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1、回流焊接工艺要求大功率LED是一种节能环保的绿色照明器件，在日趋发展的当今社会中，人们越来越注 重生活环境的保护，绿色环保，节能减排，逐渐变为商家的竞争发展的目的和商业利益的源 头。LED较传统白炽灯泡省电超过80%，相较一般路灯也有省电30%50%的实证效果，在海 外，已有许多案例显示LED户外照明方案在23年内即可回收投资成本。但是在关于大功率LED光源的使用主要存在两个难题：第一，大功率LED的焊接制作方 案。第二，大功率LED的散热解决方案。在大功率LED的散热问题许多灯饰制作都有其设计 方案主要采取空气对流进行散热。问题主要集中在大功率LED的焊接方法。关于焊接现在主 要采用三种方法
2、进行焊接A.手工焊接B.恒温板加热焊接C.回流焊接在实际应用中手工焊 接和恒温板焊接使用所有大功率LED的封装，虽然焊接效率很低，人力制作成本较高，但是 焊接的大功率LED的工艺比较容易掌握，而且在后期的使用中问题点很少被大多数灯饰生产 制作而采用。回流焊接虽然效率高，制作快但是工艺制作要求高，技术难度大，而且本很多 生产厂家否定。回流焊接，什么是回流焊接？回流焊是英文 Reflow Soldring 的直译，是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏 装软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。回流焊又称“再流焊”或“再流焊机”（Reflow Machine
3、），它是通过提供一种加热 环境，使焊锡膏受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠地结合在一 起的设备。回流焊根据技术的发展分为：气相回流焊、红外回流焊、远红外回流焊、红外加热风 回流焊和全热风回流焊。另外根据焊接特殊的需要，含有充氮的回流焊炉。目前比较流行和 实用的大多是远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。根据形状可以分为台式回流焊炉和立式回流焊炉，简要介绍这两种。1、台式回流焊炉台式设备适合中小批量的PCB组装生产，性能稳定、价格经济（大约在4-8万人民币 之间），国内私营企业及部分国营单位用的较多。2、立式回流焊炉立式备型号较多，适合各种不同需求用户的PCB组装
4、生产。设备高中低档都有，性能 也相差较多，价格也高低不等（大约在8-80万人民币之间） 。国内研究所、外企、知名企 业用的较多。回流焊与波峰焊是对应的，都是将元器件焊接到PCB板材上，回流是对表面帖装器件 的，而对插接件使用波峰焊。回流焊的最简单的流程是丝印焊膏-贴片-回流焊，其核心是 丝印的准确，对贴片是由机器的PPM来定良率，回流焊是要控制温度上升和最高温度及下降 温度曲线(通常无铅的耐热讨论就是对这里来讲的)。回流焊是靠热气流对焊点的作用， 胶状的焊剂(锡膏)在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接；因为是气体在焊机内 循环流动产生高温达到焊接目的，所以叫“回流焊” 。而波峰焊是让
5、插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的，其高温液态锡保 持一个斜面，并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象，所以叫“波峰焊”。回流焊的焊接中原理当 PCB 进入升温区(干燥区)时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊 剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘、元器件端头和引脚与氧气 隔离一PCB进入保温区时，PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而 损坏PCB和元器件一当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对 PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点一PCB进入冷却 区，使焊点凝固。此
6、时完成了再流焊。回流焊技术在电子制造领域并不陌生，我们电脑内使用的各种板卡上的元件都是通过这 种工艺焊接到线路板上的，这种设备的内部有一个加热电路，将氮气加热到足够高的温度后 吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。这种工艺的优势是温度 易于控制，焊接过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。但是在对大功率 LED 的实际操作和相关的实验和很多生产厂家的技术主要集中在两 点，1。高温时间尽量短。2。不要快速降温。第一点很多人知道，但是第二点不是很多人会 注意到。快速降温，可能会使灯珠的胶体龟裂，甚至应力作用拉伤内部的金线。回流焊接是SMT生产过程中的关键工序，回流焊接工艺过
7、程直接影响电子产品， 因此，必须对回流焊接过程进行严格的控制。在设置和调整回流焊接工艺参数时，需要了解 回流焊接的各项工艺参数对回流焊接温度曲线的影响作用。本文主要研究回流焊炉工艺参数 对回流温度曲线关键指标的影响，为回流焊接工艺参数的设置和调整提供指导。1 简化加热模型分析 回流焊接的过程本质上是一个热量传递的过程，在这个过程中，影响因素众多，如果对每个 因素都进行精确的分析是非常复杂的，根据美国ACI研究院EMPF中心的研究结果，回流 焊接的加热模型可以简化为1：Tt-Ti=(Ts-Ti)(l-e-tRC) (1)式中：Tt-当时间为t时，PCB的温度；Ti-PCB的初始温度；Ts-加热环
8、境的温度；R-传热的热阻；C-PCB 的热容。其中，热阻R与回流焊炉的传热效率及PCB的结构特征有关,热容与PCB的材料特性有关。 通过这个简化的数学模型，可以很方便地对回流焊接加热过程中各因素的影响进行定性的分 析。2影响分析我们知道，加热区的温度设置、热风对流风扇的速度对于PCB的最终温度是有影响的，但 在回流焊接过程中，PCB不是在一个特定的温度下持续加热，而是在以一个恒定的速度通 过不同的温度的加热段，在这种情况下，PCB的运动速度对于PCB的最终温度也具有很大 的影响。我们可以对回流焊炉的三个主要工艺参数对回流温度曲线的关键指标的影响进行分 析。回流焊接工艺温度曲线 无论回流焊接设备
9、如何设计，有一条最基本的要求，那就是设备在焊接过程中。焊接 温度必须符合回流焊接工艺要求的温度曲线。回流焊接工艺要求的典型温度曲线该区域的目的是把室温的PCB尽快加热以达到第二个特定目标，在此过程中通常温度速 率为13C/s。需时2040C/S。 保温段：该过程是指温度从140C160C。主要目的是使PCB元件的温度趋于均匀，并保证焊 膏中的助焊剂得到充分予熔化。此阶段需要80150s 回流段此阶段主要目的是使焊膏快速熔化，并将元件焊接于PCB板上，在此阶段的回流不能过 长一般温度时向3050 s。温度升为3 C/s，峰值温度一般为210230C，峰值时间为 1020 s,不同焊膏它的熔点温度
10、不同，如63sn/37pb为183C，62sn/36pb/2 Ag 为 179 C。因此在设定参数时要考虑到焊膏的性能。 冷却段：在此阶段应该尽可能快的速度来进行降温冷却，这样将有助于得到明亮的焊点。冷却速 率为23C/s, 一般要求冷却至100C以下。焊接温度曲线达到焊接工艺曲线要求，从而确保产品质量要求。先进的显示技术，使得 回流焊接工艺曲线通过设备的液晶屏动态显示出来。根据不同的焊膏和PCB板情况可灵活修 改回流焊接工艺参数，最终焊接出高质量产品坡T.toTpftu airHEdm I活性区（临 界区）覩度曲規特点铅基焊料无留挥料平均片湿速度（Ts皿至Tp最高3QArt勢秒悝拯：塑低温度
11、（TsJ100C150 C恢撤：最琵百反（Ts）150C200Cli除：旳间他間至J60-120 秒60-180 枕诽持高于ifl反的旳间：迓晅（TJ183aC217C帯持高干龍度的*:闻：四国 代】60-150 补60-150 砂峰性方类温度（Tp215C260C在实肾埠血展tp 5C内的刃闻10-30 涉20-40 社降温这底EC/初Am zc/秒25C厅至LSfftifi度扔需刘呵童聲百号钟聂豹&分坤辻：所胃温度足指在封装总休I表面测野的温厦。回流焊接利用斜升式温度曲线缩短回流焊时间SIS 我们熟悉的回流焊温度曲线包括预热、浸润、回焊和冷却四个部分，工艺工程师们 对此早已耳熟能详并深信不
12、疑，但这些过程是不是都一定是必需的呢？本文作者在此提出一 种新思路，采用斜升式温度曲线取消浸润区，不仅能保持焊点的质量，还能显著缩短回流焊 时间。设定温度曲线就是确定PCB组件在回流焊过程中所必须经历的一个温度-时间关系，这 种关系由焊膏特性决定，如焊料合金成分、锡粉颗粒尺寸、金属含量以及焊膏中的化学成分 等。对具体装配组件而言，为达到所要求的温度曲线，回流焊炉各温区温度和传送速度的设 定还必须考虑产品的大小、表面形状复杂性及基板的热传导性能，同时也要考虑炉子能否提 供足够的热能。炉子的热传递效率及操作者经验则只会影响到达温度曲线前反复实验的次 数。时间(3-6HW)2回舞 拎恭针对某种使用的
13、焊膏其温度-时间 关系通常都由制造商提供，一般在产品 资料上可以找到。毕竟焊膏是制造商的 配方，他们知道什么样的温度曲线才能 使之充分回焊。装配组件能承受的最高温度是它上 面所有零件或材料耐温值的最低值，将 这个温度减去5C可作为产品的最易受 损温度T2(MVC)，回焊时温度不能超过 该值。组件上温度的最大梯度为MVC减 去合金熔化的液态温度T1,该温度也是 理想的润湿、回流焊或完全液化温度， 它一般比合金熔点高20 到 25C。既然回流焊的最高温度范围已经确定，那么也就能够定出产品允许的最大温度梯度 (T2-T1)。能否让温度曲线处在这个范围之内取决于产品的大小、表面形状复杂性、基板成 分及
14、所用炉子的热传递效率。理想的状态是希望温度梯度尽量小，同时峰值温度尽可能接近 T1,以缩短液态保持时间和产品在高温中的停留时间。按传统做法，回流焊温度曲线的设定就是要让液态保持时间最短，并与焊膏制造商要求 的温度-时间关系相符。液态保持时间太长会导致焊点内部合金过度生长，对焊点的长期可靠性造成影响，并使基板和元件性能下降。对于温升速率，很多业内人士采用每隔20秒取一点的方式进行量测，温升应在每秒4C 或更低。一个比较好的做法是使冷却速 率和加热速率一样或更低，以免对元件 造成热冲击，也即爬升的速度与下降的 一样。常见回流焊温度曲线如图1。前面 100 C左右的加热区是人们常说的预热 区，接下来
15、板子进入回焊前的浸润区， 温度基本保持不变(对Sn63/Pb37焊膏 而言约为150170C),最后，组件进 入温度高于熔点的回焊区，到达峰值温 度然后离开炉子加热区域。通过峰值温度以后，板子进入到冷却区。泰瑞达的工艺工程师Rob Rowland,他对温度曲线中大多数人认为理所当然的浸润区 提出了质疑，浸润区对获得良好焊点真的是不可缺少吗？回焊前的浸润区从热机械角度来看 有其重要性,它可使板子上温度较低的部分能够赶上温度较高的部分达到温度均衡,并降低 板子的温度梯度。自从红外线回流焊出现后，它就成为回流焊工艺的主流，在对PCB组装件加热时，红 外炉和对流/红外炉与汽相式传导焊接相比在传热能力上不是很够。因此焊膏制造商在设计 焊膏的配方时要适应这个停留时间，最初是用中等活性树脂(RMA)。不过那时，我们正处于回流焊技术大变革的前夕，热风对流(强制对流)炉已开始出现， 这种炉主要采用对流传热，比它们的前代产品热传递效率要高得多。所以我们都认为，除非 组装件非常非常大，需要浸润区来得到希望的温度梯度，否则为何一定要用这样的曲线模 式？为何不直接从预热区直接爬升到回焊区？如图2所示的温度曲线那样？如今各厂家已全面使用强制对流炉，再使用“升温-浸润-回焊”温度曲线就显得有点本末 倒置。很多人相信焊膏中的助
