回流焊接工艺.doc

回流焊接工艺回流焊接是表面贴装技术（SMT特有的重要工艺，焊接工艺质量的优劣不仅影响正常生产，也影响最终的质量和可靠性在使用表面贴装元件的印刷电路板（PCB）装配中，要得到优质的焊点，一条优化的回流温度曲线是最重要的因素之一温度曲线是施加于电路装配上的温度对时间的函数，当在笛卡尔平面作图时，回流过程中在任何给定的时间上，代表PCB上一个特定点上的温度形成一条曲线几个参数影响曲线的形状，其中最关键的是传送带速度和每个温区的温度设定链速决定基板暴露在每个温区所设定的温度下的持续时间，增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该温区的温度设定每个温区所花的持续时间总和决定总共的处理时间每个区的温度设定影响PCB的温度上升速度增加温区的设定温度允许基板更快地达到给定温度因此，必须作出一个较好的图形来决定PCB的温度曲线，理想的温度曲线由基本的四个区组成，前面三个区加热、最后一个区冷却回流炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流在回流焊接过程中，锡膏需经过溶剂挥发；焊剂清除焊件表面的氧化物；锡膏的熔融、再流动以及锡膏的冷却、凝固以下就对温度曲线图及四个区进行介绍：温度曲线图profilePeak:熔点220C以上210〜220Cx\v冷却区回流区降温速度昌C/S以下；亠『L保温区210〜220C150〜180C/60无/10〜20S；~05IC/S温度C250C200C150C100C50C150CW1\i\\亠〜420S—-\\'\\\预热区、貞认"■^升温||速度-—180C1〜3°C/S时间S250S200S150S100S50S预热区：也叫斜坡区。

目的：使PCB和元器件预热，达到平衡,同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅要保证升温比较缓慢，溶剂挥发较温和，对元器件的热冲击尽可能小，在这个区，尽量将升温速度控制在2〜5C/S，较理想的升温速度为1〜3C/S，时间控制在60〜90S之间升温过快会造成对元器件的伤害，如会引起多层陶瓷电容器开裂同时还会造成焊料飞溅，使在整个PCB勺非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使PCB达到活性温度锡炉的预热区一般占整个加热通道长度的25〜33%保温区：也称活性区、有时叫做干燥或浸润区目的：保证在达到回流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物在这个阶段助焊剂开始挥发，这个区一般占加热通道的33〜50%有两个功用：第一是将PCB在相当稳定的温度下感温，允许不同质量的元件在温度上同质，减少它们的相当温差；第二个功能是允许助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏中挥发一般温度范围在150〜180C，时间范围在60〜120S,升温速度控制在0.3〜0.5C/S如果活性区的温度设定太高，助焊剂没有足够的时间活性化，温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。

虽然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加，但是理想的曲线要求相当平稳的温度，这样使得PCB的温度在活性区开始和结束时间是相等的回流区：有时叫做峰值区或最后升温区目的：锡膏中的焊料使合金属粉开始熔化，再次呈流动状态，替代液态焊剂润湿焊盘和元器件，这种润湿作用导致焊料进一步扩展，对大多数焊料润湿时间为60〜90秒这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度活性温度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温度总是在熔点上再流焊的温度要高于锡膏的熔点温度，一般要超过熔点温度20度才能保证再流焊的质量有时也将该区域分为两个区，即熔融区和再流区有铅锡的熔点183C,无铅锡熔点216〜220C）其中温度在210〜220C范围内的时间控制相当关键，一般控制在10〜20S为最佳这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2〜5C,或达到回流峰值温度比推荐的高这种情况可能引起PCB的弯曲变形、脱层、烧损或烤黄，并损害元件的完整性，特别是一些耐热温度较低的元件冷却区：这一阶段锡膏开始凝固元件被固定在PCB上，同样的是降温的速度也不能够快，一般控制在4C/S以下，较理想的降温速度为3C/S由于过快的降温速度会造成PCB产生冷变形，会影响焊点的表面质量。

以下就对由于回流温度曲线设定不合适而造成不良分析：1. 锡粒问题:回流焊接中出的锡粒，常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间在元件贴装过程中，锡膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间，随着印制板穿过回流焊炉，锡膏熔化变成液体，如果与焊盘和器件引脚等润湿不良，液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分，所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点部分液态焊锡会从焊缝流出，形成锡粒因此，焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本原因以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施：a)回流温度曲线设置不当锡膏的回流是温度与时间的函数，如果未到达足够的温度或时间，锡膏就不会被回流预热区温度上升速度过快，达到平顶温度的时间过短，使锡膏内部的水份、溶剂未完全挥发出来，到达回流焊温区时，引起水份、溶剂沸腾，溅出焊锡粒实践证明，将预热区温度的上升速度控制在1〜4°C/s是较理想的b)如果在贴片至回流焊的时间过长，则因锡膏中焊料粒子的氧化，焊剂变质、活性降低，会导致锡膏不回流，焊球则会产生选用工作寿命长一些的焊膏(至少4小时)，则会减轻这种影响锡珠(SolderBalls)：(1)、丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使锡膏弄脏PCB。

2、锡膏在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多3、加热不精确，太慢并不均匀4、加热速率太快并预热区间太长5、锡膏干得太快6、助焊剂活性不够7、太多颗粒小的锡粉8、回流过程中助焊剂挥发性不适当锡球的工艺认可标准是：当焊盘或印制导线的之间距离为0.13mm寸，锡珠直径不能超过0.13mm，或者在600mr平方范围内不能出现超过五个锡珠2. 竖立问题(曼哈顿现象)矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为曼哈顿现象引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀，锡膏熔化有先后所致如何减少元件两端受热不均匀：a)有缺陷的元件排列方向设计我们设想在回流炉中有一条横跨锡炉宽度的回流焊限线，一旦锡膏通过它就会立即熔化片式矩形元件的一个端头先通过回流焊限线，锡膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液态表面张力;而另一端未达到有铅与无铅的熔点的液相温度，锡膏未熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于回流焊接的表面张力，因而，使未熔化端的元件端头向上直立因此，保持元件两端同时进入回流焊限线，使两端焊盘上的锡膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，保持元件位置不变b)在进行汽相焊接时PCB预热不充分(氮气回流)汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和PCB焊盘上时，释放出热量而熔化锡膏。

汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区，在饱和蒸汽区焊接温度高达217C，在生产过程中我们发现，如果被焊组件预热不充分，经受一百多度的温差变化，汽相焊的汽化力容易将小于3216封装尺寸的片式元件浮起，从而产生竖立现象我们通过将被焊组件在烤箱内以145-150C的温度预热1-2分钟，然后在汽相焊的平衡区内再预热1分钟左右，最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接消除了竖立现象3. 吹孔BLOWHOLE焊点中（SOLDERJOINT所出现的孔洞，大者称为吹孔，小者叫做针孔，皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致对策；调整锡膏粘度调整预热温度，以赶走过多的溶剂提高锡膏中金属含量百分比4. 锡桥（Bridging）：一般来说，造成锡桥的因素就是由于锡膏太稀，包括锡膏内金属或固体含量低、摇溶性低、锡膏容易榨开，锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小焊盘上太多锡膏，回流温度峰值太高等5. 开路（Open）：原因：1、锡膏量不够2、元件引脚的共面性不够3、锡湿不够（不够熔化、流动性不好），锡膏太稀引起锡流失4、引脚吸锡（象灯芯草一样）或附近有连线孔引脚的共面性对密间距和超密间距引脚元件特别重要，一个解决方法是在焊盘上预先上锡引脚吸锡可以通过放慢加热速度和底面加热多、上面加热少来防止。

也可以用一种浸湿速度较慢、活性温度高的助焊剂或者用一种Sn/Pb不同比例的阻滞熔化的锡膏来减少引脚吸锡。