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如果您是一名電氣工程師，希望提高 PCB 組裝過程的效率，那么最大限度地提高波峰焊的一次通過率 （FPY） 是一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。如何實(shí)現(xiàn)更高的 FPY 并減少返工和浪費(fèi)？答案在于通過精確控制參數(shù)、缺陷預(yù)防策略和強(qiáng)大的質(zhì)量控制措施來優(yōu)化您的波峰焊工藝。在這篇博客中，我們將深入探討波峰焊首過良率提高、工藝優(yōu)化、減少缺陷和質(zhì)量控制的可行策略，以幫助您簡(jiǎn)化生產(chǎn)并降低成本。

什么是波峰焊中的首次通過率，為什么它很重要？

首次通過率 （FPY） 是制造業(yè)中的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，用于衡量在第一次嘗試時(shí)無(wú)需返工或維修即可通過流程的單位百分比。在波峰焊（用于將通孔元件連接到印刷電路板 （PCB） 的批量焊接工藝）中，F(xiàn)PY 直接影響生產(chǎn)效率、材料成本和整體產(chǎn)品質(zhì)量。

低 FPY 意味著更多的電路板由于焊接不足、橋接或冷接等缺陷而無(wú)法通過檢查，從而導(dǎo)致昂貴的返工和資源浪費(fèi)。對(duì)于電氣工程師來說，實(shí)現(xiàn)高 FPY（理想情況下高于 95%）對(duì)于滿足緊張的生產(chǎn)計(jì)劃和保持盈利能力至關(guān)重要。讓我們探討如何優(yōu)化波峰焊工藝以達(dá)到這些目標(biāo)。

了解影響 FPY 的常見波峰焊缺陷

在深入研究改進(jìn)策略之前，確定波峰焊中降低 FPY 的常見缺陷至關(guān)重要。通過了解這些問題，您可以針對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化。以下是主要缺陷：

• 焊料不足：當(dāng)焊料未能完全潤(rùn)濕元件引線或焊盤時(shí)發(fā)生，通常是由于助焊劑不良、焊料溫度低或電路板上的污染。這可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)薄弱和可靠性問題。

• Solder Bridging（焊料橋接）：當(dāng)過多的焊料在相鄰引線或焊盤之間產(chǎn)生意外連接時(shí)，通常會(huì)發(fā)生這種情況，這通常是由不適當(dāng)?shù)牟ǜ呋?PCB 設(shè)計(jì)問題引起的。

• 冷焊點(diǎn)：由于傳熱不足，導(dǎo)致焊料流動(dòng)不完全和連接脆性，在壓力下可能會(huì)失效。

• 跳過焊接：當(dāng)焊料不粘附在某些區(qū)域時(shí)，通常是由于電路板與波峰接觸不均勻或遮蔽問題。

• 過多的焊料或冰柱：由慢速輸送機(jī)速度或高波壓引起，導(dǎo)致焊料堆積，從而使元件短路。

這些缺陷中的每一個(gè)都會(huì)導(dǎo)致返工，從而降低 FPY?，F(xiàn)在，讓我們看看減少波峰焊缺陷和改進(jìn)工藝的針對(duì)性策略。

波峰焊首次通過良率提高策略

1. 優(yōu)化工藝參數(shù)以實(shí)現(xiàn)一致性

波峰焊工藝依賴于溫度、傳送帶速度、波高和助焊劑應(yīng)用的微妙平衡。即使是很小的偏差也可能導(dǎo)致缺陷。以下是微調(diào)這些參數(shù)的方法：

• 焊錫槽溫度：將焊錫鍋溫度保持在合金的推薦范圍內(nèi)，對(duì)于 SAC305 等無(wú)鉛焊料，通常為 250-260°C。溫度過低會(huì)導(dǎo)致接頭變冷，而溫度過高會(huì)損壞組件或?qū)е卵趸?/span>

• 輸送機(jī)速度：調(diào)整速度以確保與焊錫波峰的適當(dāng)接觸時(shí)間。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)通孔板，每分鐘 1.0-1.5 米的速度通常是理想的，但要根據(jù)板的復(fù)雜程度進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整。

• 波高：將波高設(shè)置為僅接觸 PCB 底部，而不會(huì)淹沒頂部。高度過高會(huì)導(dǎo)致橋接，而高度過低會(huì)導(dǎo)致跳躍。

• 預(yù)熱溫度：確保在焊接前預(yù)熱階段將電路板加熱到 100-120°C，以防止熱沖擊并改善焊料潤(rùn)濕。

定期監(jiān)控和校準(zhǔn)設(shè)備以保持這些設(shè)置。在此過程中使用熱剖面儀測(cè)量電路板溫度有助于識(shí)別不一致之處。

2. 增強(qiáng)助焊劑應(yīng)用以獲得更好的潤(rùn)濕效果

助焊劑在去除氧化物和確保適當(dāng)?shù)暮噶蠞?rùn)濕方面起著至關(guān)重要的作用。助焊劑應(yīng)用不良是焊料不足和冷焊點(diǎn)的主要原因。請(qǐng)考慮以下優(yōu)化波峰焊工藝的技巧：

• 根據(jù)您的電路板和組件要求使用正確的助焊劑類型（例如，免洗或水溶性）。

• 使用噴霧或泡沫系統(tǒng)均勻涂抹助焊劑，以避免出現(xiàn)干點(diǎn)或過多殘留物。

• 監(jiān)測(cè)助焊劑密度并定期補(bǔ)充以防止降解，這可能會(huì)降低效果。

根據(jù)行業(yè)案例研究，維護(hù)良好的助焊劑系統(tǒng)可以減少高達(dá) 30% 的缺陷，從而顯著提高 FPY。

3. 改進(jìn) PCB 設(shè)計(jì)和布局以成功焊接

焊料橋接和跳焊等缺陷通常源于 PCB 設(shè)計(jì)問題。作為工程師，與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)合作可以在問題到達(dá)生產(chǎn)線之前防止問題發(fā)生。關(guān)注：

• 元件間距：確保通孔引線之間有足夠的間距，以避免橋接。對(duì)于波峰焊，通常建議引線之間至少留出 2.5 毫米。

• 焊盤尺寸和形狀：使用適當(dāng)尺寸的焊盤，以確保適當(dāng)?shù)暮噶狭鲃?dòng)而不會(huì)產(chǎn)生過多的堆積。

• 取向：將元件方向垂直于波紋方向，以最大限度地減少陰影效應(yīng)，其中拖尾引線會(huì)阻止焊料到達(dá)其他引線。

實(shí)施為波峰焊量身定制的可制造性設(shè)計(jì) （DFM） 指南可以通過減少固有的設(shè)計(jì)相關(guān)缺陷來提高 FPY。

通過設(shè)備維護(hù)減少波峰焊缺陷

設(shè)備問題是許多人忽視的缺陷的隱藏原因。維護(hù)不善的波峰焊機(jī)會(huì)引入可變性，從而使您的 FPY 陷入困境。以下是讓您的設(shè)備保持最佳狀態(tài)的方法：

• 清潔焊錫鍋：每天清除渣滓（氧化焊料），以防止導(dǎo)致潤(rùn)濕不良的污染。熔渣堆積會(huì)降低焊料質(zhì)量并導(dǎo)致缺陷。

• 檢查波均勻性：檢查波峰是否有不均勻或湍流，這可能會(huì)導(dǎo)致焊接不一致。根據(jù)需要調(diào)整泵或擋板。

• 校準(zhǔn)傳感器：定期校準(zhǔn)溫度和速度傳感器，以確保讀數(shù)準(zhǔn)確。僅 5°C 的偏差就會(huì)影響焊點(diǎn)質(zhì)量。

每周或根據(jù)生產(chǎn)量安排預(yù)防性維護(hù)，以避免意外停機(jī)并保持一致的性能。

實(shí)施波峰焊質(zhì)量控制措施

質(zhì)量控制是維持高 FPY 的支柱。如果沒有適當(dāng)?shù)臋z測(cè)和反饋循環(huán)，缺陷可能會(huì)被忽視，直到它們導(dǎo)致重大問題。以下是主要的波峰焊質(zhì)量控制實(shí)踐：

1. 進(jìn)行過程中檢查

在生產(chǎn)過程中執(zhí)行視覺和自動(dòng)化檢查，以便及早發(fā)現(xiàn)缺陷。使用放大工具或自動(dòng)光學(xué)檢測(cè) （AOI） 系統(tǒng)檢查橋接、焊料不足和其他問題。在過程中發(fā)現(xiàn)缺陷可以防止其到達(dá)最終裝配，從而節(jié)省時(shí)間和資源。

2. 使用統(tǒng)計(jì)過程控制 （SPC）

實(shí)施 SPC 來監(jiān)控關(guān)鍵過程變量，如溫度、速度和缺陷率。通過在控制圖上繪制數(shù)據(jù)，您可以在趨勢(shì)或偏差導(dǎo)致故障之前發(fā)現(xiàn)它們。例如，如果焊料溫度波動(dòng)超過目標(biāo)的 ±3°C，則表明需要調(diào)查并糾正問題。

3. 測(cè)試焊點(diǎn)可靠性

定期對(duì)樣品板進(jìn)行破壞性測(cè)試或橫截面分析，以評(píng)估焊點(diǎn)完整性。這有助于識(shí)別在標(biāo)準(zhǔn)檢查中不可見的隱藏問題，例如空隙或裂縫。

通過整合這些質(zhì)量控制措施，您可以將缺陷率降至 1% 以下，這是世界級(jí)制造的基準(zhǔn)。

利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) （DOE） 進(jìn)行過程優(yōu)化

對(duì)于尋求高級(jí)波峰焊工藝優(yōu)化的工程師來說，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) （DOE） 是一個(gè)強(qiáng)大的工具。DOE 允許您系統(tǒng)地測(cè)試多個(gè)過程變量，以找到最小化缺陷的最佳設(shè)置。例如，您可以在多次運(yùn)行中改變焊接溫度、輸送機(jī)速度和助焊劑類型，以確定產(chǎn)生最高 FPY 的組合。

2006 年一項(xiàng)關(guān)于使用 DOE 提高波峰焊質(zhì)量的研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)可將大批量 PCB 裝配線的缺陷率降低 40% 以上。雖然 DOE 需要時(shí)間和資源，但 FPY 的長(zhǎng)期收益和成本節(jié)約是顯著的。

培訓(xùn)和作員技能發(fā)展

如果作員缺乏適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，即使是最好的設(shè)備和流程也可能出現(xiàn)故障。人為錯(cuò)誤（例如不正確的機(jī)器設(shè)置或電路板處理不當(dāng)）可能會(huì)引入缺陷。投資于定期培訓(xùn)計(jì)劃，以確保作員了解：

• 正確的機(jī)器作和參數(shù)設(shè)置。

• 正確處理 PCB 以避免污染。

• 基本故障排除，用于現(xiàn)場(chǎng)解決小問題。

熟練的員工可以通過減少作員錯(cuò)誤引起的可變性來提高 FPY，使培訓(xùn)成為一項(xiàng)值得的投資。

波峰焊中實(shí)際 FPY 的改進(jìn)

考慮一家中型電子產(chǎn)品制造商，由于頻繁的焊料橋接和焊接缺陷不足，其波峰焊線的 FPY 為 85%。通過實(shí)施上述策略，他們?nèi)〉昧孙@著的成果：

• 將焊槽溫度調(diào)整到穩(wěn)定的 255°C，將傳送帶速度調(diào)整到 1.2 m/min，減少 25% 的冷接點(diǎn)。

• 將助焊劑應(yīng)用升級(jí)為精密噴涂系統(tǒng)，將不足的焊料缺陷減少 30%。

• 引入每周設(shè)備維護(hù)和每日渣滓清除，提高整體工藝一致性。

• 使用 SPC 監(jiān)控缺陷趨勢(shì)，識(shí)別出反復(fù)出現(xiàn)的波高問題，該問題已修復(fù)以消除橋接。

構(gòu)建高良率波峰焊工藝

對(duì)于任何愿意專注于工藝優(yōu)化、減少缺陷和質(zhì)量控制的電氣工程師來說，最大限度地提高波峰焊的一次通過率是觸手可及的。通過微調(diào)溫度和速度等參數(shù)、維護(hù)設(shè)備、改進(jìn) PCB 設(shè)計(jì)以及利用 DOE 和 SPC 等工具，您可以顯著減少返工和浪費(fèi)。從微小的、可衡量的改變開始，例如校準(zhǔn)波峰焊機(jī)或培訓(xùn)作員，然后制定持續(xù)改進(jìn)的綜合戰(zhàn)略。