談談如何提高焊接質量

摘要：降低焊接缺陷的方法有很多，本文將要介紹的一種方法是使用惰性氮氣。本文通過對產生缺陷的原因進行了分析、對氮氣源的選用做了全面的調查及惰性氮氣氛成本進行了比較，以便實現在最經濟的條件下，達到最佳的質量。

關鍵詞：焊接 焊接缺陷 氮氣

近幾年來，惰性氮氣焊接在提高產品的質量上受到人們的青睞，不過，在很大程度上與經濟和工藝的優點所帶來的操作成本低也有關系。此外，也取決于流動速率、操作小時數和氣氛的單位成本。事實上，在焊接工藝中使用特殊氣氛——惰性氮氣氛，可以使焊接的產品在焊接過程中不會產生缺陷，能夠一次通過測試驗收，這樣既節省了由缺陷帶來的返修成本和勞動力成本，也節省了工藝時間。雖然，選購氮氣氛需要花費一定的資金，但比起焊缺陷帶來的返修成本要低得多。為此，惰性氮氣氛在SMT的焊接中的作用越來越受到人們的重視，并將逐漸被人們接受和推廣應用。

一、氮氣源

了解了焊接氣氛的要求對確定用最經濟氮氣方案很有幫助。氮氣存儲可供給氮氣——一般為液體——或在生產現場配備氮氣發生器。現場制成的氮氣包括氣體的制冷生產或者是非制冷氮氣發生器，不是使用壓力搖擺吸收(PSA)就是用薄膜隔離的方法。從某些方面來說，這種選擇是根據技術背景，如象；要求的氮氣純度和流動速率，而更主要的是經濟因素。如象；每個月使用的小時數，本地價格和液化氮氣的供給情況。近幾年，選用氮氣的范圍越來越寬。純度越高，成本也就越高。那么，選用哪一種類型的氮氣完全由價格和液化氮氣的實用性來決定。在選用氮氣之前，了解氮氣的要求(純度)是至關重要的。

1.對氣氛的要求。從某些方面來看，與助焊劑、焊膏、印制板、引線涂層、引線間距及板密度的日新月異的變化有著密切的關系，同時，與小規模濕潤和濕潤性評相關的產量難度也有關系。通過一些研究分析說明氮氣中氧含量影響到濕潤參數。同時，還說明在焊接中惰性氣氛可改進基本工藝——濕潤角度、濕潤率和濕潤力、表面張力、涂覆焊劑產生的氧化物和焊球等——還指出這些進展和進步可以降低缺陷，不過降低的比例不會很大。這是因為開路和短路這樣的缺陷是在其他組裝工藝步驟中所產生的。

二、PCB的設計

包括布線、間距尺寸、元件和焊料掩模的選擇，產生缺陷的另一個非常重要的因素是不同的制造廠家使用的焊膏不同。設備也是一個問題，即；助焊劑噴涂機、波峰焊機和再流爐品種繁多。從眾多的因素中將惰性氣氛的氧含量作用篩分出來是一項艱難的工作。必須用一種適當的統計技術來指明失控的變量。

三、實驗

通過對兩個制造廠家(稱其為A廠和B廠)的三條組裝線(兩條再流焊線；一條波峰焊線)上組裝的所有計算機板進行了測試。實驗的目的是為了搜集在不同氮含量的生產條件下缺陷率的數據。 A廠車間中對所有的板子(奔騰筆記本計算機的母板)只實施了再流焊接。每塊板子上有4830個焊點，這些焊點有些是帶有引線的封裝，有985個為分立片式元件。對象短路、開路、墓碑和焊料不足這樣的缺陷分別進行了計算和記錄。A廠在測試中選用的氧含量分別為25ppm；100ppm：400ppm。

在B廠的車間里，分別使用了再流和波峰兩種焊接工藝對臺式計算機和筆記本計算機母板進行了焊接。使用完全對流再流爐對第塊板上的3780個焊點進行再流焊接，這些焊點有帶有引線的封裝和661分立片式元件。并分別計算和記錄下短路；開路；墓碑和不合格元件的缺陷。應注意的元件的問題大多與貼裝有關，而與焊接使用的工藝氣氛無關。在測試中選用的氧含量分別為100ppm；500ppm；100ppm。在不同的測試條件下進行焊接的所有板子上噴涂的助焊劑量應保持一致。每塊板上共有432個焊點，并應分別計算和記錄短路、開路有問題元件的缺陷。同樣，元件有問題大多與貼裝有關，而與波峰焊接的工藝氣氛無關。在測試中選用的氧含量分別為400ppm、90ppm、2000ppm及普通氣體(占21％)。

四、結果討論

在A廠車間中，在每種O2含量下，統計出四百萬多個焊點的缺陷總數超。將用戶缺陷分類結果歸納為：再流焊接數據。由于開路和焊點焊料不足受到類似氣氛的影響，帶有引線元件焊點上的焊接缺陷也可能是由于在貼裝過程中或施加焊膏中所產生的問題。還不能說這類問題與焊接或濕潤的作用有關，對這些數據必須綜合起來分析。沒有把墓碑缺陷算到開路缺陷中來，這對于分別統計有引線元件焊點的缺陷數據和墓碑缺陷數據是很有幫助的。通過使用惰性氮氣氛，我們確信其給波峰焊接工藝帶來很多好處。此外，還會減少浮渣。B廠在使用氮氣氛時，浮渣減少了60%～70％氧含量在測試值(2000ppm以下)范圍內，對浮渣的產生不會起多大作用。為了實現低成本的惰性氮氣氛焊接，可根據實際生產需求選用合適的方法將惰性氣氛用于焊接工藝中，達到即可提高焊接質量，又能降低成本的目的。氮氣的使用有幾種方法，每種方法都有明確的目標及對整個工藝有一定的影響。總之，使用氮氣氛給焊接工藝帶來了很多優點，雖然，還存在一些問題函待商討，但是，還是利大于弊，值得推廣應用。

五、結論

在再流焊接和波峰焊接中獲得了一些必要的生產數據，這兩組數據說明在含氧量低于1 000ppm的條件下進行波峰焊接的優點，雖然速度很慢，但是根據觀察，隨著含氧量降低到25ppm，可不斷提高質量。波峰焊接數據說明在焊接氣氛中含氧量低于2，000ppm的情況下所帶來的優點，(浮渣減少＞60％產量提高＞90％)。從某種程度來說，氧含量持續在400ppm時，開路的數量就會稍有減少，而短路的數量卻與在2，000ppm或更低的氧含量條件下基本相同。

參考文獻

[1]焊接工程師手冊（第2版）陳祝年編著 2010年2月

[2]焊接技術 菅沼克昭 著 北京-科學出版社 2004年7月