PCB回流焊溫度曲線的設(shè)定及優(yōu)化

1、PCB回流焊溫度曲線的設(shè)定及優(yōu)化摘 要：本文介紹了回流焊各溫區(qū)溫度曲線， 詳 細(xì)介紹了實(shí)際溫度曲線的設(shè)置和優(yōu)化處理，為回流焊 參數(shù)設(shè)置提供了理論依據(jù)，從而避免了焊接過(guò)程中缺 陷的發(fā)生，保證了焊接質(zhì)量，提高產(chǎn)品的合格率。關(guān)鍵詞1 引言最近幾年，SMT生產(chǎn)技術(shù)已發(fā)生了巨大的變化， 回流焊機(jī)作為SMT中個(gè)關(guān)鍵設(shè)備， 它的正確使用無(wú)流焊 回流爐 溫度曲線 SMT 熱電偶，從而新的挑 戰(zhàn)也不斷出現(xiàn)。實(shí)踐證明，優(yōu)化合格的回流焊溫度曲 線可大大減少焊接缺陷，提高產(chǎn)品的直通率。不合格 的回流焊溫度曲線會(huì)產(chǎn)生不可接受的焊點(diǎn)、失效的元 件和整體更低的可靠性。所以探討回流焊溫度曲線設(shè) 置和優(yōu)化非疑能夠進(jìn)一步確保產(chǎn)品

2、的焊接質(zhì)量。雖然 PCB的回流 焊接工藝被認(rèn)為是一種非常成熟的技術(shù)，但是隨著產(chǎn) 品變的越來(lái)越復(fù)雜， 元件尺寸從 01005 到 50X50 都有， 且分布在組裝密度非常高的雙面 PCB常有必要的。本文將描述回流焊溫度曲線設(shè)置和優(yōu)化的一些方法和技巧。2 回流焊溫度曲線各個(gè)區(qū)段介紹通常把這個(gè)曲線分成四個(gè)區(qū)域，就得到了 PCB在 通過(guò)回流焊爐時(shí)某一個(gè)區(qū)域所經(jīng)歷的時(shí)間。在這里斜 率表示PCB受熱后升溫的速率，它是溫度曲線中重要 的工藝參數(shù)。圖 1 中四個(gè)區(qū)段，分別為定義為升溫區(qū)， 預(yù)熱恒溫區(qū)，焊接區(qū)，冷卻區(qū)。2.1升溫區(qū)PCB進(jìn)入回流焊鏈條，從室溫開(kāi)始受熱到150 C的 區(qū)域叫做升溫區(qū)。升溫區(qū)的時(shí)間設(shè)

3、置在 60-90S斜率 控制在1-3 C /S之間。2.2 預(yù)熱恒溫區(qū)預(yù)熱恒溫區(qū)PCB表面溫度由150C平緩上升至 200C,時(shí)間窗口在 60S-120S之間。PCB板上各個(gè)部 分緩緩受到熱風(fēng)加熱，溫度隨時(shí)間緩慢上升，斜率在 0.3-0.8C/S 之間。2.3 焊接區(qū)回流區(qū)的溫度最高， SMA 進(jìn)入該區(qū)后迅速升溫， 并超出錫膏熔點(diǎn)約30-40C,即板面溫度瞬時(shí)達(dá)到 210-230C （此溫度又稱之為峰值溫度），時(shí)間約為 20-30S。2.4 冷卻區(qū) 焊點(diǎn)溫度從液相線開(kāi)始向下降低的區(qū)段稱為冷卻區(qū)。這一區(qū)域錫膏中的鉛粉已經(jīng)熔化并充分潤(rùn)濕了被 焊接的表面，快速冷卻會(huì)得到明亮的焊點(diǎn)并有良好的外形及低的

4、接觸角。冷卻速率一般為 3-10 C /So3 回流焊溫度曲線測(cè)試3.1 熱電偶使用說(shuō)明 熱電偶是溫度控制和達(dá)到工藝路線的必備工具， 分為溫區(qū)熱偶和曲線測(cè)試熱偶，溫區(qū)熱偶位于不銹鋼 熱風(fēng)加熱室，固定不動(dòng)，曲線熱偶一般要求與P CB表面連接，否則會(huì)導(dǎo)致熱電偶的測(cè)量值偏離 PCB表面度， 從而測(cè)試出不適合的溫度曲線。另外熱電偶的靈敏度 應(yīng)是較大的，需要熱容小、尺寸細(xì)小的熱偶，否則將 直接影響熱電偶測(cè)量值的真實(shí)性。3.2曲線測(cè)試回流溫度曲線的測(cè)試，一般采用能?S電路板一同進(jìn)入爐內(nèi)的爐溫測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試后將數(shù)據(jù)通過(guò) 輸出接口輸入計(jì)算機(jī)，通過(guò)專用測(cè)試軟件進(jìn)行曲線數(shù) 據(jù)分析處理，然后打印出溫度曲線。測(cè)

5、試注意事項(xiàng)： 測(cè)試點(diǎn)一般至少選取三點(diǎn)，能反映電路板組件上高、 中、低溫部位的溫度變化?；亓鳡t開(kāi)啟后至少運(yùn)行 30分鐘方可進(jìn)行溫度曲線的測(cè)試和生產(chǎn)。由于各個(gè) 測(cè)試點(diǎn)的溫度曲線會(huì)存在差異，所以要依據(jù)預(yù)熱的溫 度時(shí)間、回流峰值溫度、回流時(shí)間以及升降溫速率等 綜合因素考慮對(duì)設(shè)備的調(diào)整。在設(shè)備變更、產(chǎn)品變 更時(shí)，要重新進(jìn)行溫度曲線的測(cè)試。3 回流溫度曲線的設(shè)定分析溫度曲線是施加于電路板上的溫度對(duì)時(shí)間的函數(shù)， 幾個(gè)參數(shù)影響曲線的形狀 ，其中最關(guān)鍵的是傳送帶速 度和每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定。帶速?zèng)Q定基板暴露在每個(gè)區(qū) 所設(shè)定的溫度下的持續(xù)時(shí)間，增加持續(xù)時(shí)間可以允許 更多時(shí)間使基板接近該區(qū)的溫度設(shè)定。錫膏活性溫度、合金

6、熔點(diǎn)和所希望的回流最高溫度。大多數(shù)錫膏 都能用四個(gè)溫區(qū)成功回流。當(dāng)最后的曲線圖盡可能與 所希望的圖形相吻合時(shí)，應(yīng)該把爐的參數(shù)記錄并儲(chǔ)存 以備后用。4 回流焊溫度曲線各個(gè)區(qū)段優(yōu)化分析4.1 升溫區(qū)溫度與時(shí)間關(guān)系分析優(yōu)化該區(qū)的目標(biāo)是在達(dá)到兩個(gè)特定目的的同時(shí)。 把板 子從室溫盡快地加熱和提升。但快速加熱不能快到造決定每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定 ，必須要了解實(shí)際的區(qū)間 溫度不一定就是該區(qū)的顯示溫度。顯示溫度只是該區(qū) 內(nèi)熱敏電阻的溫度 ，如果熱電偶越靠近熱源 ，顯示 的溫度將比區(qū)間溫度高 ，熱電偶越靠近電路板的直接 通道，顯示的溫度將越能反映區(qū)間溫度。實(shí)際操作中 要了解清楚顯示溫度與實(shí)際區(qū)間溫度的關(guān)系。錫膏特 性

7、參數(shù)表也是必要的 ，其包含的信息對(duì)溫度曲線至關(guān) 重要。如：所希望的溫度曲線持續(xù)時(shí)間、成板子或零件的損壞， 也不應(yīng)引起助焊劑溶劑的爆失。 對(duì)大多數(shù)的助焊劑來(lái)說(shuō)，這些溶劑不會(huì)迅速地?fù)]發(fā)， 因?yàn)樗鼈儽仨氂凶銐蚋叩姆悬c(diǎn)來(lái)防止這焊膏在印刷過(guò) 程中變通常電路板和元器件的加熱速率為1-3C/S連續(xù) 上升 ， 如果過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生熱沖擊，電路板和元器件 都可能受損，如陶瓷電容的細(xì)微裂紋。而溫度上升太 慢 ，錫膏會(huì)感溫過(guò)度， 溶劑揮發(fā)不充分， 影響焊接質(zhì) 量。通常零件制造商會(huì)推薦加熱速率的極限值。一般 都規(guī)定一個(gè)最大的值4C/S以防止熱應(yīng)力造成的零件 損壞。更普遍的加熱速率一般是1-3C /S。4.2 預(yù)熱恒溫區(qū)溫

8、度與時(shí)間分析優(yōu)化 預(yù)熱恒溫區(qū)最主要的目的是保證電路板上的全部 元件在進(jìn)入焊接區(qū)之前達(dá)到相同的溫度，電路板上的 元件吸熱能力通常有很大差別， 有時(shí)需延長(zhǎng)保溫周期， 但是太長(zhǎng)的保溫周期可能導(dǎo)致助焊劑的喪失，導(dǎo)致在 焊接區(qū)器件與焊料無(wú)法充分的結(jié)合與潤(rùn)濕，減弱焊膏 的上錫能力 ，太快的溫度上升速率會(huì)導(dǎo)致溶劑的快速 氣化，可能引起吹孔、錫珠等缺陷。而過(guò)短的保溫周 期又無(wú)法使活性劑充分發(fā)揮功效 ，也可能造成整個(gè)電 路板預(yù)熱溫度的不平衡， 從而導(dǎo)致不沾錫、焊后斷開(kāi)、 焊點(diǎn)空洞等缺陷 ，所以應(yīng)根據(jù)電路板的設(shè)計(jì)情況及回升的速率低流爐的對(duì)流加熱能力來(lái)決定保溫周期的長(zhǎng)短及溫度值。一般保溫區(qū)的溫度在150-200C之

9、間，于2C /S，這個(gè)區(qū)的加熱時(shí)間一般占整個(gè)溫度曲線時(shí)間的30%50%。4.3焊接區(qū)溫度與時(shí)間分析優(yōu) 化焊接區(qū)是把電路板帶入鉛錫粉末熔點(diǎn)之上，讓鉛 錫粉末微粒結(jié)合成一個(gè)錫球并使被焊金屬表面充分潤(rùn) 濕。結(jié)合和潤(rùn)濕是在助焊劑幫助下進(jìn)行的，溫度越高 助焊劑效率越高，粘度及表面張力則隨溫度的升高而 下降 ，這促使焊錫更快地濕潤(rùn)。 但過(guò)高的溫度可能使 電路板承受熱損傷， 并可能引起鉛錫粉末再氧化加速、 焊膏殘留物燒焦、電路板變色、元件失去功能等問(wèn)題 的產(chǎn)生。而過(guò)低的溫度會(huì)使助焊劑效率低下，可能使 鉛錫粉末處于非焊接狀態(tài)而增加生焊、虛焊發(fā)生的機(jī) 率，因此應(yīng)通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)找到理想的峰值與時(shí)間的最 佳結(jié)合。在焊

10、接區(qū)曲線的峰值一般為 210-230C,超 過(guò)鉛錫合金熔點(diǎn)溫度179C的持續(xù)時(shí)間應(yīng)維持在20-30S之間。這個(gè)區(qū)的加熱速率一般為 1.2-35C /S, 加熱時(shí)間一般占整個(gè)溫度曲線時(shí)間的30%50%。中的鉛錫粉末已經(jīng)熔化并充分潤(rùn)濕了4.4 冷卻區(qū)溫度與時(shí)間分析優(yōu)化 冷卻區(qū)焊膏被焊接表面，快速度地冷卻會(huì)得到明亮的焊點(diǎn)并有好 的外形及低的接觸角度。緩慢冷卻會(huì)使板材溶于焊錫 中而生成灰暗和毛糙的焊點(diǎn)，并可能引起沾錫不良以 及減弱焊點(diǎn)結(jié)合力的問(wèn)題。冷卻區(qū)降溫速率一般為 310C/ S,冷去卩至75C即可，此區(qū)冷去卩時(shí)間占整個(gè) 溫度曲線時(shí)間的 15%左右。5 結(jié)論隨著電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展， 高集成度、 高

11、可靠性 已經(jīng)成為電子行業(yè)的主流技術(shù)。在這種趨勢(shì)的推 ?酉 攏？SMT也得到了進(jìn)一步的推廣和發(fā)展。很多電子產(chǎn)品 在生產(chǎn)和研發(fā)中已經(jīng)大量的應(yīng)用了 SMT工藝和表面貼 裝元器件，因此焊接過(guò)程也就無(wú)法避免地大量使用回 流焊機(jī)。根據(jù)回流焊原理，設(shè)置及優(yōu)化好合理的溫度 曲線是保證焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。通過(guò)對(duì)溫度曲 線的建立，可以為回流爐參數(shù)的設(shè)置提供準(zhǔn)確的理論 依據(jù)，不合理的溫度曲線會(huì)出現(xiàn)虛焊、立碑、錫球多 等焊接缺陷 ，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1 王天曦，李鴻儒. 電子技術(shù)工藝基礎(chǔ) M . 北京： 清華大學(xué)出版社， 2000. 6.2 王金芝 . 再流焊常見(jiàn)缺陷的成因及解決辦法 J . 電子工藝技術(shù)， 2003， 24 （4） ： 161 - 163.3 鄧北川，申良.SMT回流焊工藝分析及其溫控技術(shù)實(shí)現(xiàn) J . 電子工藝技術(shù)， 2008， 29 （1） ： 30 - 32.4 電子工藝標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì) . 電子行業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)匯編 M .北京：電子工藝標(biāo)準(zhǔn)委