無(wú)鉛焊膏的檢測(cè)評(píng)估摘要
進(jìn)行無(wú)鉛焊膏評(píng)估時(shí)，為了能夠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，需要先定義以下內(nèi)容：
1、 定義需要評(píng)估工藝的各部分內(nèi)容：評(píng)估范圍越小、越簡(jiǎn)單，結(jié)果就越容易進(jìn)行表征和測(cè)量。最好是進(jìn)行多次小試驗(yàn)，而不是進(jìn)行涉及許多變量的大試驗(yàn)。
2、 定義需要評(píng)估的因子：在鋼網(wǎng)印刷工藝，不同的無(wú)鉛焊膏就是一個(gè)因子，其它因子包括不同的印刷速度、印刷間隔時(shí)間等。
3、 定義響應(yīng)變量：我們必須了解哪些工藝特性對(duì)某一工藝有著至關(guān)重要的作用。這些變量應(yīng)該進(jìn)行測(cè)量。
一旦收集到試驗(yàn)結(jié)果，就可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析了。進(jìn)行無(wú)鉛焊膏的比較的規(guī)則就是：最好焊膏的工藝精確度（結(jié)果一致性最好）和準(zhǔn)確度最好（與目標(biāo)值結(jié)果接近）。
無(wú)鉛焊膏的檢測(cè)評(píng)估簡(jiǎn)介
隨著2006年7月1日實(shí)施無(wú)鉛的時(shí)間限的日益臨近，許多電子制造商都開(kāi)始啟動(dòng)無(wú)鉛工藝切換的相關(guān)工作，無(wú)鉛切換涉及的兩個(gè)最大材料問(wèn)題就是焊膏和元器件。本文將提供評(píng)估無(wú)鉛焊膏的實(shí)戰(zhàn)建議，以確保所選擇的焊膏與目前錫鉛焊膏相比，其組裝直通率相當(dāng)或更好。
統(tǒng)計(jì)考慮
因?yàn)槿藗兺ǔＵJ(rèn)為無(wú)鉛工藝更難以控制（由于無(wú)鉛印刷和回流存在更多的限制），所以在無(wú)鉛焊膏評(píng)估時(shí)使用統(tǒng)計(jì)方法非常必要，沒(méi)有正確的統(tǒng)計(jì)方法，就難以對(duì)不同待評(píng)估焊膏的性能進(jìn)行準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)和排序。
用戶可以使用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)變量進(jìn)行充分表征分析，在每個(gè)工藝過(guò)程中都存在變量，但目標(biāo)結(jié)果的變量越多，運(yùn)作效率就越低。統(tǒng)計(jì)可以反映常規(guī)因子變量和特殊因子變量的區(qū)別，其中常規(guī)因子變量是可控并可預(yù)期的，特殊因子變量是不可控并不可預(yù)期的。在SMT工藝中缺陷產(chǎn)生的原因通常是特殊因子變量。
進(jìn)行無(wú)鉛焊膏評(píng)估時(shí)，為了能夠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，需要先定義以下內(nèi)容：
1、 定義需要評(píng)估工藝的各部分內(nèi)容：評(píng)估范圍越小、越簡(jiǎn)單，結(jié)果就越容易進(jìn)行表征和測(cè)量。最好是進(jìn)行多次小試驗(yàn)，而不是進(jìn)行涉及許多變量的大試驗(yàn)。下面將會(huì)介紹評(píng)估不同無(wú)鉛焊膏印刷性能的一個(gè)例子。
2、 定義需要評(píng)估的因子：在鋼網(wǎng)印刷工藝，不同的無(wú)鉛焊膏就是一個(gè)因子，其它因子包括不同的印刷速度、印刷間隔時(shí)間等。
3、 定義響應(yīng)變量：我們必須了解哪些工藝特性對(duì)某一工藝有著至關(guān)重要的作用。這些變量應(yīng)該進(jìn)行測(cè)量。以鋼網(wǎng)印刷工藝為例，印刷體積被研究得最多，同時(shí)也是最重要的響應(yīng)變量。
一旦收集到試驗(yàn)結(jié)果，就可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析了。進(jìn)行無(wú)鉛焊膏的比較的規(guī)則就是：最好焊膏的工藝精確度最好（結(jié)果一致性最好）和準(zhǔn)確度最好（與目標(biāo)值結(jié)果接近）。
錫條合金選擇
在啟動(dòng)無(wú)鉛焊膏評(píng)估之前，首要的工作就是為表面組裝工藝選擇最合適的合金，由于錫銀銅（SAC）系列合金具有較好的性能，同時(shí)其與鉛的內(nèi)在兼容性好（含Bi合金與鉛不兼容），所以業(yè)界普遍認(rèn)為SAC是最好的無(wú)鉛合金。然而，SAC系列合金目前有許多配方種類(lèi)，其中銀含量為3~4%，銅含量為0.5~1%的SAC合金是近共晶合金，其熔點(diǎn)范圍是217~218℃。在該合金配方范圍內(nèi)的SAC合金還是存在一些性能區(qū)別，尤其是空洞和墓碑的情況。
根據(jù)Indium公司的研究成果，最主流的兩種合金的各自優(yōu)缺點(diǎn)如下：
1、 SAC387（95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu）－潤(rùn)濕性最好，SAC合金中產(chǎn)生的空洞最少。
2、 SAC308（96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu）－墓碑最少，銀含量減少使之可適用于波峰焊（許多制造商希望SMT和波峰焊用同一種合金，以簡(jiǎn)化返修工藝）。
所以基于所使用的制造工藝進(jìn)行合金選擇是非常重要的。
焊膏第一次篩選
單板組裝工廠一般都沒(méi)有時(shí)間來(lái)進(jìn)行這種評(píng)估，因?yàn)槭袌?chǎng)上有幾十種無(wú)鉛焊膏，所以有必要在進(jìn)行深入的實(shí)際評(píng)估之前減少評(píng)估范圍。采用以下排除規(guī)則：
1、 焊膏批次一致性：大多焊膏制造商會(huì)為潛在客戶提供某種焊膏的多個(gè)批次（5~10批）的特別質(zhì)量報(bào)告。對(duì)于無(wú)鉛焊膏，最重要的考察參數(shù)是焊膏的粘度、焊膏金屬含量、粉末的鉛污染情況、金屬粉末顆粒尺寸分布情況。必須了解這些焊膏參數(shù)實(shí)際值和供應(yīng)商所提供的規(guī)格范圍情況。因?yàn)椴牧系膶?shí)際評(píng)估一般只會(huì)對(duì)每個(gè)供應(yīng)商的一個(gè)批次進(jìn)行，所以必須要確信每個(gè)供應(yīng)商是否有能力保證一致性，同時(shí)有質(zhì)量測(cè)量手段確?？煽康暮父喙?yīng)。圖1和圖2列出了焊膏供應(yīng)商應(yīng)有能力提供的數(shù)據(jù)格式。
2、 焊膏可靠性：最終所選的無(wú)鉛焊膏用在單板上必須具有長(zhǎng)期可靠性。最低要求是：所有的無(wú)鉛焊膏必須符合IPC/J-STD-004的SIR標(biāo)準(zhǔn)和Telcordia(Bellcore) GR-78的電遷移要求。
3、 供應(yīng)商技術(shù)支持與服務(wù)：因?yàn)闊o(wú)鉛工藝切換不可能沒(méi)有問(wèn)題，所以所選擇的焊膏供應(yīng)商必須有足夠的支持力量，以確保問(wèn)題能夠得到快速定位并解決。另外技術(shù)支持能力強(qiáng)的材料供應(yīng)商可以協(xié)助解決你的工藝問(wèn)題，即使這些問(wèn)題不是與焊膏相關(guān)的。
應(yīng)該注意價(jià)格不應(yīng)作為預(yù)評(píng)估的規(guī)則之一。當(dāng)調(diào)查焊膏成本時(shí)，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)其不到整個(gè)單板成本的0.1%。不同焊膏的常規(guī)價(jià)格差異，與高品質(zhì)焊膏帶來(lái)的直通率提升和可靠性改善的成本相比，基本可以忽略不計(jì)。只有在焊膏品質(zhì)相當(dāng)?shù)那闆r下，焊膏價(jià)格才會(huì)成為決定性考慮因素。
一旦所評(píng)估的焊膏通過(guò)初次篩選后只剩下五種以下（應(yīng)有一種是目前使用的錫鉛焊膏），就可以開(kāi)始制定試驗(yàn)計(jì)劃，以有效地區(qū)分不同材料之間的性能差別，然后啟動(dòng)焊膏的評(píng)估。下文將重點(diǎn)介紹焊膏的重要參數(shù)和實(shí)際評(píng)估方法，這些評(píng)估可以大多數(shù)組裝線都能進(jìn)行，而不需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備。
無(wú)鉛焊錫絲印刷
有研究表明：所有SMT相關(guān)缺陷中，有50~70%是與印刷工藝相關(guān)的。因?yàn)闊o(wú)鉛焊膏中助焊劑體系與錫鉛的相比有著很大區(qū)別，所以預(yù)先不知無(wú)鉛焊膏印刷的效果是否與錫鉛焊膏相同。因此，不論制定什么評(píng)估計(jì)劃，都應(yīng)重要評(píng)估以下焊膏參數(shù)：
1、 焊膏鋼網(wǎng)壽命：任何焊膏開(kāi)始放在鋼網(wǎng)上必須印刷良好，同樣的，焊膏在鋼網(wǎng)上已經(jīng)有幾個(gè)小時(shí)也要印刷良好。隨著時(shí)間的延遲，當(dāng)材料暴露在空氣中，焊膏粘度會(huì)逐漸增加，這主要是由于焊膏中溶劑的揮發(fā)。隨著溶劑的揮發(fā)，焊膏的粘度會(huì)快速增加，然后開(kāi)始下降?；诖耍瑴y(cè)量焊膏粘度隨時(shí)間的變化將得到實(shí)際鋼網(wǎng)壽命情況，如圖3所示。如果焊膏的鋼網(wǎng)壽命較短，那就需要對(duì)印刷參數(shù)進(jìn)行頻繁調(diào)整，以保證印刷效果。
2、 焊膏“暫停響應(yīng)”性能：在通常制造環(huán)境中，設(shè)備需要維修或貼片機(jī)需要停機(jī)喂料，會(huì)有最少1小時(shí)的停機(jī)時(shí)間，這時(shí)要求無(wú)鉛焊膏性能不能下降。焊膏適應(yīng)這種停機(jī)時(shí)間并保證停機(jī)后再印刷良好的這種能力，被定義為“暫停響應(yīng)”性能。圖4比較了不同焊膏的印刷體積，同時(shí)它們有各自可接受“暫停響應(yīng)”性能，圖中清楚地反映了3號(hào)焊膏（黃顏色線表示）在啟動(dòng)和停機(jī)后的印刷體積不足。
3、 焊膏防“剪切力變小”性能：無(wú)鉛焊膏必須具備大批量制造能力。焊膏在設(shè)計(jì)時(shí)就保證了焊膏的印刷時(shí)具有“剪切力變小”（粘度降低）特性，這一特性保證了焊膏更好地填充鋼網(wǎng)開(kāi)口，印刷行程結(jié)束時(shí)，焊膏的粘度會(huì)回復(fù)到原有值，在下次印刷形成過(guò)程中，粘度會(huì)再次降低。在連續(xù)印刷時(shí)，有些焊膏的粘度在印刷行程間不能恢復(fù)，這就意味著：隨著時(shí)間的過(guò)去，焊膏粘度將持續(xù)下降，最終可能導(dǎo)致在細(xì)間距印刷產(chǎn)生坍塌和連錫。
