其 他 回 答共1條
1樓
回流焊也就是再流焊,是電子科技工業(yè)SMT制程所須要的一種設(shè)備,
SMT 設(shè)備流程示意圖
Loader-->印刷機-->點膠機-->高速機-->泛用機-->回焊機-->AOI檢視機-->Unloader-->T/U-->ICT
再流焊工藝技術(shù)的研究
精倫電子有限公司 鮮飛
摘 要 隨著表面貼裝技術(shù)的發(fā)展，再流焊越來越受到人們的重視，本文從多個方面對再流焊工藝進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。
關(guān)鍵字 再流焊 表面貼裝技術(shù) 表面組裝元件 溫度曲線
再流焊接是表面貼裝技術(shù)（SMT）特有的重要工藝，焊接工藝質(zhì)量的優(yōu)劣不僅影響正常生產(chǎn)，也影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。因此對再流焊工藝進(jìn)行深入研究，并據(jù)此開發(fā)合理的再流焊溫度曲線，是保證表面組裝質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。
影響再流焊工藝的因素很多，也很復(fù)雜，需要工藝人員在生產(chǎn)中不斷研究探討，本文將從多個方面來進(jìn)行探討。
一、再流焊設(shè)備的發(fā)展
在電子行業(yè)中，大量的表面組裝元件（SMA）通過再流焊機進(jìn)行焊接，目前再流焊的熱傳遞方式經(jīng)歷了遠(yuǎn)紅外線--全熱風(fēng)--紅外/ 熱風(fēng)二個階段。
遠(yuǎn)紅外再流焊
八十年代使用的遠(yuǎn)紅外流焊具有加熱快、節(jié)能、運作平穩(wěn)的特點，但由於印制板及各種元器件因材質(zhì)、色澤不同而對輻射熱吸收率有很大差異，造成電路上各種不同元器件測驗不同部位溫度不均勻，即局部溫差。例如積體電路的黑色塑膠封裝體上會因輻射被吸收率高而過熱，而其焊接部位一銀白色引線上反而溫度低產(chǎn)生假焊。另外，印制板上熱輻射被阻擋的部位，例如在大（高）元器件陰影部位的焊接引腳或小元器件就會加熱不足而造成焊接不良。
全熱風(fēng)再流焊
全熱風(fēng)再流焊是一種通過對流噴射管嘴或者耐熱風(fēng)機來迫使氣流回圈，從而實現(xiàn)被焊件加熱的焊接方法。該類設(shè)備在90年代開始興起。由於采用此種加熱方式，印制板和元器件的溫度接近給定的加熱溫區(qū)的氣體溫度，完全克服了紅外再流焊的溫差和遮蔽效應(yīng)，故目前應(yīng)用較廣。
在全熱風(fēng)再流焊設(shè)備中，循環(huán)氣體的對流速度至關(guān)重要。為確保循環(huán)氣體作用於印制板的任一區(qū)域，氣流必須具有足夠快的速度。這在一定程度上易造成印制板的抖動和元器件的移位。此外，采用此種加熱方式而言，效率較差，耗電較多。
紅外熱風(fēng)再流焊
這類再流焊爐是在IR爐基礎(chǔ)上加上熱風(fēng)使?fàn)t內(nèi)溫度更均勻，是目前較為理想的加熱方式。這類設(shè)備充分利用了紅外線穿透力強的特點，熱效率高，節(jié)電，同時有效克服了紅外再流焊的溫差和遮蔽效應(yīng)，并彌補了熱風(fēng)再流焊對氣體流速要求過快而造成的影響，因此這種IR+Hot的再流焊在國際上目前是使用最普遍的。
隨著組裝密度的提高，精細(xì)間距組裝技術(shù)的出現(xiàn)，還出現(xiàn)了氮氣保護(hù)的再流焊爐。在氮氣保護(hù)條件下進(jìn)行焊接可防止氧化，提高焊接潤濕力潤濕速度加快，對未貼正的元件矯正人力，焊珠減少，更適合於免清洗工藝。
二溫度曲線的建立
溫度曲線是指SMA通過回爐時，SMA上某一點的溫度隨時間變化的曲線。溫度曲線提供了一種直觀的方法，來分析某個元件在整個回流焊過程中的溫度變化情況。這對於獲得最佳的可焊性，避免由於超溫而對元件造成損壞，以及保證焊接質(zhì)量都非常有用。
以下從預(yù)熱段開始進(jìn)行簡要分析。
預(yù)熱段：
該區(qū)域的目的是把室溫的PCB盡快加熱，以達(dá)到第二個特定目標(biāo)，但升溫速率要控制在適當(dāng)范圍以內(nèi)，如果過快，會產(chǎn)生熱沖擊，電路板和元件都可能受損，過慢，則溶劑揮發(fā)不充分，影響焊接質(zhì)量。由於加熱速度較快，在溫區(qū)的后段SMA內(nèi)的溫差較大。為防止熱沖擊對元件的損傷。一般規(guī)定最大速度為40C/S。然而，通常上升速率設(shè)定為1~30C/S。典型的升溫度速率為20C/S.
保溫段：
是指溫度從1200C~1500C升至焊膏熔點的區(qū)域。保溫段的主要目的是使SMA內(nèi)各元件的溫度趨於穩(wěn)定，盡量減少溫差。在這個區(qū)域裏給予足夠的時間使較大元件的溫度趕上較小元件，并保證焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)。到保溫段結(jié)束，焊盤、焊料球及元件引腳上的氧化物被除去，整個電路板的溫度達(dá)到平衡。應(yīng)注意的是SMA上所有元件在這一段結(jié)束時應(yīng)具有相同的溫度，否則進(jìn)入到回流段將會因為各部分溫度不均產(chǎn)生各種不良焊接現(xiàn)象。
回流段:
在這一區(qū)域裏加熱器的溫度設(shè)置得最高，使元件的溫度快速上升至峰值溫度。在回流段其焊接峰值溫度視所用焊膏的不同而不同，一般推薦為焊膏為焊膏的溶點溫度加20-400C.對於熔點為1830C的63Sn/37Pb焊膏和熔點為1790C的Sn62/Pb36/Ag2膏焊，峰值溫度一般為210-2300C，再流時間不要過長，以防對SMA造成不良影響。理想的溫度曲線是超過焊錫熔點的“尖端區(qū)”覆蓋的體積最小。
冷卻段
這段中焊膏中的鉛錫粉末已經(jīng)熔化并充分潤濕被連接表面，應(yīng)該用盡可能快的速度來進(jìn)行冷卻，這樣將有助於得到明亮的焊點并有好的外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會導(dǎo)致電路板的更多分解而進(jìn)入錫中，從而產(chǎn)生灰暗毛糙的焊點。在極端的情形下，它能引起沾錫不良和弱焊點結(jié)合力。冷卻段降溫速率一般為3~100C/S,冷卻至750C即可。
測量再流焊溫度曲線測試儀（以下簡稱測溫儀），其主體是扁平金屬盒子，一端插座接著幾個帶有細(xì)導(dǎo)線的微型熱電偶探頭。測量時可用焊料、膠粘劑、高溫膠帶固定在測試點上，打開測溫儀上的開關(guān)，測溫儀隨同被測印制板一起進(jìn)入爐腔，自動按內(nèi)編時間程式進(jìn)行采樣記錄。測試記錄完畢，將測試儀與印表機連接， 便可列印出多根各種色彩的溫度曲線。測溫儀作為SMT工藝人員的眼睛與工具，在國外SMT行業(yè)中已相當(dāng)普遍地使用。
在使用測溫儀時，應(yīng)注意以下幾點：
1.測定時，必須使用已完全裝配過的板。首先對印制板元器件進(jìn)行熱特性分析，由於印制板受熱性能不同，元器件體積大小及材料差異等原因，各點實際受熱升溫不相同，長出最熱點，最冷點，分別設(shè)置熱電偶便何測量出最高溫度與最低溫度。
2.盡可能多設(shè)置熱電偶測試點，以求全面反映印制板各部分真實受熱狀態(tài)。例如印制板中心與邊緣受熱程度不一樣，大體積元件與小型元件熱容量不同及熱敏感元件都必須設(shè)置測試點。
3.熱電偶探頭外形微小，必須用指定高溫焊料或膠粘劑固定在測試位置，否則受熱松動，偏離預(yù)定測試點，引起測試誤差。
4.所用電池為鋰電池與可重復(fù)充電鎳鎘電池兩種。結(jié)合具體情況合理測試及時充電，以保證測試資料準(zhǔn)確性。
三影響再流焊加熱不均勻的主要因素：
在SMT再流焊工藝造成對元件加熱不均勻的原因主要有：再流焊元件熱容量或吸收熱量的差別，傳送帶或加熱器邊緣影響 ，再流焊產(chǎn)品負(fù)載等三個方面。
1. 通常PLCC、QFP與一個分立片狀元件相比熱容量要大，焊接大面積元件就比小元件更困難些。
2.在再流焊爐中傳送帶在周而復(fù)使傳送產(chǎn)品進(jìn)行再流焊的同時，也成為一個散熱系統(tǒng)，此外在加熱部分的邊緣與中心散熱條件不同，邊緣一般溫度偏低，爐內(nèi)除各溫區(qū)溫度要求不同外，同一載面的溫度也差異。
3.產(chǎn)品裝載量不同的影響。再流焊的溫度曲線的調(diào)整要考慮在空載，負(fù)載及不同負(fù)載因數(shù)情況下能得到良好的重復(fù)性。負(fù)載因數(shù)定義為：LF=L/(L+S);其中L=組裝基板的長度，S=組裝基板的間隔。
再流焊工藝要得到重復(fù)性好的結(jié)果，負(fù)載因數(shù)愈大愈困難。通常再流焊爐的最大負(fù)載因數(shù)的范圍為0.5~0.9。這要根據(jù)產(chǎn)品情況（元件焊接密度、不同基板）和再流爐的不同型號來決定。要得到良好的焊接效果和重復(fù)性，實踐經(jīng)驗很重要的。
四、與再流焊相關(guān)焊接缺陷的原因分析
橋聯(lián)
焊接加熱過程中也會產(chǎn)生焊料塌邊，這個情況出現(xiàn)在預(yù)熱和主加熱兩種場合，當(dāng)預(yù)熱溫度在幾十至一百范圍內(nèi)，作為焊料中成分之一的溶劑即會降低粘度而流出，如果其流出的趨是下分強烈的，會同時將焊料顆粒擠出焊區(qū)外的含金顆粒，在溶融時如不能返回到焊區(qū)內(nèi)，也會形成滯留焊料球。
除上面的因素外SMD元件端電極是否平整良好，電路線路板布線設(shè)計與焊區(qū)間距是否規(guī)范，阻焊劑涂敷方法的選擇和其涂敷精度等會是造成橋接的原因。
立碑（曼哈頓現(xiàn)象）
片式元件在遭受急速加熱情況下發(fā)生的翹立，這是因為急熱元件兩端存在的溫差，電極端一邊的焊料完全熔融后獲得良好的濕潤，而另一邊的焊料完全熔融而引起濕潤不良，這樣促進(jìn)了元件的翹立。因此，加熱時要從時間要素的角度考慮，使水平方向的加熱形成均衡的溫度分布，避免急熱的產(chǎn)生。
防止元件翹立的主要因素以下幾點：
① 選擇粘力強的焊料，焊料的印刷精度和元件的貼裝精度也需提高。
② 元件的外部電極需要有良好的濕潤性濕潤穩(wěn)定性。推薦：溫度400C以下，濕度70％RH以下，進(jìn)廠元件的使用期不可超過6個月。
③ 采用小的焊區(qū)寬度尺寸，以減少焊料溶融時對元件端部產(chǎn)生的表面張力。另外可適當(dāng)減小焊料的印刷厚度，如選用100um。
④ 焊接溫度管理條件設(shè)定對元件翹立也是一個因素。通常的目標(biāo)是加熱要均勻，特別是在元件兩連接端的焊接圓角形成之前，均衡加熱不可出現(xiàn)波動。
潤濕不良
潤濕不良是指焊接過程中焊料和電路基板的焊區(qū)（銅箔），或SMD的外部電極，經(jīng)浸潤后不生成相互間的反應(yīng)層，而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊區(qū)表面受到污染或沾上阻焊劑，或是被接合物表面生成金屬化合物層而引起的。譬如銀的表面有硫化物，錫的表面有氧化物都會產(chǎn)生潤濕不良。另外焊料中殘留的鋁、鋅、鎘等超過0.005％以上時，由於焊劑的吸濕作用使活化程度降低，也可發(fā)生潤濕不良。因此在焊接基板表面和元件表面要做好防污措施。選擇合適和焊料，并設(shè)定合理的焊接溫度曲線。
再流焊接是SMT工藝中復(fù)雜而關(guān)鍵的工藝，涉及到自動控制、材料、流體力學(xué)和冶金等多種科學(xué)、要獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量，必須深入研究焊接工藝的方方面面。
知識庫標(biāo)簽：
|列兵
