[设备管理]6再流焊工艺技术与设备

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1、主要内容,6.1 再流焊设备 6.2 再流焊原理 6.3 再流焊工艺要求 6.4 再流焊工艺流程 6.5 再流焊接质量控制 6.6 双面回流焊工艺 6.7 双面BGA工艺 6.8 通孔插装元件再流焊工艺,1,6.1 再流焊设备,再流焊炉是焊接表面贴装元器件的设备。 再流焊炉主要有红外炉、热风炉、红外加热风炉、蒸汽焊炉等。目前最流行的是全热风炉,2,Heller 1707 回流焊炉,6.1 再流焊设备,6.1.1 焊接传热的三种基本方式 热传导、热对流和热辐射 （1）热传导 是指在不涉及物质转移的情况下，热量从物体中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部位，或从高温物体传递给相接触的低温物体的过

2、程，简称导热,3,6.1 再流焊设备,2）热对流 是指不同温度的流体各部分由相对运动引起的热量交换。决定换热强度的主要因素是对流的运动情况。 (3）热辐射 是指物体因自身具有温度而辐射出能量的现象。它是波长在0.1100微米之间的电磁辐射，因此与其他传热方式不同，热量可以在没有中间介质的真空中直接传递,4,实际情况下，所有传导方式都以不同的比例同时存在,6.1 再流焊设备,在全热风回流焊炉中 BGA：热对流只对周边焊球起主要作用，中间焊球主要是热传导,5,热风炉的传热方式：热对流和热传导起主要作用 红外炉的传热方式：热辐射起主要作用,6.1 再流焊设备,6.1.2 再流焊炉的分类 （1）按再流

3、焊加热区域可分为两大类： 对PCB整体加热，分为箱式和流水式 对PCB局部加热,6,箱式,流水式,6.1 再流焊设备,2) 对PCB整体加热再流焊可分为： 热板再流焊、红外再流焊、热风再流焊、热风加红外再流焊、气相再流焊。 热板再流焊：主要用于陶瓷基板的再流焊 红外再流焊：加热温度不均匀，PCB板上的温差大，不利于焊接 热风再流焊：优点是温度均匀，焊接质量好。缺点是PCB上下温差不易控制、温度梯度不易控制，能源消耗大。目前是再流焊设备的首选。 热风加红外再流焊：既提高了焊接温度和加快了升温效率，又可以节省能源。 气相再流焊：温度控制准确；热转换效率高，可快速升温；无氧环境，PCB受热均匀，不受

4、元器件布局影响，焊接质量好。缺点是成本高，可能产生有毒气体等,7,6.1 再流焊设备,3) 对PCB局部加热再流焊可分为： 激光再流焊、光束再流焊 、聚焦红外再流焊、热气流再流焊 。 激光再流焊、光束再流焊:热量只发射在焊点上，不会损坏元器件和基板；焊接质量好，重复性高；单点焊接速度快。设备十分昂贵，用于特殊元器件的焊接。 热气流再流焊：需要针对不同尺寸焊点加工不同尺寸的喷嘴，焊接速度比较慢，用于返修或产品研制。 聚焦红外再流焊：适用于返修工作站,8,6.1 再流焊设备,6.1.3 热风再流焊炉的基本结构 是目前应用最广泛的再流焊炉，主要由炉体、上下加热源、PCB传输装置、空气循环装置、冷却装

5、置、排风装置、温度控制装置、废气回收装置以及计算机控制系统组成,9,6.1 再流焊设备,6.1.4 再流焊炉的主要技术指标 a 温度控制精度：应达到0.10.2； b 传输带横向温差：要求5以下,无铅要求2以下； c 温度曲线测试功能：如果设备无此配置，应外购温度曲线采集器； d 最高加热温度：一般为300350，如果考虑无铅焊料或金属基板，应选择350以上。 e 加热区数量和长度：加热区数量越多、加热区长度越长，越容易调整和控制温度曲线。 f 传送带宽度：应根据最大和最PCB尺寸确定,10,6.2 再流焊原理,6.2.1 从温度曲线分析再流焊的原理,11,6.2 再流焊原理,6.2.2再流焊

6、工艺特点 (1)有“再流动”与自定位效应 贴装元器件只是被焊膏临时固定在PCB上，焊接时，当焊膏达到熔融温度融化时，焊料还要“再流动”一次，此时元器件受熔融焊料表面张力的作用会发生位置移动。 如果焊盘设计正确，元器件端头与焊盘的可焊性良好，元器件的全部焊端或引脚与相应焊盘同时被熔融焊料润湿时，就会产生自定位或称为自校正效应（self alignment），即当元器件贴放位置有少量偏离时，在表面张力的作用下，能自动被拉回到近似目标位置,12,6.2 再流焊原理,对于不同的元器件，自定位效应的作用不同。 Chip SOJ、SOP、PLCC、QFP BGA、CSP,13,作用较大，贴装偏移能够通过再

7、流焊纠正,作用较大，贴装偏移能够通过再流焊纠正,作用较小，贴装偏移不能通过再流焊纠正,6.2 再流焊原理,2)每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的 再流焊工艺中，焊料是预先分配到印制板焊盘上的，每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的，因此再流焊质量与工艺的关系极大。特别是印刷焊膏和再流焊工序，严格控制这些关键工序就能避免或减少焊接缺陷的产生,14,6.3 再流焊工艺要求,1) 设置合理的温度曲线并定期做温度曲线的实时测试。 2) 要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。 3) 焊接过程中严防传送带震动。 4) 必须对首块印制板的焊接效果进行检查。 检查焊接是否充分、焊点表面是否光滑、焊点形状是否呈半月

8、状、锡球和残留物的情况、连焊和虚焊的情况。还要检查PCB表面颜色变化等情况。并根据检查结果调整温度曲线。 在整批生产过程中要定时检查焊接质量,15,6.3 再流焊工艺要求,再流焊质量要求,16,高质量 高直通率 高可靠（寿命保证,不提倡检查-返修或淘汰的-贯做法，更不容忍错误发生。 任何返修工作都可能给成品质量添加不稳定的因素。 返修工作都是具有破坏性的 特别是当前组装密度越来越高，组装难度越来越大,6.3 再流焊工艺要求,优良焊点举例,17,6.3 再流焊工艺要求,焊点缺陷举例,18,不润湿,焊膏熔化不完全,半润湿,焊料球,桥接,锡丝,焊点紊乱,裂纹,立碑,移位,6.4再流焊工艺流程,19,

9、焊接前准备,调整传送带宽度,首件表面组装板焊接并检验,6.4 再流焊工艺流程,6.4.1 再流焊温度和速度等工艺参数的设置 a 根据使用焊膏材料的温度曲线进行设置。应按照焊膏加工厂提供的温度曲线进行设置，主要控制各温区的升温速率、峰值温度和回流时间。 b 根据PCB板的材料（塑料、陶瓷、金属）、厚度、是否多层板、尺寸大小设定。 c 根据表面组装板搭载元器件的密度、元器件的大小以及有无BGA、CSP等特殊元器件进行设置,20,6.4 再流焊工艺流程,d 根据设备的具体情况，例如加热区长度、加热源材料、再流焊炉构造和热传导方式等因素进行设置。 e 根据温度传感器的实际位置来确定各温区的设置温度。

10、f 根据排风量的大小进行设置。 g 环境温度对炉温也有影响，特别是加热温区短、炉体宽度窄的再流焊炉，在炉子进出口处要避免对流风,21,6.4 再流焊工艺流程,6.4.2 实时温度曲线的测量 利用具有耐高温导线的热电耦或温度采集器，及温度曲线测试软件（ KIC ）进行测试,22,6.4 再流焊工艺流程,测试步骤 准备一块焊好的实际产品表面组装板。 至少选择三个以上测试点（一般有39个测试点） 选取能反映出表面组装板上高（热点）、中、低（冷点）有代表性的三个或多个温度测试点 三个或多个测温点应选择在PCB的同一个横截面不同元器件的焊点上 用高温胶带纸或高温焊料将三根热电耦的三个测试端固定在PCB的

11、温度测试点位置上，必须粘牢,23,6.4 再流焊工艺流程,将三根热电耦的另外一端插入机器温度曲线插孔内，或温度采集器的插孔内。 将被测的表面组装板置于再流焊机入口处的传送链/网带上，（如果是温度采集器，则将采集器与PCB一起放在传送导轨上，采集器与PCB之间稍留一些间距），然后启动测试程序。随着PCB的运行，在屏幕上画实时曲线。 当PCB运行过最后一个温区后，拉住热电耦线将表面组装板拽回，此时完成了一个测试过程。在屏幕上显示完整的温度曲线和峰值表。（如果使用采集器，则在再流焊炉出口处接出，然后通过计算机软件调出温度曲线,24,6.4 再流焊工艺流程,6.4.3 实时温度曲线的分析与调整 实时温

12、度曲线和焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致。 160前的升温速率控制在1 2/s。如果升温速度太快，一方面使元器件及PCB受热太快，易损坏元器件，易造成PCB变形。另一方面，焊膏中的熔剂挥发速度太快，容易溅出金属成份，产生焊锡球； 如预热温度太高、时间过长，容易使金属粉末氧化，影响焊接质量； 峰值温度一般设定在比合金熔点高3040左右，再流时间为6090s。峰值温度低或再流时间短，会使焊接不充分，不能生成一定厚度的金属间合金层，严重时会造成焊膏不熔。峰值温度过高或再流时间长，使金属间合金层过厚，也会影响焊点强度，甚至会损坏元器件和印制板,25,6.4 再流焊工艺流程,6.4.3 实时温

13、度曲线的分析与调整 测定实时温度曲线后应进行分析和调整优化，以获得最佳、最合理的温度曲线。 （1）根据焊接结果，结合实时温度曲线和焊膏温度曲线作比较。并作适当调整。 （2）调整温度曲线时应按照热容量最大、最难焊的元件为准。要使最难焊元件的焊点温度达到210以上。 （3）设置温度曲线应考虑所用设备的热耦测温系统精度 （4）考虑再流焊炉的热分布 （5）考虑传送带的速度 （6）风速、风量的设置,26,6.5 再流焊接质量控制,6.5.1影响再流焊质量的因素 (1) PCB焊盘设计 SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接的、十分重要的关系。 如果PCB焊盘设计正确，贴装时少量的歪斜可以在再流焊时，由于

14、熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正（称为自定位或自校正效应）； 如果PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置十分准确，再流焊后反而会出现元件位置偏移、吊桥等焊接缺陷,27,6.5 再流焊接质量控制,2)焊膏质量及焊膏的正确使用 焊膏质量 焊膏中，合金与助焊剂的配比、颗粒度及分布、金属粉末的含氧量、黏度、触变性等都会影响再流焊质量。 如果金属微粉含量高,再流焊升温时金属微粉随着溶剂、气体蒸发而飞溅； 颗粒过大，印刷时会影响焊膏的填充和脱膜； 如金属粉末的含氧量高，还会加剧飞溅，形成焊锡球，同时还会引起不润湿等缺陷； 另外，如果焊膏黏度过低或焊膏的保形性（触变性）不好，印刷后焊膏图形会塌陷，甚至造成粘连，

15、再流焊时也会形成焊锡球、桥接等焊接缺陷,28,6.5 再流焊接质量控制,焊膏使用不当 焊膏的正确使用与管理见第4章4.6.2节相关知识点。 例如焊膏需要提前从冰箱中取出，达到室温时才能搅拌后使用。为什么？ 如果从低温柜取出焊膏直接使用，由于焊膏的温度比室温低，产生水汽凝结，再流焊升温时，水汽蒸发带出金属粉末，在高温下水汽会使金属粉末氧化，飞溅形成焊锡球，还会产生润湿不良等问题,29,6.5 再流焊接质量控制,3)元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘质量 当元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮等情况下，再流焊时会产生润湿不良、虚焊，焊锡球、空洞等焊接缺陷。 解决措施： 措

16、施1： 采购控制 措施2：元器件、PCB、工艺材料的存放、保管、发放制度 措施3：元器件、PCB、材料等 过期控制,30,6.5 再流焊接质量控制,4) 焊膏印刷质量 (5) 贴装元器件 (6)再流焊温度曲线 (7)再流焊设备对焊接质量的影响 影响再流焊质量的主要参数有：温度控制精度、传送带横向温差、加热区长度、最高加热温度、传送带运行要平稳、应具备温度曲线测试功能,31,6.5 再流焊接质量控制,8)总结 再流焊质量与PCB焊盘设计、元器件可焊性、焊膏质量、印制电路板的加工质量、生产线设备、以及SMT每道工序的工艺参数、甚至与操作人员的操作都有密切的关系。 PCB设计、PCB加工质量、元器件和焊膏质量是保证再流焊质量的基础，因为这些问题在生产工艺中是很难甚至是无法解决的。 因此只要PCB设计正确，PCB、元器件和焊膏都是合格的，再流焊质量是可以通过印刷、贴装、再流焊每道工序的工艺来控制的,32,6.5 再流焊接质量控制,6.5.2 常见焊接缺陷分析与预防对策(P123-135,33,1) 焊膏熔化不完全 (2) 润湿不良 (3) 焊料量不足与虚焊 (4) 立碑和移位 (5) 焊点桥接