进行选择性焊接有效的工艺控制，必需使用FMEA与机器能力分析等质量工具。
1． 引 言
随着SMT以再流焊作为主要焊接工艺后，使得波峰焊显得并不重要。然而不是所有器件都能适应在再流焊炉中加热。有一些器件不能承受高温加热工艺。许多器件仍未实现表贴化；这些器件封装采用通孔针插形式。至今，许多器件越来越多使用选择性焊接工艺进行组装。
在电子制造业，自动化成为电子组装过程的主要特证。例如；汽车电子产品制造，质量保证计划要求取消手工焊接，因为手工焊接的质量依赖于操作者的手工技能及工艺，没有像自动焊接系统这样高的可靠与重复性。在汽车电子应用领域，产品的可靠性及质量要求是十分严格的。
有些选择性焊接可通过常用波峰焊设备得到可靠的焊接质量。但这种方法需要在焊接过程中必须使用专用模板复盖保护SMD器件。
另一种通孔再流焊工艺并不是全可选用，而手工焊接又不可靠，选择波峰焊模板成本高且增加装载及清洗的麻烦。种种理由促进了新工艺的出现。
新工艺是以机械臂选择性焊接设备为特证，为PCB设计师提供了更大的灵活性。这类最先进的设备能在PCB转动及不同的角度的条件下进行焊接，对每一个各别焊点的焊接参数优化（接触时间，浸入速度，退出速度）及PCB指定部位涂布助焊剂等。
上述这些功能在波峰焊，再流焊及手工焊接工艺中是不具备的。
新选择性焊接工艺综合了新技术，大多数工艺工程师还不懂得如何为他们加工的产品有效地使用新工艺，不了解新工艺的技术标准及标准界限是什么？
本系列的第一篇文章祥细讲述了选择性焊接工艺，本文着重讨论达到可靠稳定的选择性焊接工艺所必需的工艺参数及标准界限。推荐有关工艺参数允许的宽容值（公差）。讲述定义工艺能力参数（CP）对评价工艺重复性的重要性。
2. 质量计划
选择性焊接工艺已广泛应用于汽车电子制造业,而且实行质量保证计划如ISO9000,6-sigma。要实行这些计划必需建立缺陷模型及影响分析（FMEA），机器能力参数的评价。向汽车电子制造业提供产品及服务的供应商必须经常提供他们的组装工艺，包括；在控制状态下的选择性焊接工艺。
FMEA计划包括；系统，设计及工艺。工艺FMEA的目的是分析制造及组装工艺，鉴别予测潜在的产品缺陷模型。产品大批量生产前，建立选择性焊接的FMEA，在设备配置优化及校准中显示其优越性。
另外，在进展过程中确定教育计划。
FMEA计划的任务是鉴别潜在缺陷及其影响，原因，如何避免及怎样对目标进行控制。除了缺陷分析外，必须懂得工艺要求；鉴别工艺参数，精确度及标准界限，在较长生产周期达到可靠焊接。
3. 确定工艺能力
工艺能力试图说明这个问题；我们能否一致性满足用户的要求？工艺能力的基本界限是表明如果数据不是从控制过程中得到，者些数据是无意义的。这个道理很简单；工艺能力是予测值，仅仅是予测一项工艺是否稳定。要确定工艺能力，就必须知到工艺分布的位置，离散及形状。
每一项工艺参数（变量）分布形状，表示在不同参数范围内的频次值，这在工艺控制中是十分重要的。一般讲；工程师们对工艺分布接近于正态分布感兴趣。使用直方图（图 1）可直观了解分布的情况。
图 1 机械臂焊剂喷涂器X轴向直方图
图 2 机械臂焊剂喷涂器X轴向正态分布
直方图绘制顺序，首先对可靠焊接质量有价值的每个参数，取100个随机样本数据。如；助焊剂涂布器的参数有；机械臂运动X/Y轴向位置，喷嘴焊剂喷涂量。每一个参数检查其是否全部采集的数据分布呈钟形的正态分布状态。Kolmogorov-Smirnor（K-S）测试或正态分布曲线可用来判断数据是否符合正态分布准确的数据模型。
4. 选择性焊接工艺过程---子工艺参数
选择性焊接工艺过程可分为5个基本的子工艺;传送,助焊剂涂布,予热,PCB装载及焊接。
另外，设备的控制及软件系统与各个自3工艺相互链接。PCB的选择焊装可在脱机状态下编制程序，但在产品批量加工前，需要认真调整。计算机辅助设计（CAD）或Gerber文件数据也可使用，但数据需要过筛。在大多数情况，使用设备内置摄像机这是一种快速又高效的遍程方法。
4．1 传送系统
在选择性焊接工艺过程中，传送系统最主要的职质PCB传送及送给工艺过程的各工序站完成操作。在此传送系统的速度不是一个重要参数。其他工序可能会对工艺质量有直接影响。
4．2 助焊剂喷涂
助焊剂喷涂器由X/Y机械臂组成，携带微点喷嘴移动到需要焊接的位置。选择性焊接使用的助焊剂与波峰焊的规格不同。在波峰焊中，涂布在PCB板上的所有焊剂全通过焊锡熔液。而在选择性焊接中，仅是PCB板选择的部位与焊锡熔液接触。因此，如焊剂被涂布到其他部位，则在焊接后焊剂仍然留在PCB板上。
助焊剂的涂布有两个因素；焊剂喷涂的位置，焊剂喷涂量。微点喷涂最小的焊剂点图形直径大于2mm。所以，喷涂沉积在PCB上的焊剂位置精度应为+/-0.5mm,才能保证焊剂始终复盖在被焊部位上面。
喷涂焊剂量的公差直接由供应商提供。技术说明书应规定焊剂使用量。通常建议100%的安全公差范围。例如；每平方毫米（m2 ）焊剂量为12.5g/ m2,公差量上达25g/m2可保证满足可靠焊接质量。
例如；焊剂喷涂机械臂X轴向位置
下面例举说明怎样测量计算焊剂喷涂器机械臂在PCB X轴向位置喷涂焊剂的工艺能力（CP）。为准确定位，选择性焊接设备配置激光对准装置。工艺工程师监测的定位精度在+/-0.01mm之内。在测试中，机械臂所有运动被采集的数据存入文件。
此例；K-S数是0.84,具有明显的正态分布特证(图 1), 焊剂喷涂器机械臂正态分布的X轴向的位置如图 2所示。由此计算设备的机械能力；
CP =（USL-LSL）/（6×Sigma）
式中；USL，上标准界限； LSL， 下标准界限；
我们希望焊剂的喷涂位置非常准确，对VSL，LSL两值设置如下（由图2所得）；
USL = 35.58+0.15mm = 35.69
LSL = 35.54-0.15mm =35.39
CP = ( 35.69 - 35.39 ) / ( 6 × 0.0112) =4.46
CP>= 1.66,则喷涂工艺的 X轴向位置在控制之中。
4．3 予热工艺
在选择性焊接工艺中的予热主要目的不是减少热应力。而是为了去除溶剂予干燥助焊剂，在进入焊锡波前，使得焊剂有正确的粘度。
在焊接时，予热所带的热量对焊接质量不是关键因素。
PCB材料厚度，器件封装规格及助焊剂类型决定予热温度的设置。
在选择性焊接中，对予热有不同的理论解释；有些工艺工程师认为PCB应在助焊剂喷涂前，进行予热。另一种认为不需要予热，进行焊接。
予热温度的确定；溶液蒸发温度的低端及高端间的标称值范围内，低于开始焊接前焊剂分解温度。助焊剂供应商的技术说明书应提供有关信息。
另外，被焊器件不能过热，否则造成损坏或降低可靠性。
工艺条判别温度应加上+20℃。
4.5 PCB的装载
当PCB待焊部位与焊锡熔液相接触，由于湿润力对焊接面的作用，当整个引脚及50%的焊盘面积与焊锡接触时，形成一个完整的焊缝连接。如果焊嘴尺寸适当，在焊嘴中与焊点中心的位置偏差为+/-0.5mm是可以接受的.也不会对焊接质量产生影响。此偏差对焊剂也是可接受的。
待焊器件周边器件对位置偏差有一定影响。因为周边器件不接触焊嘴。在表述机械臂系统标准界限时，为防止器件焊接与焊锡熔液接触时被飘走或损坏，机械臂系统必需具有的位置公差+/-0.15mm。
4.6 焊接
在选择性焊接工艺中,有几个参数值得重视.焊点良好湿润是重要因素,被焊产品必须在焊接加工期间具有良好的可焊性.
湿润性是接触时间与焊料温度相互结合的结果。焊锡波的不稳定将显示接触时间的变化，充氮可改善焊料的湿润特性。
同样，在焊锡熔点以上的温度，+/-5℃是允许的。对焊接可靠的温度应控制在20℃之内。
选择性焊接工艺有两种不同的焊接原理用；第一种是；单焊嘴用于单焊锡波拖焊工艺或浸焊工艺；拖焊焊接同常的倾斜角是10度，而单焊嘴浸焊工艺可以水平或角度方式近行。
单焊嘴一个注意的是在焊嘴定义边缘发生过溢。单焊嘴的焊锡温度为280℃。此温度高于常规波峰焊温度，因为PCB只有单个待焊部位通过焊锡熔液。小尺寸口径的焊嘴给PCB提供更多的热量以补偿向周边区域的散热。
选择性焊接第二种是；多焊嘴焊锡波浸入焊接工艺。该技术使用特殊设计，由一系列焊嘴安装组成的专用板。焊嘴安装位置与PCB待焊部位一致。PCB被夹持装置固定并下降浸入焊锡嘴的锡波。
对大多数多焊嘴浸焊工艺，没有足够的空间造成焊锡过溢。因此可使用较高温度，大约300℃。
机器能力分析监控设备的稳定性，保持焊锡温度在控制条件下的设置值。焊锡温度显示环目标值一条正弦曲线。此结果从焊锡槽的PID 装置测量得到。这种配置所得到的温度数据为非正态分布。不过工艺仍在控制之中，CP可计算绘制Johson曲线取代正态曲线。
焊接是接触时间与温度的相互作用的结果。在常规波峰焊中，焊接时间有很大变化，而与焊接质量无关。焊接时间取决与PCB布局设计，因这将影响焊锡的铺展条件。待留时间常用公差是+/-0.5秒。整个焊接时间包括；待留时间，焊锡铺展时间。焊锡铺展时间无法提供统计数据。
为了得到试验的‘清洁’数据，必须使用配置一条非湿润引脚的仿真器件。测量顺序按波峰焊设备的待留时间测量方法，使用测量样板。
全部数据由复氮的焊锡波状态下采集。在选择性焊接工艺，充氮可消除焊锡表面的氧化，氮也可改善湿润性，因此充氮量是附加的控制参数。
例举；待留时间
下例说明待流时间的工艺能力测量，单嘴选择拖焊工艺；焊嘴内径6mm，待留时间设置2秒（2000毫秒）。图 3 所示100次采集的数据结果。
图 3焊嘴内径(6mm) 单嘴选择拖焊工艺待留时间
由于例举较宽大的上下标准界限范围，CP =18.5。此值根据工艺及试验得到。对有些工艺讲，为良好的湿润表面，设置待留时间最小值2秒是必需的。待留时间为3秒也是适用的，这样可在上下标准界限间选1秒是合理的。
4.7充氮与选择型焊接
使用充氮的单焊嘴拖焊工艺能得到一个低氧量的焊接环境.氮气氛减少焊锡波的氧化,改善了与焊锡接触的表面的湿润性。
多焊嘴焊锡波浸焊工艺，充氮也能减少焊锡槽焊锡的氧化，这特别在焊锡槽未充氮，焊锡波充溢时更为明显。一旦复盖板打开，空气进入这个区域，并取代部分氮。所以，氮的纯度要求并不苛刻，一般99%的氮气可使用。
单焊嘴焊锡波拖焊工艺的耗氮量设定为20 l/min（6mm焊嘴直径），多焊嘴焊锡波浸焊工艺的耗氮量设定为120 l/min。
正确氮流量确定后，需要流量保持恒定，能重复。有时氮流量会产生一些偏离，不会造成焊接质量的损害。氮流量保障焊接工艺，尤其在焊点离开焊锡波时，减少气流冲击或波动的影响。氮气的作用取决于氮流量及PCB布局设计。有时可能在未充氮的情况下，也能得到可靠的焊接质量。因此，在选择性焊接工艺中，氮流量的偏差不严格，通常选用氮气流量标称值的 +/-10 %。
综合上述机器能力的分析说明选择性焊接工艺实验的所有参数均在技术标准范围之内。
5. 结 论
在定义所有影响焊接质量的参数及其标准上下界限之后,机器能力可有效地用于工艺控制定量化.使用X-R 卡对一些最重要的参数定期监测将改善焊接质量,对偏差或失控情况及时报警。
质量控制工具如FMEA及机器能力分析对工艺过程提供严格的监测手段，有助于改进及保持高质量水平，得到极小的产品缺陷率及低制造成本之目的
