關(guān)于再流焊的課題報告

1、關(guān)于再流焊的課題報告 系別:電氣信息工程系 專業(yè): 學(xué)號: 姓名: 關(guān)于再流焊的課題報告由于電子產(chǎn)品PCB板不斷小型化的需要，出現(xiàn)了片狀元件，傳統(tǒng)的焊接方法已不能適應(yīng)需要。首先在混合集成電路板組裝中采用了回流焊工藝，組裝焊接的元件多數(shù)為片狀電容、片狀電感，貼裝型晶體管及二極管等。隨著SMT整個技術(shù)發(fā)展日趨完善，多種貼片元件（SMC）和貼裝器件(SMD)的出現(xiàn)，作為貼裝技術(shù)一部分的回流焊工藝技術(shù)及設(shè)備也得到相應(yīng)的發(fā)展，其應(yīng)用日趨廣泛，幾乎在所有電子產(chǎn)品領(lǐng)域都已得到應(yīng)用，而回流焊技術(shù)，圍繞著設(shè)備的改進也經(jīng)歷了一系列的發(fā)展階段?；亓骱赣址Q"再流焊"或”再流焊機”或”回流爐”(re

2、flow oven),它是通過提供一種加熱環(huán)境,使焊膏受熱溶化從而讓表面貼裝元器件和pcb焊接盤通過焊錫膏合金可靠的連接在一起的設(shè)備。根據(jù)技術(shù)的發(fā)展可分為氣相回流焊、紅外回流焊、遠紅外回流焊、紅外加熱風(fēng)回流焊和全熱風(fēng)回流焊。另外根據(jù)焊接特殊的需要，含有充氮的回流焊爐。目前比較流行和實用的大多是遠紅外回流焊、紅外加熱風(fēng)回流焊和全熱風(fēng)回流焊。再流焊的特點1) 元器件受到的熱沖擊小;2) 能控制焊料的施加量;3) 有自定位效應(yīng)-當(dāng)元器件貼放位置有一定偏離時,由于熔融焊料表面張力作用,當(dāng)其全部焊端或引腳與相應(yīng)焊盤同時被潤濕時,在表面張力作用下,自動被拉回到目標(biāo)位置的現(xiàn)象;4) 焊料中不會混入不純物,能

3、正確的保證焊料的組分;5) 可在同一基板上,采用不同焊接工藝進行焊接;6) 工藝簡單,焊接質(zhì)量高。再流焊的分類熱板傳導(dǎo)回流焊這類回流焊爐依靠傳送帶或推板下的熱源加熱，通過熱傳導(dǎo)的方式加熱基板上的元件，用于采用陶瓷（Al2O3）基板厚膜電路的單面組裝，陶瓷基板上只有貼放在傳送帶上才能得到足夠的熱量，其結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。我國的一些厚膜電路廠在80年代初曾引進過此類設(shè)備。紅外線輻射回流焊 此類回流焊爐也多為傳送帶式，但傳送帶僅起支托、傳送基板的作用，其加熱方式主要依紅外線熱源以輻射方式加熱，爐膛內(nèi)的溫度比前一種方式均勻，網(wǎng)孔較大，適于對雙面組裝的基板進行回流焊接加熱。這類回流焊爐可以說是回流焊爐的

4、基本型。在我國使用的很多，價格也比較便宜。紅外加熱風(fēng)（Hot air）回流焊 這類回流焊爐是在IR爐的基礎(chǔ)上加上熱風(fēng)使?fàn)t內(nèi)溫度更均勻，單純使用紅外輻射加熱時，人們發(fā)現(xiàn)在同樣的加熱環(huán)境內(nèi)，不同材料及顏色吸收熱量是不同的，即（1）式中Q值是不同的，因而引起的溫升T也不同，例如IC等SMD的封裝是黑色的酚醛或環(huán)氧，而引線是白色的金屬，單純加熱時，引線的溫度低于其黑色的SMD本體。加上熱風(fēng)后可使溫度更均勻，而克服吸熱差異及陰影不良情況，IR + Hot air的回流焊爐在國際上曾使用得很普遍。充氮（N2）回流焊 隨著組裝密度的提高，精細間距（Fine pitch）組裝技術(shù)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了充氮回流焊工藝和

5、設(shè)備，改善了回流焊的質(zhì)量和成品率，已成為回流焊的發(fā)展方向。氮氣回流焊有以下優(yōu)點： （1） 防止減少氧化 （2） 提高焊接潤濕力，加快潤濕速度 （3） 減少錫球的產(chǎn)生，避免橋接，得到列好的焊接質(zhì)量 得到列好的焊接質(zhì)量特別重要的是，可以使用更低活性助焊劑的錫膏，同時也能提高焊點的性能，減少基材的變色，但是它的缺點是成本明顯的增加，這個增加的成本隨氮氣的用量而增加，當(dāng)你需要爐內(nèi)達到1000ppm含氧量與50ppm含氧量，對氮氣的需求是有天壤之別的?，F(xiàn)在的錫膏制造廠商都在致力于開發(fā)在較高含氧量的氣氛中就能進行良好的焊接的免洗焊膏，這樣就可以減少氮氣的消耗。 對于中回流焊中引入氮氣，必須進行成本收益分析

6、，它的收益包括產(chǎn)品的良率，品質(zhì)的改善，返工或維修費的降低等等，完整無誤的分析往往會揭示氮氣引入并沒有增加最終成本，相反，我們卻能從中收益。 在目前所使用的大多數(shù)爐子都是強制熱風(fēng)循環(huán)型的，在這種爐子中控制氮氣的消耗不是容易的事。有幾種方法來減少氮氣的消耗量，減少爐子進出口的開口面積，很重要的一點就是要用隔板，卷簾或類似的裝置來阻擋沒有用到的那部分進出口的空間，另外一種方式是利用熱的氮氣層比空氣輕且不易混合的原理，在設(shè)計爐的時候就使得加熱腔比進出口都高，這樣加熱腔內(nèi)形成自然氮氣層，減少了氮氣的補償量并維護在要求的純度上。雙面回流焊雙面PCB已經(jīng)相當(dāng)普及，并在逐漸變得復(fù)那時起來，它得以如此普及，主要

7、原因是它給設(shè)計者提供了極為良好的彈性空間，從而設(shè)計出更為小巧，緊湊的低成本的產(chǎn)品。到今天為止，雙面板一般都有通過回流焊接上面（元件面），然后通過波峰焊來焊接下面（引腳面）。目前的一個趨勢傾向于雙面回流焊，但是這個工藝制程仍存在一些問題。大板的底部元件可能會在第二次回流焊過程中掉落，或者底部焊接點的部分熔融而造成焊點的可靠性問題。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有幾種方法來實現(xiàn)雙面回流焊：一種是用膠來粘住第一面元件，那當(dāng)它被翻過來第二次進入回流焊時元件就會固定在位置上而不會掉落，這個方法很常用，但是需要額外的設(shè)備和操作步驟，也就增加了成本。第二種是應(yīng)用不同熔點的焊錫合金，在做第一面是用較高熔點的合金而在做第二面時用低

8、熔點的合金，這種方法的問題是低熔點合金選擇可能受到最終產(chǎn)品的工作溫度的限制，而高熔點的合金則勢必要提高回流焊的溫度，那就可能會對元件與PCB本身造成損傷。對于大多數(shù)元件，熔接點熔錫表面張力足夠抓住底部元件話形成高可靠性的焊點，元件重量與引腳面積之比是用來衡量是否能進行這種成功焊接一個標(biāo)準，通常在設(shè)計時會使用30g/in2這個標(biāo)準，第三種是在爐子低部吹冷風(fēng)的方法，這樣可以維持PCB底部焊點溫度在第二次回流焊中低于熔點。但是潛在的問題是由于上下面溫差的產(chǎn)生，造成內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，需要用有效的手段和過程來消除應(yīng)力，提高可靠性。 以上這些制程問題都不是很簡單的。但是它們正在被成功解決之中。勿容置疑，在未來的

9、幾年，雙面板會斷續(xù)在數(shù)量上和復(fù)雜性性上有很大發(fā)展。通孔回流焊通孔回流焊有時也稱作分類元件回流焊，正在逐漸興起。它可以去除波峰焊環(huán)節(jié)，而成為PCB混裝技術(shù)中的一個工藝環(huán)節(jié)。一個最大的好處就是可以在發(fā)揮表面貼裝制造工藝的優(yōu)點的同時使用通孔插件來得到較好的機械聯(lián)接強度。對于較大尺寸的PCB板的平整度不能夠使所有表面貼裝元器件的引腳都能和焊盤接觸，同時，就算引腳和焊盤都能接觸上，它所提供的機械強度也往往是不夠大的，很容易在產(chǎn)品的使用中脫開而成為故障點。 盡管通孔回流焊可發(fā)取得償還好處，但是在實際應(yīng)用中仍有幾個缺點，錫膏量大，這樣會增加因助焊劑的揮了冷卻而產(chǎn)生對機器污染的程度，需要一個有效的助焊劑殘留清

10、除裝置。另外一點是許多連接器并 沒有設(shè)計成可以承受回流焊的溫度，早期基于直接紅外加熱的爐子已不能適用，這種爐子缺少有效的熱傳遞效率來處理一般表面貼裝元件與具有復(fù)雜幾何外觀的通孔連接器同在一塊PCB上的能力。只有大容量的具有高的熱傳遞的強制對流爐子，才有可能實現(xiàn)通孔回流，并且也得到實踐證明，剩下的問題就是如何保證通孔中的錫膏與元件腳有一個適當(dāng)?shù)幕亓骱笢囟惹€。隨著工藝與元件的改進，通孔回流焊也會越來越多被應(yīng)用。 影響回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，將從多個方面來進行探討。再流焊的工藝要求1)要設(shè)置合理的再流焊溫度曲線并定期做溫度曲線的實時測試;2)要按照pcb設(shè)

11、計師的焊接方向進行焊接; 3)焊接過程中嚴防傳動帶震動; 4)必須對首塊印制板的焊接效果進行檢查,檢查焊接是否充分、焊點表面是否光滑、焊點形狀是否呈半月狀、錫球和殘留物的情況、連焊和虛焊的情況。還要檢查PCB表面顏色變化等情況。并根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)整溫度曲線。溫度曲線的建立溫度曲線是指SMA通過回流爐時，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。這對于獲得最佳的可焊性，避免由于超溫而對元件造成損壞，以及保證焊接質(zhì)量都非常有用。溫度曲線采用爐溫測試儀來測試，目前市面上有很多種爐溫測試儀供使用者選擇。預(yù)熱段該區(qū)域的目的是把室溫的

12、PCB盡快加熱，以達到第二個特定目標(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。為防止熱沖擊對元件的損傷，一般規(guī)定最大速度為4/s。然而，通常上升速率設(shè)定為1-3s。典型的升溫速率為2s。保溫段保溫段是指溫度從120-150升至焊膏熔點的區(qū)域。其主要目的是使SMA內(nèi)各元件的溫度趨于穩(wěn)定，盡量減少溫差。在這個區(qū)域里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到平衡。應(yīng)

13、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，一般推薦為焊膏的熔點溫度加上20-40。對于熔點為183的63Sn37Pb焊膏和熔點為179的Sn62Pb36Ag2焊膏，峰值溫度一般為210-230，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)”覆蓋的面積最小。冷卻段這段中焊膏內(nèi)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行冷卻，這樣將有助于得到明亮的

14、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減弱焊點結(jié)合力。冷卻段降溫速率一般為3-10s，冷卻至75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入爐腔，自動按內(nèi)編時間程式進行采樣記錄。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

15、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

16、試資料準確性。再流焊的注意事項1.加熱速度用來衡量被加熱物體溫度升高的快慢。它常用/S為單位。由于焊膏中焊劑和溶劑的化學(xué)特性及焊膏的流變性受溫度的變化速度影響。所以在再流焊中，它的升溫速度應(yīng)該在適中范圍內(nèi)，因為加熱速度由加熱爐溫度和傳送速度共同決定的，故在再流焊過程中應(yīng)嚴格控制爐溫及傳送速度。2.預(yù)熱區(qū)的峰值溫度 電路板在加熱爐的起始區(qū)（也叫預(yù)熱區(qū)）內(nèi)進行加熱。為避免過分烘烤焊膏及超過FR-4電路板上的環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，應(yīng)確保預(yù)熱區(qū)內(nèi)電路板及焊膏的溫度,應(yīng)確保預(yù)熱區(qū)內(nèi)電路板及焊膏的峰值溫度不超過120。3.超過焊料熔點的時間在焊點處焊料應(yīng)高于熔點溫度，并保持一段時間。這個時間過短，則熔化

17、的焊錫沒有充分的時間回流、浸潤焊盤和引腳；時間過長，則損壞電路板上的熱敏元件。而且在焊料上與焊盤和引腳的基金屬之間將形成過后的金屬間化物，降低可焊性和焊點的抗疲勞程度?？p制再流焊溫度4.縫制再流焊溫度再流焊期間，焊點的峰值溫度高到足以使適量的焊劑起作用。焊料流動以獲得良好的浸潤效果。但是溫度也不應(yīng)高到導(dǎo)致元件和電路板損壞或變色的程度。5.冷卻溫度 再流焊后，焊點的冷卻速度十分重要，因為在一定范圍內(nèi)，冷卻速度越快，焊料的晶粒尺寸越，因而抗疲勞強度越高。綜上所述,焊接溫度的分布是再流焊成功與否的關(guān)鍵。因此，我們在工作中應(yīng)經(jīng)常檢查各段的溫度，并嚴格控制各段溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。并應(yīng)注意傳送速度的穩(wěn)定于

18、規(guī)定范圍內(nèi)，才能保障焊接溫度的正確分布。升溫過快，會出現(xiàn)空洞。預(yù)熱時間過短或預(yù)熱溫度過低，會出現(xiàn)吸吮現(xiàn)象（焊料脫落）。脫焊是由于元件引腳與焊盤的溫度在回流焊中不同而引起的。加熱過快或冷卻速度過快會引起熱沖擊，這是因為沒有足夠的時間使元件的中心和表面達到相同的溫度。再流焊質(zhì)量的影響因素(1) PCB焊盤設(shè)計SMT的組裝質(zhì)量與PCB焊盤設(shè)計有直接的、十分重要的關(guān)系。如果PCB焊盤設(shè)計正確，貼裝時少量的歪斜可以在再流焊時，由于熔融焊錫表面張力的作用而得到糾正（稱為自定位或自校正效應(yīng)）；相反，如果PCB焊盤設(shè)計不正確，即使貼裝位置十分準確，再流焊后反而會出現(xiàn)元件位置偏移、吊橋等焊接缺陷。(2) 焊膏質(zhì)

19、量及焊膏的正確使用焊膏中的金屬微粉含量、金屬粉末的含氧量、黏度、觸變性都有一定要求。如果金屬微粉含量高,再流焊升溫時金屬微粉隨著溶劑、氣體蒸發(fā)而飛濺；如金屬粉末的含氧量高，還會加劇飛濺，形成焊錫球，同時還會引起不潤濕等缺陷。另外，如果焊膏黏度過低或焊膏的保形性（觸變性）不好，印刷后焊膏圖形會塌陷，甚至造成粘連，再流焊時也會形成焊錫球、橋接等焊接缺陷。焊膏使用不當(dāng),例如從低溫柜取出焊膏直接使用，由于焊膏的溫度比室溫低，產(chǎn)生水汽凝結(jié)，在流焊升溫時，水汽蒸發(fā)帶出金屬粉末，在高溫下，水汽會使金屬粉末氧化，飛濺形成焊錫球，還會產(chǎn)生潤濕不良、等問題。(3) 元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤質(zhì)量當(dāng)元器件

20、焊端和引腳、印制電路基板的焊盤氧化或污染，或印制板受潮等情況下，再流焊時會產(chǎn)生潤濕不良、虛焊，焊錫球、空洞等焊接缺陷。(4) 焊膏印刷質(zhì)量據(jù)資料統(tǒng)計，在PCB設(shè)計正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下，表面組裝質(zhì)量問題中有70%的質(zhì)量問題出在印刷工藝。(5) SMT元器件保證貼裝質(zhì)量的三要素：a 元件正確b 位置準確c 壓力（貼片高度）合適。(6) 再流焊溫度曲線溫度曲線是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，實時溫度曲線和焊膏溫度曲線的升溫斜率和峰值溫度應(yīng)基本一致。160前的升溫速率控制在1 2/s。如果升溫斜率速度太快，一方面使元器件及PCB受熱太快，易損壞元器件，易造成PCB變形。另一方面，焊膏中的熔劑揮

21、發(fā)速度太快，容易濺出金屬成份，產(chǎn)生焊錫球；峰值溫度一般設(shè)定在比合金熔點高3040左右（例63Sn/37Pb焊膏的熔點為183，峰值溫度應(yīng)設(shè)置在215左右），再流時間為6090s。峰值溫度低或再流時間短，會使焊接不充分，不能生成一定厚度的金屬間合金層。嚴重時會造成焊膏不熔。峰值溫度過高或再流時間長，使金屬間合金層過厚，也會影響焊點強度，甚至?xí)p壞元器件和印制板。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度范圍內(nèi)，作為焊料中成分之一的溶劑即會降低粘度而流出，如果其流出的趨勢是十分強烈的，會同時將焊料顆粒擠出焊區(qū)外的含

22、金顆粒，在熔融時如不能返回到焊區(qū)內(nèi)，也會形成滯留的焊料球。 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都會是造成橋聯(lián)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，這是因為急熱使元件兩端存在溫差，電極端一邊的焊料完全熔融后獲得良好的濕潤，而另一邊的焊料未完全熔融而引起濕潤不良，這樣促進了元件的翹立。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： 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。 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70RH以下，進廠元件的使用期不可超過6個月。 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