正確實(shí)施首件檢查是確保無(wú)鉛焊接成功的關(guān)鍵

???? 作為生產(chǎn)制造經(jīng)理，工藝這個(gè)詞必須時(shí)時(shí)回響在你的耳畔，它是無(wú)鉛應(yīng)用中首先需要重視的。無(wú)鉛焊接合金所造成的較小工藝窗口不僅對(duì)回流焊設(shè)備，而且也對(duì)首件檢查設(shè)備和過程提出了更高要求。本文將重點(diǎn)闡述有關(guān)無(wú)鉛焊接的典型工藝問題、應(yīng)采取的相應(yīng)首件檢查策略以及無(wú)鉛焊接SMT生產(chǎn)參數(shù)的認(rèn)定和質(zhì)量管理方法。制訂一個(gè)高質(zhì)有效的控制程序完全有賴于發(fā)現(xiàn)所有潛在工藝問題并加以防范的能力，為了避免產(chǎn)品在售出以后出現(xiàn)故障而面臨巨大經(jīng)濟(jì)與聲譽(yù)損失，業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的大型生產(chǎn)廠商紛紛通過加強(qiáng)首件檢查使得這種可能性大為降低。

????目前業(yè)界已經(jīng)發(fā)表不少關(guān)于無(wú)鉛焊接中工藝窗口較小及其對(duì)可靠性影響的文章，可以肯定地說，焊接工藝發(fā)展到今天它所存在的一些工藝問題已經(jīng)是可以解決的了。我們都已了解含鉛焊錫膏的浸潤(rùn)范圍由60秒到120秒，而能接受的峰值范圍很寬，從205℃直至高達(dá)255℃。在目前的焊接工藝中，大溫度范圍對(duì)于可焊性與可靠性的問題都不是太大。而無(wú)鉛合金的浸潤(rùn)工藝窗口要小得多，峰值溫度范圍為230℃到250℃，如果超出這些規(guī)定的工藝窗口會(huì)對(duì)焊點(diǎn)的完整性、元件的安全性及最終可靠性都產(chǎn)生不良影響。

????下面我們可以看到這在實(shí)際應(yīng)用中如何妨礙獲得穩(wěn)定、可靠的工藝。直接影響首件檢查和SMT生產(chǎn)線的重要工藝參數(shù)包括：
1. 浸潤(rùn)不佳和流動(dòng)性；
2. 基板彎曲；
3. 較高的工藝溫度會(huì)損壞元器件，或者改變所要求的焊點(diǎn)形狀；
4. 產(chǎn)生條紋(也被稱作“桔皮線”或“凍結(jié)線”)，柱狀晶體使焊點(diǎn)看上去不太光亮，因而也更難認(rèn)定其質(zhì)量；
5. 無(wú)鉛焊接助焊劑殘留；
6. 立碑現(xiàn)象；
7. 產(chǎn)生小錫珠；
8. 產(chǎn)生錫須；
9. 產(chǎn)生空洞。

????了解了上述無(wú)鉛焊接工藝典型特征之后，我們就可以確定企業(yè)在首件檢查過程中如何貫徹質(zhì)量評(píng)估和進(jìn)行適當(dāng)?shù)腟MT生產(chǎn)線參數(shù)認(rèn)定。

????一個(gè)公司的設(shè)備與焊接耗材必須緊密結(jié)合才能保證可靠的焊接工藝，因而在選擇時(shí)需要給予最大關(guān)注。回流焊爐的表現(xiàn)在整條無(wú)鉛生產(chǎn)線中起著至關(guān)重要的作用，而最終成功的決定因素還是首件檢查。過去10年來，國(guó)際焊接標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)受到越來越多的重視，IPC 610目前被視作最重要的國(guó)際工藝標(biāo)準(zhǔn)，并將在今后較長(zhǎng)一段時(shí)間仍然適用。符合這樣的工藝標(biāo)準(zhǔn)一直以來都是很重要的，而根據(jù)這樣的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行檢查更是必須。

????元器件日趨小型化，使焊點(diǎn)更小、焊接更難完成，如14mil(0.35mm)腳間距的TQFP、0402與0201器件、CSP及倒裝芯片等，因而也更難檢查，工藝標(biāo)準(zhǔn)則為SMT工藝認(rèn)定提供了很有價(jià)值的指導(dǎo)方針。擁有標(biāo)準(zhǔn)、用標(biāo)準(zhǔn)來檢驗(yàn)、用標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)應(yīng)該是制造廠商的基本準(zhǔn)則，在首件檢查中保證焊點(diǎn)的牢固性就是為了遵循這樣的標(biāo)準(zhǔn)。

????如果我們考慮到上面提到的無(wú)鉛焊接工藝的典型問題，那么按標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行生產(chǎn)將面臨很大挑戰(zhàn)，SnAgCu合金浸潤(rùn)不佳的特性將使焊料完整填充變得更困難，同時(shí)超出規(guī)定的工藝窗口又會(huì)產(chǎn)生可焊性問題，無(wú)鉛焊工藝窗口較小，在回流焊中做好溫度控制和使△T最小化是保證焊接成功的關(guān)鍵。

????無(wú)鉛焊接所要求的更高工藝溫度也會(huì)帶來新的障礙。當(dāng)器件在回流焊中自身溫度高過PCB時(shí)，熔化的焊料會(huì)因虹吸效應(yīng)爬升到元件引腳上，從而改變正確的焊點(diǎn)形狀。有時(shí)候需要采用破壞性界面檢查方法，然而這種檢查是一種很浪費(fèi)的首件檢查方法。另外，較高的工藝溫度會(huì)產(chǎn)生器件膨脹和基板彎曲，這些問題都會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)開路現(xiàn)象，而溫度超出器件承受的最高范圍又會(huì)造成致命的爆米花現(xiàn)象和器件內(nèi)部下塌。

????另外一個(gè)需要注意的是，在首件檢查中，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)的放大倍率較小的0度檢驗(yàn)設(shè)備如顯微鏡是無(wú)法獲取截面和側(cè)面圖片的。如何檢查PCB板、檢查哪里、用什么儀器檢查，這些問題都關(guān)系到無(wú)鉛焊接首件檢查工藝的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

????多年以來，操作者成功地用一些視覺顯示器來反映完整的焊點(diǎn)情況，我們多次聽到這樣的說法:“好的焊點(diǎn)看上去就應(yīng)該是這樣的?！崩浜竿瓷先ケ容^黯淡、多紋，而無(wú)鉛焊焊點(diǎn)的特征是看上去就比較黯淡，這是由于無(wú)鉛焊合金凝固過程中產(chǎn)生的條紋、“凍結(jié)線”、“桔皮現(xiàn)象”所造成的結(jié)果。這些明顯的“缺陷”是天然形成的，并不是焊接問題。用高倍率放大儀器檢查焊點(diǎn)凍結(jié)線之間是否光滑，可以判斷該焊點(diǎn)是否可靠。

????在無(wú)鉛波峰焊工藝中，我們常會(huì)用SnCu或SnAgCu合金條。在焊錫槽中，銅會(huì)形成Cu6Sn5金屬化合物針狀或樹枝狀結(jié)晶體。這對(duì)生產(chǎn)是很不利的，當(dāng)合金密度較低時(shí)含錫量較高，在焊錫槽底部就會(huì)沉降一些針狀物并成為焊點(diǎn)組成部分。雖然這個(gè)瑕疵是天然形成的，但它確實(shí)使焊點(diǎn)看上去不夠光亮，必須配備適當(dāng)?shù)臋z查設(shè)備并重新培訓(xùn)操作人員有關(guān)無(wú)鉛焊檢查工藝的標(biāo)準(zhǔn)才能得到正確判斷。

????另外，無(wú)鉛焊接浸潤(rùn)不佳的特性在波峰焊過程中會(huì)使焊料填滿PTH通孔更加困難，用標(biāo)準(zhǔn)的波峰焊設(shè)備生產(chǎn)符合IPC第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的高可靠性產(chǎn)品是不容易的，我們要充分考慮選用合適的無(wú)鉛選擇性波峰焊來降低缺陷率。任何情況下，都要經(jīng)濟(jì)、徹底地進(jìn)行首件檢查。IPC標(biāo)準(zhǔn)可以用昂貴的破壞性截面檢查或用可提供90度、從板子水平面角度看到圖像的光學(xué)檢查設(shè)備來檢查。

????查看隱蔽焊點(diǎn)上的助焊劑殘留物也很關(guān)鍵，但這無(wú)法用X光設(shè)備檢查出，這時(shí)我們可以用ERSASCOPE BGA視覺檢查系統(tǒng)來檢查這些問題。無(wú)鉛合金中的高含錫特性會(huì)很容易造成焊點(diǎn)產(chǎn)生錫須；同時(shí)無(wú)鉛合金的流動(dòng)性不佳和表面張力較強(qiáng)容易造成立碑現(xiàn)象，而且超過規(guī)定的焊料工藝窗口會(huì)產(chǎn)生許多小錫珠，只有用放大倍率高的0～90度鏡頭才能查看到。另外，無(wú)鉛焊接要求的較高工藝溫度會(huì)導(dǎo)致空洞增多，這可用破壞性檢驗(yàn)或X光檢查出來。

????BGA、CSP和倒裝芯片的無(wú)鉛焊接都會(huì)隨著較小工藝窗口而產(chǎn)生越來越多的問題，這就要求我們很好地控制溫度。BGA有兩個(gè)階段回流焊過程，也稱為“兩次塌陷”，顯然，如不檢查到一次塌陷的缺陷就會(huì)導(dǎo)致元器件早期失效。在無(wú)鉛焊接過程中，一次塌陷和二次塌陷之間的溫差有時(shí)只有低達(dá)5℃！AOI和X光可以檢查整條工藝控制所顯示的圖像，但也檢查不出一次塌陷和二次塌陷的區(qū)別。

????在首件檢查中用ERSASCOPE BGA光學(xué)檢查系統(tǒng)來認(rèn)定SMT生產(chǎn)線參數(shù)非常有用，事實(shí)也證明它可以減少產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)出現(xiàn)故障的可能性，一些大量應(yīng)用BGA、CSP和倒裝芯片的大型消費(fèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠商因這種問題往往要損失成千上萬(wàn)的資金，更不用說為此而引發(fā)的一系列品牌、形象等連鎖負(fù)面影響。

????檢查小型CSP和倒裝芯片需要用到檢查功能更先進(jìn)的ERSASCOPE 2中的倒裝芯片鏡頭。原先ERSASCOPE光學(xué)檢查系統(tǒng)光圈離PCB板表面的距離大約是0.3毫米，倒裝芯片的高度或縫隙僅0.05mm，但我們只能“從上往下看”。而ERSASCOPE 2的倒裝芯片鏡頭的光圈已降低到0.012毫米，這樣我們就可以“從下往上看”了，甚至可以看到倒裝芯片焊點(diǎn)的頂部。

????無(wú)鉛焊接較高的工藝溫度將給BGA器件裝配帶來較大問題，我們可以看到在回流焊過程中由于CTE匹配問題而引起的元件錫球剝離現(xiàn)象。這樣的焊接問題在無(wú)鉛焊接工藝中將會(huì)非常普遍，我們必須用更加先進(jìn)的首件檢查手段來檢查出這些會(huì)影響器件可靠性的問題。根據(jù)ERSASCOPE目前1,800多家用戶的經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)诖藦?qiáng)烈建議要在首件檢查中檢查出這些器件缺陷。

????總而言之，由于無(wú)鉛焊接所引致的較高工藝溫度和較小工藝窗口，徹底進(jìn)行首件檢查就變得至關(guān)重要。這樣的光學(xué)檢查需要有一個(gè)放大倍率更大的、更靈活的、可進(jìn)行0～90度探測(cè)的鏡頭。已獲專利的ERSASCOPE光學(xué)檢查系統(tǒng)不僅能對(duì)隱蔽的BGA、CSP和倒裝芯片焊點(diǎn)進(jìn)行檢查，在無(wú)鉛焊接中，它還是一個(gè)十分有價(jià)值的高放大倍率(可達(dá)350倍)綜合性檢查工具。

????看見才能生存，只有能在無(wú)鉛焊工藝生產(chǎn)中看見所有的潛在問題，才能及時(shí)做出反應(yīng)，解決問題，確保質(zhì)量，堅(jiān)持可靠性標(biāo)準(zhǔn)。只有我們檢查出所有潛在可能產(chǎn)生的缺陷，才能讓所遵循的6σ質(zhì)量理念真正發(fā)揮作用。我們最終的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“零缺陷”，但由于受到缺陷檢查設(shè)備限制，直到今天這一目標(biāo)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此在整個(gè)質(zhì)量保證體系中采用先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備是非常有意義的。

????無(wú)鉛焊接的首件檢查必須非常認(rèn)真地加以對(duì)待，關(guān)鍵工藝工程師唱主角的時(shí)代已過去，QS管理人員和工藝工程師也越來越顯示出他們的重要性。一個(gè)經(jīng)過認(rèn)證的無(wú)鉛焊SMT生產(chǎn)線可減少工藝問題的產(chǎn)生并降低返修率和廢品率，從而大大降低由此引起的生產(chǎn)成本。批量生產(chǎn)廠商都知道，如果無(wú)法在生產(chǎn)線中檢查出所有潛在問題與缺陷，將會(huì)給他們帶來很大的經(jīng)濟(jì)與企業(yè)形象上的損失，但誰(shuí)又相信采用了無(wú)鉛焊接這些問題就會(huì)自動(dòng)消失呢？相反，所有跡象都表明這些工藝問題會(huì)大大增加。

????擁有標(biāo)準(zhǔn)并按被認(rèn)可的焊接標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行檢查和生產(chǎn)是必要的，但沒有企業(yè)能真正完全做到這一點(diǎn)。坦率地說，有多少按IPC 2、3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)在對(duì)隱藏的PLCC引腳腳尖焊縫和難查的TQFP引腳腳后跟焊縫進(jìn)行檢查？更不用說在BGA上的兩次塌陷了。無(wú)鉛焊接工藝的到來要求廠商非常認(rèn)真重新審核他們的QA程序，并配備適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和安排必要的員工培訓(xùn)來做好首件檢查，這才是成功的關(guān)鍵。做不到這點(diǎn)，他們將付出沉重的代價(jià)。