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1、1,回流焊接工艺,2,锡膏,回流焊曲线,炉后不良,3,标准SMT工艺流程图,4,第一节：锡膏,5,良好焊锡由什么组成?,焊锡是一种合金,由流动性的媒介物助焊剂和悬浮的金属颗粒组成,它是用来作为通过机械,热力,电力的方法焊接元件和PCB的媒质. 焊点的可靠性决定于助焊剂残余物,焊接时间,受热不均,等等.,6,锡浆是一种混合物,由助焊剂(Flux ,催化剂,溶剂,添加剂 )和焊锡粉末组成.,- Flux Type/助焊剂类型 - Alloy Type/合金类型 - Metal Load/金属添加 - Mesh Size/网孔尺寸 - Packaging/包装方式 - Viscosity/粘度,锡浆
2、,锡浆规格:,7,锡浆描述,合金类型-根据操作温度,例如:Sn63 Pb37网孔尺寸-根据应用粒径尺寸,例如: -325/+500用于20mils QFP. 助焊剂-根据标准,例如探测器可实验性,例如NC-SMQ 92J. 金属添加-根据助焊剂类型和应用方法. 包装方法-广口瓶/注射器/药筒,8,三种基本锡浆助焊剂类型,RMA（中等活性松香助焊剂）-松香基的助焊剂系列需要溶剂清除残留物（一些RMA被视为非清洁型助焊剂）NC（非清洁型助焊剂）-残留物是不会产生不良影响的，在回流后不清除 WMA（水溶性中等活性助焊剂）-在清水中可将殘留物洗干净.,9,在焊接中助焊剂的功能,清除基底表面氧化物，同时
3、焊锡粉末在回流过程中阻碍氧化。 降低锡浆表面张力以便形成更有效的焊点。,10,助焊剂载体化学性质,松香-人工改良的/人工合成的松香 - act as oxidation barrier/阻碍氧化 tacky and viscous/带有粘性溶剂-溶解的化学物质/成分- 在预热过程中蒸发- 控制粘度及流动性 催化剂-在回流过程中的清洁剂- 溶解脱离金属表面的氧化物&提高焊接效果 添加剂-控制粘度及锡浆稳定性,11,焊锡粉末尺寸网孔,网孔的数目确定了钢网每英寸金属线的数目。 例如，一张200网孔的钢网每英寸有200线。每条线的 直径为52微米，每个开口的宽度为75微米。因而，钢 网允许75微米或者
4、更小的微粒通过。注意：线的直径 随着网孔的改变而改变。,12,颗粒尺寸分类列子,13,锡粉的筛选,14,焊锡粉末网孔尺寸,15,锡粉, 一致的合金成分 颗粒的尺寸 颗粒的形态 无氧化物,16,丝印之前的锡浆处理,可以用将近4小时令锡浆温度达到室温（25摄氏度） 避免迅速升温 不要用加热的方法来加速熔化。 在广口瓶上用标签标上开封日期和时间。,17,第二节：回流焊曲线,18,学习回流焊曲线之前先来了解下回流焊设备,回流焊的概述电子产品的焊接主要经历了四个阶段，即从手焊 ，到 焊槽浸焊 ，发展到 波峰焊，到现在的回流焊。它的变化反映出焊接工艺随着电子元件的封装的进步向自动化、精密化、规模化的发展方
5、向。,19,根据加热方式的不同，回流焊分为不同的种类,1.1 热板回流焊,热板回流焊2是应用最早的回流焊接方法。其工作原理见图1、发热器件为加热板，放置在传送带下。传送带由导热良好的材料制成。热量从加热板传到传送带，再到PCB，再到锡膏和SMD。适合于高纯度氧化铝基板、陶瓷基板等导热性好的单面贴装形式。普通覆铜板由于其导热性较差，不适合热板回流焊。,20,1.2 汽相回流焊,汽相回流焊1，有时也称凝结式焊接法。是70年代早期在美国开始使用的。它是通过加热一种叫做“FLUOROINERT”（惰性氟化物）的液体，使它变为蒸汽后，然后凝结在PCB上。通过凝结放热，把锡膏在短时间内吸热而融化，从而完成
6、元件的回流焊接。冷凝后的液体从新循环加热使用 。,21,1.3 红外（IR）回流焊,80年代初，红外（IR）回流焊因使用灵活，成本低的优势开始逐渐普及。红外回流焊是通过红外线石英管进行辐射加热，以传送带方式运行的炉式焊接方法。整个加热炉分为几段温区分别进行温度控制。,22,优点：1 使用方便，温度易于控制。2 成本低，适合于流水线大批量生产。 缺点：1 红外线吸收效应的影响。元件和PCB板会因表面颜色的深 浅，材料的差异以及距离热源的远近，对红外线的吸收不同，因此造成元件均热效果不同。2 “阴影”效应。体积大的元件会对体积小的元件造成“阴影”， 而它使小元件吸热不足。,23,1.4 热风回流焊
7、,从80年代中期开始，热风回流焊因其在多方面的优点逐渐成为回流焊中的主流方法，并一直延续到今天3。热风回流焊的原理是通过加热空气或氮气，把热风打到待加热的PCB上，PCB从加热炉的一端通过传送带进入炉子，并在预定的炉温控制下慢慢升温，直到把预先印制的焊膏融化，完成回流焊并经过冷却后，再从炉子中出来这么一个过程。,24,热风回流焊的设备结构,热风回流焊炉总体结构主要分为加热区，冷却区，炉内气体循环装置，废气排放装置以及PCB传送等五大主体部分。,炉体分为上下两个密封箱体，中间为传送带。部分炉体的长短主要根据加热区和冷却区的多少而不同，目前的回流炉的加热区有410个区不等，冷却区有12个区不等，也
8、有的炉不带冷却区，让PCB板出炉后在空气中自然冷却。每个温区的温度可编程设定，一般可设温度范围从室温到275度左右（视厂家设定），回流焊炉另一个重要的区别在于它是否具备进行充氮气焊接的能力，或是只能在空气环境下焊接。用户一般可根据自己的用途来选择炉体的长短和炉子的气体环境要求。,25,26,27,了解回流焊就必须从焊锡膏的作用原理和焊接过程中发生的物理化学变化入手。锡膏的成分主要锡铅合金的粉末和助焊剂混合而成。前面也介绍了一下锡膏。在受热的条件下，融化的焊锡材料中的锡原子和焊盘或焊接元件（主要成分是铜原子）的接触界面原子相互扩散，形成金属间化合物（IMC），首先形成的Cu6Sn5，称n-pha
9、se，它是形成焊接力的关键连接层， 只有形成了 n-phase，才表示有真正的可靠焊接。随着时间的推移，在n-phase和铜层之间中会继续生成Cu3Sn，称为-phase（状态），它将减弱焊接力量和减低长期可靠性。在焊点剖面的金相图中，可以清楚地看到这个结构。 （见图10）,28,当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段 首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢(大约每秒2-3C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上升太快，会造成断裂。 2. 助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会发生同样的
10、清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。,理解锡膏的回流过程,29,理解锡膏的回流过程,当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点。 这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil，则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。,30,5. 冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以太快而引起元件内部的温度应力。,理解锡膏
11、的回流过程,31,32,Profile 的认识,要得到好的回流焊接效果必须有一个好的回流温度曲线（Profile）。那么什么是一个好的回流曲线呢？一个好的回流曲线应该是对所要焊接的PCB板上的各种表面贴装元件都能够达到良好的焊接，且焊点不仅具有良好的外观品质而且有良好的内在品质的温度曲线。,33,怎样设定锡膏回流温度曲线,理想的曲线由四个部分或区间组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。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。,34,预热区，也叫斜坡区，预热阶段的目的是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发走。锡膏中助焊剂的主要成分包括松香，活性剂，黏度
12、改善剂，和溶剂。溶剂的作用主要作为松香的载体和保证锡膏的储藏时间。预热阶段需把过多的溶剂挥发掉，但是一定要控制升温斜率，太高的升温速度会造成元件的热应力冲击，损伤元件或减低元件性能和寿命，后者带来的危害更大，因为产品已流到了客户手里。另一个原因是太高的升温速度会造成锡膏的塌陷，引起短路的危险，尤其对助焊剂含量较高（达10%）的锡膏 恒温区，有时叫做干燥或浸湿区/活性区，均热阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议和PCB板热容的大小。因为均热 阶段有两个作用，一个是使整个PCB板都能达到均匀的温度（175左右），均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击，以及其它焊接缺陷如元件翘起，某些大体积元
13、件冷焊等。均热阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应，增大焊件表面润湿性能（及表面能），使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。,35,由于均热段的重要性，因此均热时间和温度必须很好地控制，既要保证助焊剂能很好地清洁焊面，又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉。助焊剂要保留到回流焊阶段是必需的，它能促进焊锡润湿过程和防止焊接表面的再氧化。尤其是目前使用低残留，免清洗（no-clean）的焊锡膏技术越来越多的情况下，焊膏的活性不是很强，且回流焊接的也多为空气回流焊，更应注意不能在均热阶段把助焊剂消耗光。 回流区，有时叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温
14、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。典型的有铅的峰值温度范围是205230C，无铅一般在230250c.这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒25C，或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损，并损害元件的完整性。回流区的最高温度是由PCB板上的温度敏感元件的耐温能力决定的。 冷却区，理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。越是靠近这种镜像关系，焊点达到固态的结构越紧密，得到焊接点的质量越高，结合完整性越好。,36,作温度曲线的第一个考虑参数是传输带的速度设定，该设定将决定PCB在加热通道所花的时间。典
15、型的锡膏制造厂参数要求34分钟的加热曲线，用总的加热通道长度除以总的加热感温时间，即为准确的传输带速度，例如，当锡膏要求四分钟的加热时间，使用六英尺加热通道长度，计算为：6 英尺 4 分钟 = 每分钟 1.5 英尺。 接下来必须决定各个区的温度设定，重要的是要了解实际的区间温度不一定就是该区的显示温度。显示温度只是代表区内热敏电偶的温度，如果热电偶越靠近加热源，显示的温度将相对比区间温度较高，热电偶越靠近PCB的直接通道，显示的温度将越能反应区间温度。 回流曲线的设定，与要焊接的PCB板的特性也有重要关系。板子的厚薄，元件的大小，元件周围有无大的吸热部件，如金属屏蔽材料，大面积的地线焊盘等，都
16、对板子的温度变化有影响。,37,图形曲线的形状必须和所希望的相比较，如果形状不协调，则同下面的图形进行比较。选择与实际图形形状最相协调的曲线。,38,39,40,41,许多旧式的炉倾向于以不同速率来加热一个装配上的不同零件，取决于回流焊接的零件和线路板层的颜色和质地。一个装配上的某些区域可以达到比其它区域高得多的温度，这个温度变化叫做装配的 T（温度差）。如果 T大，装配的有些区域可能吸收过多热量，而另一些区域则热量不够。这可能引起许多焊接缺陷，包括焊锡球、不熔湿、损坏元件、空洞和烧焦的残留物。,42,为什么和什么时候保温(why and when)保温区的唯一目的是减少或消除大的 T。保温应该在装配达到焊锡回流温度之前，把装配上所有零件的温度达到均衡，使得所有的零件同时回流。由于保温区是没有必要的，因此温度曲线可以改成线性的升温-到-回流(RTS)的回流温度曲线。 应该注意到，保温区一般是不需要用来激化锡膏中的助焊剂化学成分。当使用线性的RTS温度曲线时，大多数锡膏的化学成分都显示充分的湿润活性。事实上，使用 RTS温度曲线一般都会改善湿润。,
