讲课稿-再流焊工艺

再流焊工艺技术基础知识及其锡膏的应用reflowsoldering一、再流焊技术概述再流焊是表面组装技术的关键核心技术之一，再流焊又被称为：“回流焊”或“重熔群焊”，它是适应SMT而研制的一种新型的焊接方法，它适用于焊接全表面安装组件。焊接是SMT中最主要的工艺技术，焊接质量是SMA可靠性的关键，它直接影响电子装备的性能可靠性和经济利益，而焊接质量取决于所用的的焊接方法、焊接材料、焊接工艺技术和焊接设备。SMT中采用的焊接技术主要有波峰焊和再流焊。一般情况下，波峰焊用于混合组装方式，再流焊用于全变面组装方式。波峰焊与再流焊之间的基本区别在于热源与焊料供给方式不同。再流焊工艺概述在表面贴装的连接材料是焊料膏（又称为锡膏），通过印刷或者滴注等方法将锡膏涂敷在PCB的焊盘（连接盘）上，再用专用设备——贴片机在上面放置SMD，然后加热使得焊膏熔化，再次流动，从而实现连接。所以顾名思义叫：“回流焊”（又称为“回流焊”）。当在PCB上贴装好元器件后，将它通过自动传动运输装置，经过回流焊炉内而进行加热。一般使用的回流焊炉，多采用红外辐射加热和强制热风对流加热两种并用的加热方式。较先进的回流焊炉的加热箱部分，一般分为6个以上的单独控温室，这有利于回流焊温度曲线的再现性。，完成焊接加工。再流焊过程再流焊是表面组装技术的关键核心技术之一，再流焊又被称为：“回流焊”或“重熔群焊”，它是适应SMT而研制的一种新型的焊接方法，它适用于焊接全表面安装组件。再流焊设备再流焊技术的特点及技术演变元器件受到的热冲击小，但有时会给器件较大的热应力。仅在需要部位施放焊膏，能控制焊膏施放量，能避免桥接等缺陷的产生。熔融焊料的表面张力能够校正元器件的贴放位置的微小偏差。可以采用局部加热热源，从而在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接。焊料中一般不会混入不纯物。使用焊膏时，能正确的保持焊料的组成。热传导方式传导——热板、热丝再流焊、气相再流对流——热风、热气流再流焊辐射——激光、红外、光束再流焊实际情况下，所有传导方式都以不同的比例同时存在！第一代：热板式再流焊炉它是利用热板的传导热来加热的再流焊，是最早应用的再流焊方法。第二代：红外再流焊炉一般采用隧道加热炉，热源以红外线辐射为主，适用于流水线大批量生产。红外线有远红外线和近红外线两种，前者多用于预热，后者多用于再流加热。第三代：红外+热风再流焊炉对流传热的原理：是热能依靠媒介的运动而发生传递，在红外热风再流焊炉中，媒介是空气或氮气，对流传热的快慢取决于热风的的速度。通常风速控制在1.0~1.8m/s的范围之内。热风传热能起到热的均衡作用。在红外热风再流焊炉中，热量的传递是以辐射导热为主。再流焊温度曲线与温度区再流焊与波峰焊不同的是焊接时的助焊剂与焊料（焊膏）已预先涂敷在焊接部位,而再流焊设备只是向SMA提供一个加温的通道。所以再流焊过程中需要控制的参数只有一个，就是SMA表面温度随时间的变化，通常用一条“温度曲线”来表示（横坐标为时间，纵坐标为SMA的表面温度）。从焊点形成机理来看它是经过三个过程：预热、焊接、冷却，这三个过程有着不同的温度要求，所以我们可将焊接全过程分为三个温区：预热区、再流区和冷却区。焊接时PCB板面温度要高于焊料熔化温度约30~40℃。温度不正确会导致元件焊接质量差，甚至会损毁元件。升温区通常指由室温升到150℃左右的区域。在这个区域里，SMA平稳升温，焊膏中的部分溶剂开始挥发，元器件特别是IC器件缓缓升温，以适应以后的高温。升温过快，会导致元器件开裂、PCB变形、IC芯片损坏，同时焊膏中溶剂挥发太快，导致锡珠产生。通常升温速率控制在2℃/s以下为最佳。确定的具体原则是：˙预热结束时温度：140℃-160℃；˙预热时间：160-180S；˙升温的速率≤3℃/s；再流焊区在再流焊区的保温区，温度通常维持在150℃±10℃的区域。此时焊膏处于熔化前夕，焊膏中的挥发物进一步被除去，活化剂开始激活，并有效地去除焊接表面的氧化物。SMA表面温度受热风影响，不同大小、不同质地的元器件温度能保持均匀，板面温差达到最小值。保温区曲线形态是评估再流焊炉工艺性的一个窗口。保温时间一般为60~90s。SMA进入再流焊区的焊接区后迅速升温，并超出焊膏熔点约30~40℃，即板面温度瞬时达到215~225℃（峰值温度），处在峰值温度的时间为5~10s。在焊接区，焊膏很快融化，并迅速润湿焊盘。随着温度进一步升高，焊料表面张力降低，会爬至元器件引脚的一定高度，并形成一个“弯月面”。在焊接区，焊膏溶化后产生的表面张力能适度的校准由贴片过程中产生的元器件引脚偏移；同时也会由于焊盘设计不正确引起多种焊接缺陷，如立碑、桥连等。焊接区峰值温度：一般推荐为焊膏合金熔点温度加20℃-40℃，红外焊为210230℃；汽相焊为205-215℃；焊接时间：控制在1560s，最长不要超过90s，其中，处于225℃以上的时间小于10s，215℃以上的时间小于20s。冷却区SMA运行到冷却区后，焊点迅速降温，焊料凝固。焊点迅速冷却可使焊料晶格细化，提高结合强度，使焊点光亮，表面连续，呈“弯月面”。风冷和水冷。理想的冷却曲线与焊接区升温曲线呈镜面对称分布。降温速率大于10℃/S；冷却终止温度不大于75℃。无铅焊的工艺特点采用无铅焊料，焊接工艺上的改变对基板材料的性能影响方面焊料类别性能项目性能对比焊接工艺上改变对基板材料的性能影响SAC305Sn63-Pb371.熔点（mp）217℃183℃比有铅焊料提高了34℃。在回流焊方面至少提高25℃。波峰焊提高20℃，达到270℃2．液态经历时间（TAL）90秒60秒板材在TAL延长了30秒的情况下，在高温热冲击的时间拉长3．蘸锡时间2秒0.6秒使得焊接行程缓慢4.焊后降温速度为减少裂纹发生需要迅速降温:6℃/秒升温与降温的速率,可保持同步:3℃/秒无铅化的快速降温工艺,对板的尺寸稳定性、层间粘接性、平整度等都构成威胁图.JEITA提出的对回流焊中无铅化基板耐热性评价的指导性工艺条件要点（图中的实线是指在波峰焊方式下，图中的虚线是指在回流焊方式下）装载有表面贴装元器件的PCB，通过传送装置连续在再流焊炉内进行加热的过程中，其加热温度随着加热时间的延续分为四个阶段：（1）预热阶段；（2）温度保持阶段；（3）再次升温至峰值温度；（4）冷却。“快速升温，再长时间保持”的再流焊温度曲线，已得到了业界的广泛应用。表三个国际（或国家）机构所推荐的无铅化回流焊工艺温度曲线参数J-STD-020BIEC60068-2-58JEITA预热150-200℃/60-180s150—180℃/60-120s150—180℃/90-120s温度保持217℃/60-150s230℃/25±5s220℃/30-60s再升温至峰值230℃/25±5s230℃/25±5s230℃/25±5sIEC-国际电工委员会JEITA-日本电子信息技术产业协会二、再流焊的焊膏印刷工艺焊膏印刷是SMT生产中关键工序之一，其控制直接影响着组装板的质量。焊膏印刷1.锡膏②丝网漏印焊锡膏手动刮锡膏自动刮锡膏自动刮锡膏焊膏印刷的新技术锡膏喷印技术锡膏喷印技术是最近几年SMT设备领域中最具革命性的新技术。在最新推出的焊膏喷印机上，机器以每秒500点的速度在电路板的焊盘上滑动，喷印焊膏。锡膏通过一个螺旋杆进入到一个密封的压力舱，然后由一个压杆压出。由于无需网板，使它具备众多优点，极大地减少了生产转换和交货的时间。如同计算机的喷墨打印机一样。在生产过程中，你不必再调整刮刀压力、速度或其他的丝网印刷参数。因为程序完全由软件控制，你可以根据需要随时调整焊膏量，也可以控制每个元件或个别焊盘的焊膏量，而这在传统丝网印刷机中是无法实现的。封闭式印刷技术焊膏喷印技术印刷时的不良与对策不良照片原因对策焊锡不足（かすれ）・版上的焊膏量太少・印刷速度太快・焊膏的粘度过高・在版上投入适量的焊膏・调整印刷速度・调整焊膏的粘度焊锡过多・印圧太低・间隙太宽・调整印圧・调整间隙形状不良（角、欠缺）・焊膏过软・增粘比太低・调整焊膏的粘度・调整焊膏的增粘比渗出・印圧过高・间隙太宽・印刷速度太慢・焊膏的粘度过低・调整印圧・调整间隙・调整印刷速度・调整焊膏的粘度不良照片原因对策焊锡未溶融・加热不足、加热过剩・因经时变化，焊锡粉末氧化・焊锡量少・变更回流焊的条件・更换新焊膏・增加焊锡量焊锡少・焊膏塗布量少・印刷速度快・因经时变化粘度上升・调整印刷条件・更换新焊膏润湿不足・焊锡量少・材料电极的氧化・加热不足、过剩加热・对母材的润湿性差・增加焊锡量・防止材料的氧化・变更回流焊条件・变更适合母材的焊膏锡桥・焊锡量多・部品装载时的倒塌・焊膏的坍陷多・焊锡流动性差・减少焊锡量・变更基板的垫圈形状・调整装载压・减缓升温速度不良照片原因对策锡球・因经时变化，焊锡粉末氧化・加熱不足・焊膏的坍陷多・更换新焊膏・变更回流焊条件・减缓升温速度・减少焊锡量位置偏移・装载、搬送时的偏移・垫圈太大・润湿不均匀・温度分布不均一・提升装载精度・消除搬送时的振动・变更垫圈形状・减缓升温速度部品浮起・焊锡量不均匀・装载、搬送时的偏离・焊膏润湿性差・润湿不均匀・提升印刷、装载精度・消除搬送时的振动・更换适合母材的焊膏・减缓升温速度立碑・焊锡量不均匀・装载时的位置偏离・垫圈过大・润湿不均匀・提升印刷、装载精度・变更垫圈形状・减缓升温速度不良照片原因对策残渣中的泡・因焊膏的反应而产生气体・由基板产生的气体・回流焊温度高・变更基板的种类・防止材料吸湿・变更回流焊条件空洞・焊膏的反应气体・对母材的润湿性差・因助焊剂成份关系，气体较难释放・增加溶融时间・减缓升温速度・更换适合母材的焊膏・更换用空洞对策的焊膏气泡・焊膏的反应气体・因助焊剂成份关系，气体较难释放・焊锡表面氧化物多・增加溶融时间・变更回流焊条件・更换为气泡对策的焊膏ウィッキング・焊锡量太少・温度上升不均一（部品的温度先上升）・增加焊锡量・调整回流焊条件・变更加热方法38三.再流焊用焊膏的主要性能要求及种类焊膏产品概述焊膏(Solder）。它是由粉末状焊料合金、焊剂和一些起粘性作用及其他作用的添加剂混合制成具有一定粘度和良好触变性的焊料膏。简称焊膏(又叫锡膏）。锡膏的主要成分：成分焊料合金粉末助焊剂主要材料作用Sn/PbSn/Pb/Ag活化剂增粘剂溶剂摇溶性附加剂SMD与电路的连接松香，甘油硬脂酸脂盐酸，联氨，三乙醇酸金属表面的净化松香，松香脂，聚丁烯净化金属表面，与SMD保持粘性丙三醇，乙二醇对焊膏特性的适应性Castor石腊（腊乳化液）软膏基剂防离散，塌边等焊接不良40（1）合金焊粉颗粒焊膏颗粒的形状、表面氧化程度对焊膏性能影响很大。由于球形颗粒表面积小，氧化程度低，印刷性能良好，故广泛采用。球形颗粒的大小用目数来表示。目数的定义：每英寸长度（25.4mm）中网眼的数目。也可以直接用球径大小表示，单位为μm。焊膏主要性能要求41（2）焊膏粘度粘度是焊膏的一个重要指标，不同的涂布方法，使用不同粘度的焊膏。700Pa.s－1200Pa.s模板印刷：适合间距0.5mm400Pa.s－600Pa.s丝网印刷：适合间距1.27mm350Pa.s－450Pa.s分配器：适合间距1.27mm焊膏粘度测量按照IPC－SP－819进行。焊膏－25℃-5r/min42（3）焊膏的印刷性焊膏的印刷性是指焊膏多次从模板、分配器上顺利地漏印到PCB上的性能。焊膏的印刷性不好，会堵塞模板的孔眼，影响到整条生产线的生产。影响焊膏的印刷性的原因：a)焊膏中缺少阻印剂。b)焊膏用量不足。c)焊膏颗粒粗大，与开口不相匹配。（开口内装5个小球）d)球径分布不符合要求。80％合金粉在规定范围内。如何测试焊膏的印刷性：43（4）焊膏的黏结力焊膏的黏结力是保持元件在贴装后不位移的能力。（5）焊膏的塌陷度焊膏印刷到PCB后，经过一段时间高温后保持原来形状的程度。再流焊后出现的桥连、焊球现象与其有关。按有关标准进行，也可用已由模板试验。（6）焊球状态如果焊球氧化或