第五章 回流焊接知識(shí)

1、第五章 回流焊接知識(shí)1. 西膏的回流過程當(dāng)錫膏至于一個(gè)加熱的環(huán)境中，錫膏回流分為五個(gè)階段: 1. 首先，用于達(dá)到所需粘度和絲印性能的溶劑開始蒸發(fā)，溫度上升必需慢(大約每秒3 c)，以限制沸騰和飛濺，防止形成小錫珠，還有，一些元件對(duì)內(nèi)部應(yīng)力比較敏感，如果元件外部溫度上升太快，會(huì)造成斷裂。 2. 助焊劑活躍，化學(xué)清洗行動(dòng)開始，水溶性助焊劑和免洗型助焊劑都會(huì)發(fā)生同樣的清洗行動(dòng)，只不過溫度稍微不同。將金屬氧化物和某些污染從即將結(jié)合的金屬和焊錫顆粒上清除。好的冶金學(xué)上的錫焊點(diǎn)要求“清潔”的表面。 3. 當(dāng)溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒首先單獨(dú)熔化，并開始液化和表面吸錫的“燈草”過程。這樣在所有可能的表面上覆蓋，

2、并開始形成錫焊點(diǎn)。 4. 這個(gè)階段最為重要，當(dāng)單個(gè)的焊錫顆粒全部熔化后，結(jié)合一起形成液態(tài)錫，這時(shí)表面張力作用開始形成焊腳表面，如果元件引腳與pcb焊盤的間隙超過4mil，則極可能由于表面張力使引腳和焊盤分開，即造成錫點(diǎn)開路。 5. 冷卻階段，如果冷卻快，錫點(diǎn)強(qiáng)度會(huì)稍微大一點(diǎn)，但不可以太快而引起元件內(nèi)部的溫度應(yīng)力?；亓骱附右罂偨Y(jié)：重要的是有充分的緩慢加熱來安全地蒸發(fā)溶劑，防止錫珠形成和限制由于溫度膨脹引起的元件內(nèi)部應(yīng)力，造成斷裂痕可靠性問題。其次，助焊劑活躍階段必須有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和溫度，允許清潔階段在焊錫顆粒剛剛開始熔化時(shí)完成。時(shí)間溫度曲線中焊錫熔化的階段是最重要的，必須充分地讓焊錫顆粒完全熔化

3、，液化形成冶金焊接，剩余溶劑和助焊劑殘余的蒸發(fā)，形成焊腳表面。此階段如果太熱或太長(zhǎng)，可能對(duì)元件和pcb造成傷害。錫膏回流溫度曲線的設(shè)定，最好是根據(jù)錫膏供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行，同時(shí)把握元件內(nèi)部溫度應(yīng)力變化原則，即加熱溫升速度小于每秒3 c，和冷卻溫降速度小于。pcb裝配如果尺寸和重量很相似的話，可用同一個(gè)溫度曲線。重要的是要經(jīng)常甚至每天檢測(cè)溫度曲線是否正確。2.怎樣設(shè)定錫膏回流溫度曲線在使用表面貼裝元件的印刷電路板(pcb)裝配中，要得到優(yōu)質(zhì)的焊點(diǎn)，一條優(yōu)化的回流溫度曲線是最重要的因素之一。溫度曲線是施加于電路裝配上的溫度對(duì)時(shí)間的函數(shù)，當(dāng)在笛卡爾平面作圖時(shí)，回流過程中在任何給定的時(shí)間上，代表pcb

4、上一個(gè)特定點(diǎn)上的溫度形成一條曲線。 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定機(jī)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)間使電路裝配接近該區(qū)的溫度設(shè)定。每個(gè)區(qū)所花的持續(xù)時(shí)間總和決定總共的處理時(shí)間。在使用表面貼裝元件的印刷電路板(pcb)裝配中，要得到優(yōu)質(zhì)的焊點(diǎn)，一條優(yōu)化的回流溫度曲線是最重要的因素之一。溫度曲線是施加于電路裝配上的溫度對(duì)時(shí)間的函數(shù)，當(dāng)在笛卡爾平面作圖時(shí)，回流過程中在任何給定的時(shí)間上，代表pcb上一個(gè)特定點(diǎn)上的溫度形成一條曲線。 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定機(jī)板暴露在每個(gè)區(qū)

5、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)間使電路裝配接近該區(qū)的溫度設(shè)定。每個(gè)區(qū)所花的持續(xù)時(shí)間總和決定總共的處理時(shí)間。每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定影響pcb的溫度上升速度，高溫在pcb與區(qū)的溫度之間產(chǎn)生一個(gè)較大的溫差。增加區(qū)的設(shè)定溫度允許機(jī)板更快地達(dá)到給定溫度。因此，必須作出一個(gè)圖形來決定pcb的溫度曲線。接下來是這個(gè)步驟的輪廓，用以產(chǎn)生和優(yōu)化圖形。在開始作曲線步驟之前，需要下列設(shè)備和輔助工具：溫度曲線儀、熱電偶、將熱電偶附著于pcb的工具和錫膏參數(shù)表?？蓮拇蠖鄶?shù)主要的電子工具供應(yīng)商買到溫度曲線附件工具箱，這工具箱使得作曲線方便，因?yàn)樗克璧母郊?除了曲線儀本身)?，F(xiàn)在許多回流焊機(jī)器包括

6、了一個(gè)板上測(cè)溫儀，甚至一些較小的、便宜的臺(tái)面式爐子。測(cè)溫儀一般分為兩類：實(shí)時(shí)測(cè)溫儀，即時(shí)傳送溫度/時(shí)間數(shù)據(jù)和作出圖形；而另一種測(cè)溫儀采樣儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，然后上載到計(jì)算機(jī)。熱電偶必須長(zhǎng)度足夠，并可經(jīng)受典型的爐膛溫度。一般較小直徑的熱電偶，熱質(zhì)量小響應(yīng)快，得到的結(jié)果精確。有幾種方法將熱電偶附著于pcb，較好的方法是使用高溫焊錫如銀/錫合金，焊點(diǎn)盡量最小。另一種可接受的方法，快速、容易和對(duì)大多數(shù)應(yīng)用足夠準(zhǔn)確，少量的熱化合物(也叫熱導(dǎo)膏或熱油脂)斑點(diǎn)覆蓋住熱電偶，再用高溫膠帶(如kapton)粘住。還有一種方法來附著熱電偶，就是用高溫膠，如氰基丙烯酸鹽粘合劑，此方法通常沒有其它方法可靠。 附著的位置也要選擇

7、，通常最好是將熱電偶尖附著在pcb焊盤和相應(yīng)的元件引腳或金屬端之間。(圖一、將熱電偶尖附著在pcb焊盤和相應(yīng)的元件引腳或金屬端之間)錫膏特性參數(shù)表也是必要的，其包含的信息對(duì)溫度曲線是至關(guān)重要的，如：所希望的溫度曲線持續(xù)時(shí)間、錫膏活性溫度、合金熔點(diǎn)和所希望的回流最高溫度。開始之前，必須對(duì)理想的溫度曲線有個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。理論上理想的曲線由四個(gè)部分或區(qū)間組成，前面三個(gè)區(qū)加熱、最后一個(gè)區(qū)冷卻。爐的溫區(qū)越多，越能使溫度曲線的輪廓達(dá)到更準(zhǔn)確和接近設(shè)定。大多數(shù)錫膏都能用四個(gè)基本溫區(qū)成功回流。(圖二、理論上理想的回流曲線由四個(gè)區(qū)組成，前面三個(gè)區(qū)加熱、最后一個(gè)區(qū)冷卻)預(yù)熱區(qū)，也叫斜坡區(qū)，用來將pcb的溫度從周圍環(huán)

8、境溫度提升到所須的活性溫度。在這個(gè)區(qū)，產(chǎn)品的溫度以不超過每秒25c速度連續(xù)上升，溫度升得太快會(huì)引起某些缺陷，如陶瓷電容的細(xì)微裂紋，而溫度上升太慢，錫膏會(huì)感溫過度，沒有足夠的時(shí)間使pcb達(dá)到活性溫度。爐的預(yù)熱區(qū)一般占整個(gè)加熱通道長(zhǎng)度的2533%?；钚詤^(qū)，有時(shí)叫做干燥或浸濕區(qū)，這個(gè)區(qū)一般占加熱通道的3350%，有兩個(gè)功用，第一是，將pcb在相當(dāng)穩(wěn)定的溫度下感溫，允許不同質(zhì)量的元件在溫度上同步，減少它們的相當(dāng)溫差。第二個(gè)功能是，允許助焊劑活性化，揮發(fā)性的物質(zhì)從錫膏中揮發(fā)。一般普遍的活性溫度范圍是120150c，如果活性區(qū)的溫度設(shè)定太高，助焊劑沒有足夠的時(shí)間活性化，溫度曲線的斜率是一個(gè)向上遞增的斜率。

9、雖然有的錫膏制造商允許活性化期間一些溫度的增加，但是理想的曲線要求相當(dāng)平穩(wěn)的溫度，這樣使得pcb的溫度在活性區(qū)開始和結(jié)束時(shí)是相等的。市面上有的爐子不能維持平坦的活性溫度曲線，選擇能維持平坦的活性溫度曲線的爐子，將提高可焊接性能，使用者有一個(gè)較大的處理窗口?；亓鲄^(qū)，有時(shí)叫做峰值區(qū)或最后升溫區(qū)。這個(gè)區(qū)的作用是將pcb裝配的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度。活性溫度總是比合金的熔點(diǎn)溫度低一點(diǎn)，而峰值溫度總是在熔點(diǎn)上。典型的峰值溫度范圍是205230c，這個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定太高會(huì)使其溫升斜率超過每秒25c，或達(dá)到回流峰值溫度比推薦的高。這種情況可能引起pcb的過分卷曲、脫層或燒損，并損害元件的完整性。

10、今天，最普遍使用的合金是sn63/pb37，該合金的熔點(diǎn)為183c，這種比例的錫和鉛使得該合金共晶。共晶合金是在一個(gè)特定溫度下熔化的合金，非共晶合金有一個(gè)熔化的范圍，而不是熔點(diǎn)，有時(shí)叫做塑性裝態(tài)。理想的冷卻區(qū)曲線應(yīng)該是和回流區(qū)曲線成鏡像關(guān)系。越是靠近這種鏡像關(guān)系，焊點(diǎn)達(dá)到固態(tài)的結(jié)構(gòu)越緊密，得到焊接點(diǎn)的質(zhì)量越高，結(jié)合完整性越好。作溫度曲線的第一個(gè)考慮參數(shù)是傳輸帶的速度設(shè)定，該設(shè)定將決定pcb在加熱通道所花的時(shí)間。典型的錫膏制造廠參數(shù)要求34分鐘的加熱曲線，用總的加熱通道長(zhǎng)度除以總的加熱感溫時(shí)間，即為準(zhǔn)確的傳輸帶速度，例如，當(dāng)錫膏要求四分鐘的加熱時(shí)間，使用六英尺加熱通道長(zhǎng)度，計(jì)算為：6 英尺 4

11、分鐘 = 每分鐘 1.5 英尺 = 每分鐘 18 英寸。接下來必須決定各個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定，重要的是要了解實(shí)際的區(qū)間溫度不一定就是該區(qū)的顯示溫度。顯示溫度只是代表區(qū)內(nèi)熱敏電偶的溫度，如果熱電偶越靠近加熱源，顯示的溫度將相對(duì)比區(qū)間溫度較高，熱電偶越靠近pcb的直接通道，顯示的溫度將越能反應(yīng)區(qū)間溫度。明智的是向爐子制造商咨詢了解清楚顯示溫度和實(shí)際區(qū)間溫度的關(guān)系。表一、典型pcb回流區(qū)間溫度設(shè)定 區(qū)間區(qū)間溫度設(shè)定區(qū)間末實(shí)際板溫預(yù)熱210c(410f)140c(284f)活性177c(350f)150c(302f)回流250c(482c)210c(482f)速度和溫度確定后，必須輸入到爐的控制器?？纯词謨?cè)

12、上其它需要調(diào)整的參數(shù)，這些參數(shù)包括冷卻風(fēng)扇速度、強(qiáng)制空氣沖擊和惰性氣體流量。一旦所有參數(shù)輸入后，啟動(dòng)機(jī)器，爐子穩(wěn)定后(即，所有實(shí)際顯示溫度接近符合設(shè)定參數(shù))可以開始作曲線。下一部將pcb放入傳送帶，觸發(fā)測(cè)溫儀開始記錄數(shù)據(jù)。一旦最初的溫度曲線圖產(chǎn)生，可以和錫膏制造商推薦的曲線或圖二所示的曲線進(jìn)行比較。首先，必須證實(shí)從環(huán)境溫度到回流峰值溫度的總時(shí)間和所希望的加熱曲線居留時(shí)間相協(xié)調(diào)，如果太長(zhǎng)，按比例地增加傳送帶速度，如果太短，則相反。下一步，圖形曲線的形狀必須和所希望的相比較(圖二)，如果形狀不協(xié)調(diào)，則同下面的圖形(圖三六)進(jìn)行比較。選擇與實(shí)際圖形形狀最相協(xié)調(diào)的曲線。應(yīng)該考慮從左到右(流程順序)的偏差，例如，如果預(yù)熱和回流區(qū)中存在差異，首先將預(yù)熱區(qū)的差異調(diào)正確，一般最好每次調(diào)一個(gè)參數(shù)，在作進(jìn)一步調(diào)整之前運(yùn)行這個(gè)曲線設(shè)定。這是因?yàn)橐粋€(gè)給定區(qū)的改變也將影響隨后區(qū)