原創(chuàng)： Jason Fullerton 2018-08-30

作為焊料制造商的技術(shù)支持工程師，我會(huì)開(kāi)玩笑地說(shuō)，沒(méi)有人會(huì)因?yàn)楹?jiǎn)單的問(wèn)題打電話尋求幫助?，F(xiàn)有的用戶和潛在的用戶常常會(huì)問(wèn)一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，就是“我該如何測(cè)試和評(píng)估新的焊膏？”

這個(gè)問(wèn)題看起來(lái)很簡(jiǎn)單，回答起來(lái)似乎也不難，但實(shí)際情況遠(yuǎn)不是這樣。對(duì)于正在尋找新的焊膏的組裝廠商來(lái)說(shuō)，由于根據(jù)評(píng)估結(jié)果而做出的最終決定將影響工廠未來(lái)幾年的運(yùn)營(yíng)，因此，評(píng)估方法至關(guān)重要。不過(guò)，評(píng)估焊膏有幾個(gè)基礎(chǔ)因素，最佳評(píng)估方法因人而異，因此，不同的使用者得到的結(jié)果也各不相同。說(shuō)得更簡(jiǎn)單些，對(duì)于如何評(píng)估焊膏這個(gè)問(wèn)題，最佳答案可能是“要視具體情況而定”。換句話說(shuō)，就是“你更看重的是什么？”

所以說(shuō)，如果每個(gè)人的最佳答案都不一樣，那該如何開(kāi)始制定測(cè)試計(jì)劃呢？最好是先從了解評(píng)估機(jī)構(gòu)分配用于評(píng)估的資源開(kāi)始，這通常指的是評(píng)估機(jī)構(gòu)的規(guī)模。如果是一家只有一條SMT生產(chǎn)線且只有一名專職工程師的小型制造商，那他只能把精力放在最重要的因素上，也就是焊膏性能。另一方面，如果是一家擁有很多分支機(jī)構(gòu)的大型制造商（甚至是跨國(guó)制造商）在做評(píng)估，而且是在專家團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下進(jìn)行測(cè)試，那么測(cè)試計(jì)劃會(huì)包含所有可能的性能因素，其涉及的范圍會(huì)非常廣。比較全面的評(píng)估可能還會(huì)利用定制的或針對(duì)具體的測(cè)試目標(biāo)而專門(mén)設(shè)計(jì)的測(cè)試設(shè)備，甚至可能要在多個(gè)地方而不是在一個(gè)地方重復(fù)做多次測(cè)試，而比較小的機(jī)構(gòu)可能只局限于在生產(chǎn)計(jì)劃中斷期間對(duì)當(dāng)前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)或原型產(chǎn)品設(shè)計(jì)展開(kāi)測(cè)試。任何測(cè)試計(jì)劃的深度和廣度都是由有效參與的可用資源來(lái)決定的，而且不能超負(fù)荷運(yùn)行，因此，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間才能確定結(jié)果。

既然搞清楚測(cè)試計(jì)劃的大致范圍，下一步就是確定要做的測(cè)試的具體的關(guān)注點(diǎn)。所有評(píng)估都要調(diào)查清楚的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是：質(zhì)量和可靠性。

美國(guó)質(zhì)量學(xué)會(huì)（ASQ）定義的質(zhì)量是“產(chǎn)品的特性等應(yīng)符合其陳述的或隱含的需求的能力”。在這種情況下，關(guān)注點(diǎn)是由焊膏印刷工藝和回流焊工藝決定的關(guān)鍵工藝輸出變量（KPOV），用來(lái)保證最終生產(chǎn)出來(lái)的印刷電路板組件（PCBA）的質(zhì)量。這會(huì)隨產(chǎn)品的功能和設(shè)計(jì)的變化而變化，所以這些關(guān)鍵因素會(huì)隨著組裝廠商改變。如果制造商有工藝控制計(jì)劃，不管是什么工藝，找到KPOV最理想的著眼點(diǎn)是從工藝控制計(jì)劃入手。這些因素都是在目前的工藝中受到控制或經(jīng)過(guò)檢查的因素，說(shuō)明組裝廠商在努力使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)范的要求。

最明顯的KPOV來(lái)自焊膏檢查（SPI）系統(tǒng)：焊膏印刷體積，通常是以轉(zhuǎn)移效率來(lái)計(jì)算（實(shí)際的印刷體積除以模板孔的理論體積，用百分比來(lái)表示）。其他以SPI為基礎(chǔ)的輸出包括面積覆蓋范圍和高度，這作為體積測(cè)量的補(bǔ)充。因?yàn)檗D(zhuǎn)移效率的分布將以面積比（A/R）的函數(shù)來(lái)表示，所以分析每個(gè)孔的SPI數(shù)據(jù)非常重要，它是模板面積比的函數(shù)。把所有數(shù)據(jù)整合在一起將得到整體的數(shù)據(jù)分布情況，這是由許多不同的子數(shù)據(jù)分布組成的。例如，（按照IPC/ANSI-J-STD-005的要求），如果使用的是四型粉末尺寸分布的焊膏，面積比超過(guò)0.8的孔的轉(zhuǎn)移效率非常接近100%，焊膏尺寸分布的變化非常小。同樣的焊膏，在面積比為0.50的孔上測(cè)試，焊膏尺寸分布的差別就非常明顯，預(yù)計(jì)的轉(zhuǎn)移效率會(huì)比較低，變化也會(huì)比較大。把從多個(gè)不同面積比的孔得到數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，特別是在有過(guò)多的數(shù)據(jù)點(diǎn)是取自所有焊膏都能夠從容地做出好的結(jié)果的位置時(shí)，可能會(huì)掩蓋焊膏的真實(shí)性能水平。

與印刷性能有關(guān)的其他因素可能包括：塌陷表現(xiàn)，在生產(chǎn)短暫停頓后的表現(xiàn)，以及模板壽命。這里列出的問(wèn)題當(dāng)然并不全面，而且任何對(duì)組裝工藝來(lái)說(shuō)非常重要的因素在評(píng)估中都是測(cè)試的選項(xiàng)。比較小規(guī)模的評(píng)估可能可以依靠制造商來(lái)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)化，比如熱塌陷和冷塌陷，在評(píng)估過(guò)程中，可能需要分配更多的資源來(lái)重復(fù)這些測(cè)試。規(guī)模更大的評(píng)估可能還要開(kāi)發(fā)獨(dú)特的測(cè)試或測(cè)試工具來(lái)反映在他們的應(yīng)用中遇到的特殊問(wèn)題或獨(dú)特要求；評(píng)估測(cè)試開(kāi)發(fā)的限制在于人的想象力和可用的資源。

回流焊是可以用評(píng)估測(cè)試實(shí)現(xiàn)質(zhì)量測(cè)量的另一個(gè)領(lǐng)域。焊點(diǎn)中的氣泡可能是最明顯的情況，而且可以在回流焊之后進(jìn)行相關(guān)的質(zhì)量測(cè)試。其他方法還包括測(cè)試焊膏的潤(rùn)濕和擴(kuò)散、防止葡萄狀焊點(diǎn)、焊球的性能，以及枕頭效應(yīng)和沒(méi)有潤(rùn)濕的開(kāi)路等缺陷。在測(cè)試開(kāi)發(fā)期間，重點(diǎn)是識(shí)別從回流焊得到的關(guān)鍵輸出，它與工藝有關(guān)，就像對(duì)印刷質(zhì)量所做的那樣，要時(shí)刻關(guān)注資源的限制。

可靠性是第二個(gè)主要因素，任何評(píng)估都不能把它給落下。根據(jù)美國(guó)質(zhì)量學(xué)會(huì)對(duì)可靠性的定義，“產(chǎn)品的可靠性是在規(guī)定的條件下執(zhí)行其預(yù)期的功能，并且在一定的時(shí)間內(nèi)不出現(xiàn)故障”。對(duì)焊膏而言，可靠性的要求集中在兩點(diǎn)：由焊料合金決定的機(jī)械特性和由助焊劑化學(xué)特性決定的電化學(xué)特性。

可靠性測(cè)試需要了解最終產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境，這就是為什么正確的測(cè)試非常依賴于組裝件的設(shè)計(jì)，客戶會(huì)如何使用它（也就是“執(zhí)行其預(yù)定的功能”），客戶計(jì)劃在哪里使用它（也就是“在規(guī)定條件下”），以及保修期的時(shí)限或客戶預(yù)期的產(chǎn)品壽命（“在一定的時(shí)間內(nèi)不出現(xiàn)故障”）。這需要在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品中通過(guò)設(shè)計(jì)功能來(lái)定義，因此，只要是執(zhí)行設(shè)計(jì)和制造的機(jī)構(gòu)都可以很輕松地確定這些因素。從另一個(gè)角度來(lái)看，合同制造商很少去關(guān)注這些產(chǎn)品因素，在制定可靠性測(cè)試計(jì)劃過(guò)程中，要么需要選擇有代表性的測(cè)試，要么要同客戶協(xié)商。

不幸的是，可靠性測(cè)試的成本并不低，而且進(jìn)展速度也不能太快，因此，在比較小型的評(píng)估中，這很容易做出不做這項(xiàng)測(cè)試的決定，但做這樣的選擇存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。影響可靠性的因素在制造期間是很難觀察到的，但是，隨著時(shí)間的推移，在決定采用某種新材料的很長(zhǎng)一段時(shí)間之后，用戶的滿意度差就說(shuō)明可靠性有問(wèn)題。微軟的Xbox 360的“三紅現(xiàn)象”就是個(gè)很典型的可靠性問(wèn)題的例子，在最初的測(cè)試中沒(méi)有檢測(cè)出可靠性的問(wèn)題，但是到了實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境，大面積地出現(xiàn)可靠性問(wèn)題，這說(shuō)明如果在必要時(shí)沒(méi)有做關(guān)鍵的可靠性測(cè)試，其產(chǎn)生的后果會(huì)非常嚴(yán)重。

合金是推動(dòng)機(jī)械性能測(cè)試的主要原因，因此在多數(shù)情況下，任何一家想用另一種SAC305焊膏取代當(dāng)前使用的SAC305焊膏的制造商都可以依靠過(guò)去的測(cè)試，但是在幾個(gè)微分市場(chǎng)（例如，醫(yī)療、航空航天和汽車等市場(chǎng)）中可能存在例外的情況。機(jī)械性能可靠性的測(cè)試樣例包括振動(dòng)、跌落/沖擊、熱循環(huán)和耐高溫測(cè)試。振動(dòng)和跌落/沖擊測(cè)試機(jī)械應(yīng)力的健狀性，熱循環(huán)測(cè)試的熱疲勞壽命，以及高溫耐久性測(cè)試的抗蠕變性。這些測(cè)試的具體參數(shù)，例如溫度、測(cè)試持續(xù)時(shí)間、振動(dòng)幅度和跌落高度嚴(yán)重依賴產(chǎn)品和它預(yù)期的運(yùn)行環(huán)境。

電化學(xué)可靠性測(cè)試對(duì)免清洗工藝至關(guān)重要。電化學(xué)可靠性測(cè)試要求使用溫度/濕度/偏差度（THB）測(cè)試條件。在材料層面，供應(yīng)商使用各種不同的表面絕緣電阻（SIR）測(cè)試證明他們的材料符合規(guī)范要求的最低性能水平。但是，這些測(cè)試都使用一種特定的偏差度、設(shè)計(jì)和環(huán)境條件組合，這樣，它們無(wú)法復(fù)制所有可能的設(shè)計(jì)組合。因此，在暴露在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下，在通電的情況下在組裝件上測(cè)試，這對(duì)檢驗(yàn)免清洗助焊劑是否適合至關(guān)重要。

潛在的電化學(xué)可靠性缺陷測(cè)試對(duì)在焊接完成后需要進(jìn)行清洗的工藝也很重要，但是，這些工藝需要注意確保在清洗后的清潔度。使用清洗的工藝通常依靠在測(cè)試組件上的提取物測(cè)試（例如，溶劑提取物的電阻、離子色譜、離子色譜法），來(lái)證明清洗工藝的有效性。在提取測(cè)試存在限制時(shí)，還可以在組件清洗完成后執(zhí)行用于免清洗組件的THB測(cè)試，確保經(jīng)過(guò)清洗的組件達(dá)到可靠性的要求。需要注意的是，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)清洗的免清洗材料上進(jìn)行提取測(cè)試，是單獨(dú)使用的并且與在組裝件上平行展開(kāi)的THB測(cè)試沒(méi)有關(guān)聯(lián)關(guān)系，這不適合作為可靠性評(píng)估測(cè)試。

最后，只要是好的測(cè)試計(jì)劃都非常重視在受到控制的環(huán)境中保持條件始終不變的情況下開(kāi)發(fā)定量測(cè)量。如果在分析過(guò)程中在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)異常，那么就可以認(rèn)為數(shù)據(jù)可能存在問(wèn)題，需要搞清楚出現(xiàn)異常的原因并消除它。在一些例子中，可能還需要重新做測(cè)試，而好的評(píng)估，在測(cè)試過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)有一小部分焊膏因特殊情況而出現(xiàn)不正確的數(shù)據(jù)。不要害怕和拒絕糟糕的數(shù)據(jù)，哪怕這是個(gè)不受歡迎的選擇！你可以跟蹤好的數(shù)據(jù)，它可以告訴你如何選擇焊膏并預(yù)測(cè)在未來(lái)的幾年里有可能幫助你取得成功的焊膏。重點(diǎn)應(yīng)該是執(zhí)行良好的測(cè)試并且在最后一次嘗試中收集好的數(shù)據(jù)，而不是一味地要求在第一次就把測(cè)試做得盡善盡美，也不要想著只做一次測(cè)試。

作者簡(jiǎn)介：Jason Fullerton是Alpha Assembly Solutions公司客戶技術(shù)支持工程師。

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