减少细间距应用中的缺陷至关重要。
- 回流焊性能： 助焊剂必须在适当的温度下激活，以促进焊料合金的良好润湿和铺展。焊膏还应表现出良好的凝聚性，使焊点成型良好，没有过多的空洞。
- 残留物特征： 回流焊后，助焊剂介质留下的残留物会影响印刷电路板的性能和美观。非腐蚀性免清洗助焊剂会留下最少的良性残留物，而水溶性和松香基助焊剂则需要一个清洗步骤。
- 环境合规： 焊膏必须符合环保规定。大多数应用要求使用无铅合金，有些应用现在还规定助焊剂必须不含卤素。
- 运行： 考虑保质期、储存要求、湿度窗口和粘性。所有这些因素都将决定产品在应用中的易用性。
但这仅仅是全部考虑因素中的一小部分。还可能有几十种额外的考虑因素，包括客户的特定标准，所有这些都需要恰到好处的平衡。
图 1 中的雷达图说明了如何通过这些因素对两种不同的流量类型进行比较，从而为特定应用确定某些功能的优先级。
图 1.通量介质特性雷达图
保持在装配流程窗口内
基板、元件、锡膏、钢网等的选择决定了特定装配工艺窗口的宽窄。虽然选择尽可能宽的窗口以考虑各种变化通常是个好主意，但这也必须与应用的限制相平衡。以下是实现这一关键平衡的步骤：
- 全面了解需求： 这包括组件的性质、所涉及的印刷电路板材料类型以及组件运行的环境条件。
- 考虑焊接合金选项： 焊料的熔点应符合元件和基底的限制。这包括考虑高热量区域可能需要的额外加热。
- 考虑助焊剂选项： 平衡良好的助焊剂会对焊点的润湿行为和完整性产生重大影响。请考虑助焊剂的活性水平、残留物特性和电化学可靠性。
- 选择正确的焊膏： 在分别考虑了合金和助焊剂介质之后，重要的是要再深入一点，确保由此产生的焊膏以一致性和可靠性著称。焊膏成分的变化会导致各种组装问题，因此选择以保持高标准著称的知名制造商的产品至关重要。
- 评估焊膏性能： 由于锡膏与工艺的最终相互作用可能导致意想不到的结果，因此评估锡膏在生产环境中的性能非常重要。测量焊膏沉积物的体积，评估空洞率，并查找回流焊后的其他缺陷。您还应该检查助焊剂留下的任何残留物，以确保其符合规范，并在必要时进行清洗。
- 根据需要进行调整： 最后，调整工艺参数，直到获得所需的结果。
最终想法
掌握装配工艺窗口有助于优化焊膏应用。通过了解焊膏特性与更广泛的装配环境之间的相互作用，专业人员可以提高灵活性、减少缺陷并保持高标准的效率和可靠性。
最初发表于 电路大会，2024 年 6 月 27 日.
