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  • 作者:
  • 来源: 北京SMT专业委员会
  • 日期: 2017-01-17
  • 浏览次数: 1184
北京电通纬创    周敬东     
背景:
焊接的工艺中,手工焊接/维修是一个必不可少的重要作业内容,而手工焊接又是相对更容易发生不良的重要控制点。
手工焊接需要控制的内容比较多,归纳下来有以下必要的项目:
作业人员的资质;
烙铁的选择;
烙铁头的选型;
烙铁的接地(静电及感应电的控制);
烙铁温度的控制;
焊接时间的控制;
焊接压力的控制;
焊料/助焊剂的控制;
焊接手法。

我们在这里讨论的是烙铁的选型验证及参数设定。
问题:
我们测试烙铁温度使用的仪器一般是HAKKO 191及兼容仪表,配合Sensor 191-211进行测试(图1)。
在一般的资料中,有铅锡焊接的推荐温度为260℃;而元件的Datasheet也同样明文要求自动焊接不得超过260-10s,手工焊接260-3s(图2)。
在实际生产过程中,使用63Sn37Pb的锡丝进行焊接时,烙铁温度实测为260℃,焊稍大一点的焊盘时,会发现熔锡很困难,焊接时间会很长,反而可能造成更多的不良。在不得已的情况下,只能提高烙铁的温度——350℃,甚至更高。
问题点:用符合规定的温度焊接,会影响生产效率,也可能会影响质量;提高温度——提到多少?这个行为经不得推敲,同时更可能影响质量,还会让作业人员养成不守规则的不良习惯,我们将何去何从?
 
分析:
我们回顾一下焊接的全过程:
  • 烙铁接触焊盘(预热)→⑵焊料接触烙铁头→⑶焊料熔化→⑷烙铁头游动(让焊料填充焊盘)→⑸焊料脱离焊盘→⑹烙铁头脱离焊盘→⑺焊点冷却。
在这个过程中,步骤⑴⑵⑶,烙铁头的热量迅速转移到焊盘及焊料上,烙铁头的温度快速下降;步骤⑷⑸烙铁头的热量对焊盘焊料进行补充,补偿其自然散热,这个过程烙铁头的温度视其热补偿能力,可能下降也可能上升;步骤⑹,烙铁发热只需要补偿其散热,烙铁头温度快速上升;⑺此过程与烙铁头无关,烙铁头温度继续上升至稳定。
3为连续焊接的实测温度变化(取样时间间隔:0.05s)。
 
从图中可以看到,在连续焊接的过程中,烙铁的温度呈周期性地起伏变化,在停止焊接达到一定时间后,烙铁温度达到稳定(1),而在焊接的过程中,温度处在低位波动中,这里的低位波动(2),就是焊接时烙铁及焊点的实际温度,换言之就是“有效温度”。
此曲线温度变化的幅度,取决于烙铁的功率、加热方式、烙铁头的形状、烙铁头材质及使用的时间、焊料成份、焊盘设计及元件管脚。而烙铁的热补偿性高时,可以减小这个曲线的振幅。
结论:
在手工焊接的过程中,烙铁的温度会在作业时下降,对不同的烙铁状况和不同的焊接对象,焊接时的实际温度可能会下降60140℃(若元件管脚很大时会下降更多),我们用HAKKO 191(兼容)的测温仪测试的结果,与实际作业的温度有较大差别,在用这样的方法测量,而按“正确的”参数(如260℃)设定时,实际焊接温度甚至可能低于锡丝的熔点,作业人员的第一感觉就是“难焊”,而工艺人员在不仔细分析时,也会简单地把问题归结到“参数不合适”上,只好凭着作业的感觉来调整。
久而久之,大家就不把规定的参数放在心里,而是根据感觉来做。而工艺人员做的,往往也只是将工艺文件的规定参数进行修改。
其实,这样的工艺人员是负责任的,但是,他应该怎样确定“合适的参数”呢?要知道,对不同焊点,在相同设置的情况下,焊点的实际温度也是不一样的,不管你用HAKKO 191(兼容)测试的情况怎样。
问题处理:
解决这个问题的关键,是对焊接对象分类,并且对每一个烙铁进行测试,确定其焊接时有效温度的降幅。
在不同对象的焊接中,可选用不同的烙铁,要求(1)- (2)的差值应<80℃,对大焊点焊接不合格的烙铁,可以尝试用来焊小焊点(同样需要验证),实在不合格,为保证产品后续的可靠性只能淘汰。
用这样的方法,应对每一个烙铁编号管理,验证并确定其可以焊接的元件及相应的稳定温度(1),在确定后,可以管理这个参数,并用HAKKO 191(兼容)测试稳定温度(1)进行控制。
这些测试记录应予保存,并定期重新测试,作为温度设定的依据。
按这个参数严格执行,现在我们不必再担心这个参数会损坏(或潜在损伤)元件,也不必害怕这样会降低生产效率了,只要坚持执行,我们产品的质量及可靠性会更上一个台阶!

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