第2章 现代电子装联工艺过程的环境控制要求

2.1 现代电子装联工艺过程质量与环璄

2.1.1 现代电子产品组装质量与环境的关系

1.奇异现象

在高密度产品组装生产中，经常遭遇到一些按电子装联常规理论无法解释的现象。

同一型号的产品在完全相同的材料、工艺和设备条件下，在不同的生产时间段，再流焊接后的缺陷率（DPMO）值有时会出现较大的波动。

某年的7月下旬曾发生在某SMT生产线的生产中，持续生产了好几周且质量都很稳定的产品，从某天的中午开始，极不正常地发现CSP焊点内空洞尺寸明显增大，数量增多，反复调整工艺参数也无改善。

从PCB厂家反馈的信息，某产品主板7月份以前生产的产品，在再流焊接中发生爆板的概率高。

根据对6～10月份再流焊接后检测的缺陷率的统计分布，如图2.1所示，是什么原因造成了如此的统计分布？

上述这些不正常现象的发生，严重地干扰了生产线的正常运行，不时还会带来生产线停线的危险，而且这些现象是很随机的，按常规电子装联技术知识很难认识和理解。

2.溯根查源

任何事件的发生和现象的改变都必然存在驱动力，这是自然界的基本法则。在生产线上发生的这些异常现象，原因是什么？有什么规律可循？

一次偶然的人体对自然现象变化的感受，使我们怀疑到了气候因素。

气候变化是一种随机的自然现象。气候的变化是如何与高密度产品的DPMO联系起来的呢？为了分析方便，我们采用了下述的一个空间物理环境来分析，如图2.2所示。

根据电子装联工艺环境要求，通常大气候环境和SMT车间小气候环境之间是通过空气调节和过滤系统来隔离的封闭式厂房。空气调节和过滤系统能有效地抑制大气候环境参数的变化对车间内小气候环境的影响。而开放式厂房室內环境条件几乎完全等同于外部环境，这就是形成厂房外刮风下雨，厂房内产品质量就伤风感冒现象的根本厡因。

SMT设备内微环境是通过设备的敞露口受车间小环境影响的。在开放式厂房内工作的设备就必然受外部气候变化的拖累。

开放式厂房不能过滤和衰减外部恶劣气候条件的影响，车间内小气候环境全盘接受了大气候环境恶变所带来的危害。气温、湿度、气压、空气中的污染物和粉尘等，厂房内和厂房外几乎没有差异。它们对SMT设备所带来的影响大致可归纳为以下几点。

① 焊膏印刷机：温度的高低能影响焊膏的流变性，湿度的大小会影响焊膏的吸湿率，粉尘将以杂质的形式进入焊膏中而使钎料合金掺杂改性。空气中的粉尘（灰尘）的大小是不同的，平均粒度约为20μm（已属钎料粉末粒度范围）。灰尘的化学成分通常是由下述组分构成：

SiO2，66%～75%；Al2O3，11%～17%；Fe2O3，5.5%～7%；CaO，0.5%～2%；K2O，3%以下；Na2O，2%以下。

我们在对缺陷焊点的SEM分析中，不时也发现了上述元素的踪迹。

② 贴片机：主要影响因素是湿度和温度。例如，在贴片过程中，在PCB上已印好的焊膏和所有MSD类元器件都是直接暴露在空气中，此时最易受湿度影响。湿度过高，暴露的焊膏和MSD吸附湿气后，会增大后工序（再流焊接）炸锡珠和爆米花现象的发生概率。

③ 再流焊接炉：该设备属于典型的热设备，其内部备有精确的温度自动控制系统，因而环境温度的影响基本上可以略去不计。在该类设备的关键工区（再流区）之前，都设有很长的预热区，环境湿度的影响因素也被有效抑制了。因此，对其工况的影响主要是气压，外部气压的变化将牵连炉内微环境中气压的变化，它是诱发μBGA、CSP焊点内发生空洞的原因之一。

④ 波峰焊接机：在波峰焊接工艺中，PCB和助焊剂最易吸收空气中的湿气，导致焊接过程中发生晕边、炸锡珠和气孔。

大气候环境中气压的变化是产生风的原因，变化的气流将直接影响到开放式厂房内的各种精密的工艺装备的工作稳定性和状态。正是这些原因，再流焊接炉安装时忌讳将出口、入口正对门和空调机的吹风口。