回流焊溫度的設(shè)定

1、再流焊工藝技術(shù)的研究-希望各位對(duì)此提出不同意見(jiàn)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(duì)再流焊工藝進(jìn)行深入研究，并據(jù)此開(kāi)發(fā)合理的再流焊溫度曲線(xiàn)，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(gè)方面來(lái)進(jìn)行 探討。一、 再流焊設(shè)備的發(fā)展在電子行業(yè)中，大量的表面組裝組件（ sma）通過(guò)再流焊機(jī)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(xiàn)-全熱風(fēng)-紅外/ 熱風(fēng)二個(gè)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(yùn)作平穩(wěn)的特點(diǎn)，但由于印制板及

2、各種元器件因材質(zhì)、色 澤不同而對(duì)輻射熱吸收率有很大差異，造成電路上各種不同元器件測(cè)驗(yàn)不同部位溫度不均勻，即局部溫差。 例如集成電路的黑色塑料封裝體上會(huì)因輻射被吸收率高而過(guò)熱，而其焊接部位一銀白色引線(xiàn)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(huì)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(guò)對(duì)流噴射管嘴或者耐熱風(fēng)機(jī)來(lái)迫使氣流循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)被焊件加熱的焊接方法。 該類(lèi)設(shè)備在 90 年代開(kāi)始興起。由于采用此種加熱方式，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。

3、在全熱風(fēng)再流焊設(shè)備中，循環(huán)氣體的對(duì)流速度至關(guān)重要。為確保循環(huán)氣體作用于印制板的任一區(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(dòng)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(lèi)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(lèi)設(shè)備充分利 用了紅外線(xiàn)穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，熱效率高，節(jié)電，同時(shí)有效克服了紅外再流焊的溫差和遮蔽效應(yīng)，并彌補(bǔ)了 熱風(fēng)再流焊對(duì)氣體流速要求過(guò)快而造成的影響，因此這種 ir+hot 的再流焊在國(guó)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?dú)獗Ｗo(hù)的再流焊爐。在

4、氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下進(jìn)行 焊接可防止氧化，提高焊接潤(rùn)濕力潤(rùn)濕速度加快，對(duì)未貼正的元件矯正人力，焊珠減少，更適合于免清洗 工藝。二、 溫度曲線(xiàn)的建立溫度曲線(xiàn)是指 sma 通過(guò)回爐時(shí)，sma 上某一點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。溫度曲線(xiàn)提供了一種直觀的方法， 來(lái)分析某個(gè)元件在整個(gè)回流焊過(guò)程中的溫度變化情況。這對(duì)于獲得最佳的可焊性，避免由于超溫而對(duì)元件 造成損壞，以及保證焊接質(zhì)量都非常有用。一個(gè)典型的溫度曲線(xiàn)如下圖所示。以下從預(yù)熱段開(kāi)始進(jìn)行簡(jiǎn)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(gè)特定目標(biāo)，但升溫速率要控制在適當(dāng)范圍以?xún)?nèi)，如 果過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生熱沖擊，電路板和元件都可能受損，過(guò)慢，則

5、溶劑揮發(fā)不充分，影響焊接質(zhì)量。由于加熱 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(duì)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 130c/s。典型的升溫度速率為 20c/s.保溫段：是指溫度從 1200c1500c 升至焊膏熔點(diǎn)的區(qū)域。保溫段的主要目的是使 sma 內(nèi)各元件的溫度趨于穩(wěn)定， 盡量減少溫差。在這個(gè)區(qū)域里給予足夠的時(shí)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(pán)、焊料球及元件引腳上的氧化物被除去，整個(gè)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(shí)應(yīng)具有相同的溫度，否則進(jìn)入到回流

6、段將會(huì)因?yàn)楦鞑糠譁囟炔?均產(chǎn)生各種不良焊接現(xiàn)象。回流段:在這一區(qū)域里加熱器的溫度設(shè)置得最高，使組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(diǎn)溫度加 20-400c.對(duì)于熔點(diǎn)為 1830c 的 63sn/37pb 焊膏和熔點(diǎn)為 1790c 的 sn62/pb36/ag2 膏焊，峰值溫度一般為 210-2300c，再流時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)，以防對(duì) sma 造成不良影響。理想的溫度曲線(xiàn)是超過(guò)焊錫熔點(diǎn)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(rùn)濕被連接表面，應(yīng)該用盡可能快的速度來(lái)進(jìn)行冷卻，這樣將有 助于得到明亮的焊點(diǎn)并有好的

7、外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會(huì)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(diǎn)。在極端的情形下，它能引起沾錫不良和弱焊點(diǎn)結(jié)合力。冷卻段降溫速率一般為 3100c/s,冷卻至 750c 即可。測(cè)量再流焊溫度曲線(xiàn)測(cè)試儀（以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)溫儀），其主體是扁平金屬盒子，一端插座接著幾個(gè)帶有細(xì)導(dǎo)線(xiàn)的 微型熱電偶探頭。測(cè)量時(shí)可用焊料、膠粘劑、高溫膠帶固定在測(cè)試點(diǎn)上，打開(kāi)測(cè)溫儀上的開(kāi)關(guān)，測(cè)溫儀隨 同被測(cè)印制板一起進(jìn)入爐腔，自動(dòng)按內(nèi)編時(shí)間程序進(jìn)行采樣記錄。測(cè)試記錄完畢，將測(cè)試儀與打印機(jī)連接， 便可打印出多根各種色彩的溫度曲線(xiàn)。測(cè)溫儀作為 smt 工藝人員的眼睛與工具，在國(guó)外 smt 行業(yè)中已相 當(dāng)普遍地使用

8、。在使用測(cè)溫儀時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1. 測(cè)定時(shí)，必須使用已完全裝配過(guò)的板。首先對(duì)印制板元器件進(jìn)行熱特性分析，由于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(diǎn)實(shí)際受熱升溫不相同，長(zhǎng)出最熱點(diǎn)，最冷點(diǎn)，分別設(shè)置熱電偶便 何測(cè)量出最高溫度與最低溫度。2. 盡可能多設(shè)置熱電偶測(cè)試點(diǎn)，以求全面反映印制板各部分真實(shí)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(cè)試點(diǎn)。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(cè)試位置，否則受熱松動(dòng)，偏離預(yù)定測(cè)試點(diǎn)， 引起測(cè)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

9、理測(cè)試及時(shí)充電，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)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(duì)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(gè)方面。1. 通常 plcc、qfp 與一個(gè)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(shí)，也成為一個(gè)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(xiàn)的調(diào)整要考慮在空載，負(fù)載及不同負(fù)載因子情況下

10、能得到良 好的重復(fù)性。負(fù)載因子定義為：lf=l/(l+s); 其中 l=組裝基板的長(zhǎng)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)載因子愈大愈困難。通常再流焊爐的最大負(fù)載因子的范圍為 0.50.9。 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(hào)來(lái)決定。要得到良好的焊接效果和重 復(fù)性，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生焊料塌邊，這個(gè)情況出現(xiàn)在預(yù)熱和主加熱兩種場(chǎng)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(huì)降低粘度而流出，如果其流出的趨是下分強(qiáng)烈的，會(huì)同時(shí)將焊料顆 粒擠出焊區(qū)外的含金顆粒，在溶融時(shí)如不能返回

11、到焊區(qū)內(nèi)，也會(huì)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(xiàn)路板布線(xiàn)設(shè)計(jì)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(huì)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?yàn)榧睙嵩啥舜嬖诘臏夭?，電極端一邊的焊料完全 熔融后獲得良好的濕潤(rùn)，而另一邊的焊料完全熔融而引起濕潤(rùn)不良，這樣促進(jìn)了元件的翹立。因此，加熱 時(shí)要從時(shí)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(diǎn)：1 選擇粘力強(qiáng)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(rùn)性濕潤(rùn)穩(wěn)定性。推薦

12、：溫度 400c 以下，濕度 70rh 以下，進(jìn)廠元 件的使用期不可超過(guò) 6 個(gè)月。3 采用小的焊區(qū)寬度尺寸，以減少焊料溶融時(shí)對(duì)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?xiàng)l件設(shè)定對(duì)元件翹立也是一個(gè)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(dòng)。潤(rùn)濕不良潤(rùn)濕不良是指焊接過(guò)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(rùn)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(huì)產(chǎn)生潤(rùn)濕不良。另外焊料中殘 留的鋁、鋅、鎘等超過(guò) 0.005以上時(shí)，由于焊劑的