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回流焊设备问题及改进

日期:2016年8月3日 17:58

一直以来,由于还没有面对质量责任的太大压力,回流焊业内对焊点可靠性的研究和应用上,以及技术整合管理上都做得还不够细化,造成业界普遍对回流炉子性能方面的忽视。很少用户会认识炉子性能不足,而总把生产中的工艺质量问题归罪于物料和设计等方面。事实上,在众多的SMT设备中,目前回流炉子,不论在技术上还是应用管理上都还有很大的欠缺。

 

性能指标的关注和要求不足,导致炉子的性能改革推动缓慢

首先看看性能指标上的缺乏。如果我们打开炉子的技术资料,我们可以发现一些对用户十分关键的特性指标,例如加热效率、炉子的有效长度、炉子负荷或回温能力、热风对流性、热风的短期和长期稳定性等等,都不在指标范围内。甚至连讨论和解说也没有。这些特性指标,事实是决定工艺能力的关键。例如加热效率和对流性,事实上就是决定PCBA上所有焊点能不能一致焊接好,以及能不能够有效的处理各种不同以及高工艺难度的封装的一个重要炉子特性。再说炉子的有效长度,也是个重要的指标。长度影响产量,因为越长的炉子,我们在操作时可以设置越快的链速,而快的链速就表示能处理更多的PCBA 或单板的生产节拍更快、周期更短。然而,我们也必须知道的,是决定链速的不只是炉子的长度,而还有其加热效率和过区的热损失等因素。‘有效长度’Effective length这一指标,就是包括考虑了所有影响炉子长度因素,然后对实际物理长度进行换算的一个指标。只有经过这样的整理,‘长度’指标才有应用上的意义。

 

重要的指标不被人重视,对我们进行技术整合和工艺优化工作是个很大的障碍,出现这个情况的原因有四个:

第一个原因是用户的无知和没有提出要求。在焊接质量上,这些遗失的指标多影响焊点的可靠性。然而,除了一些国外较大的电子企业有真正投入在做可靠性分析和研究工作外,国内的企业在这方面有足够投入的是屈指可数。第二个原因,就是焊点的可靠性,尤其是传统的锡铅材料技术中,在很多场合是较产品的商业使用寿命长的。真正会面对焊点寿命挑战的行业还算少数。所以即使受到影响的也算少数。在用户少,不良品少,知识少的情况下,通过这渠道去认证和推动炉子性能改革的工作是发展不起来的。第三个原因,这些特性指标中,有不少是目前业界中没有出现绝对标准的,包括测量方法上的标准以及合格标准。所以商家们也无可比较。第四个原因,也许是炉子的商业恶性竞争带来的后果,在利润单薄的情况下,商家是不愿去投入更多更复杂的测试认证的。或许更多人采取的态度,是‘没有投诉就是没有问题的做法’。

或许对许多用户来说,这些都还不是个问题。因为其质量责任没有那么大。不过我们事实上缺乏具体的数据来说明。‘中国制造’这一称号,对许多国外用户来说仍然不能表示质量保证。而在众多的失效当中,到底有多少是因为焊接工艺造成的,我们并没有这样的数据。随着器件封装的发展,随着无铅技术的到来,我们在焊接上面对的是更严峻的挑战。忽略炉子这些不良因素,是否还是个可行的办法,或许用户们应该静下来想想。

 

测试手段的缺乏以及使用不足

行业用户中对回流炉子进行较详细测试很少,多数用户还是停留在那种‘板能焊接出来就是好炉子’的传统观念时代。事实上,只要材料质量合理,要找一台能在市场上生存而又只焊出肉眼都能看出焊点不良的炉子还真不容易。不过,如果我们对较难产品的焊点结构进行分析,包括研究其微晶结构、IMC层、气孔、残留物等等,我想我们就不会认为多数炉子都是好的。质量要求高的产品需要较细腻的工艺控制,而细腻的工艺就需要精确稳定的炉子。这类炉子只有通过测试才能够判断其实际能力,例如以上提到的遗失指标和Cmk,都必须通过测试才能获得可靠的信息。目前大家认识到的测试炉子的方法很少,对炉子进行详细测量的也很少,所以多数的用户并无法说清楚其使用炉子的能力。

对炉子的应用和管理不够先进

当我们对炉子的实际性能不清楚的时,就无法保证自己配置的是一台合适的炉,也无法保证自己的投资是合理和值得的。所有供应商都告诉你他们的产品和服务是一流,但在许多特性指标没有得到统一标准,测试方法还欠缺的情况下,几乎没有人能够真正说清楚自己的水平定位。生产商只通过和设备商的交谈,看看指标书和样机是无法做出很好的采购决策的。

炉子间的一致性不够理想也是个常见的应用管理问题。在国内工厂中,很多设备厂是没有对所有生产线的炉子进行一致性监控的,大家通常会认为所购买的炉子只要是同一商家同一型号的,其表现就一致。然而,在华南四家工厂中,对同一品牌同一型号的多台回流焊机测试结果中,只有一家是得的到Cmk在3个西格玛(Sigma,标准差)以上的。一致性确保我们在一条线生产线上调制的参数,可以拷贝到其他生产线上共用。有多条生产线和炉子的生产厂商,都应该进行一致性的测量和监控。

不同炉子的性能不一样,在应用上必须对炉子的性能进行鉴定。这应该在采购决策前进行,以确保不会买到次品,但大多用户只是去观看样机的操作或到其他用户处看设备使用情况,而没有进行有计划性的详细的测量。在设备引进安装后,也应该对其性能进行测量,通过此真正了解该设备的特性,对日后的使用很有用。比如一些炉子可能在轨道两边的对流性会差些,有些则回温或负荷能力有一定的限制,在通过测量了解到这些特性后,用户就能够制定相应的工艺和设计规范来避开该炉子的弱点,使应用起来较得心应手。

有些用户在采购前会进行回流焊设备试用,这个做法可以大大减少采购错误的风险。不过绝大部分的用户试用回流焊设备,就是使用本身的产品来进行实际生产和观察焊接结果,但是所使用的产品并不能代表将来的技术要求,不能代表最高技术生产要求。正确的测量方法,必须通过对工艺原理和工艺规范了解目前和将来的需求,配合对炉子设计原理的了解,而有针对性的设计出一个对该炉子具备挑战性的测试板,以及一套测试方法步骤来进行测试。

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