回流焊的溫度曲線

回流焊-回流焊的溫度曲線通過對回流焊溫度曲線的分段描述，理解焊膏各成分在回流爐中不同階段所發(fā)生的變化，給出獲得最佳溫度曲線的一些基本數(shù)據，并分析不良溫度曲線可能造成的回流焊接缺陷。在SMT生產流程中，回流爐參數(shù)設置的好壞是影響焊接質量的關鍵，通過溫度曲線，可以為回流爐參數(shù)的設置提供準確的理論依據，在大多數(shù)情況下，溫度的分布受組裝電路板的特性、焊膏特性和所用回流爐能力的影響。為充分理解焊膏在回流焊接的不同階段會發(fā)生什么，產生的溫度分布對焊膏組成成分的影響，以下先介紹焊膏的組成成分及其特性，再介紹獲得溫度曲線的方法，然后對溫度曲線進行較為詳細的分段簡析，最后列表分析不良溫度曲線可能造成的回流焊接缺陷。冷卻段這一段焊膏中的鉛錫粉末已經熔化并充分潤濕被焊接表面，快速度地冷卻會得到明亮的焊點并有好的外形及低的接觸角度，緩慢冷卻會使板材溶于焊錫中，而生成灰暗和毛糙的焊點，并可能引起沾錫不良和減弱焊點結合力。回流焊接段這一段把電路板帶入鉛錫粉末熔點之上，讓鉛錫粉末微粒結合成一個錫球并讓被焊金屬表面充分潤濕。結合和潤濕是在助焊劑幫助下進行的，溫度越高助焊劑效率越高，粘度及表面張力則隨溫度的升高而下降，這促使焊錫更快地濕潤。但過高的溫度可能使板子承受熱損傷，并可能引起鉛錫粉末再氧化加速、焊膏殘留物燒焦、板子變色、元件失去功能等問題，而過低的溫度會使助焊劑效率低下，可能使鉛錫粉末處于非焊接狀態(tài)而增加生焊、虛焊發(fā)生的機率，因此應找到理想的峰值與時間的最佳結合，一般應使曲線的尖端區(qū)覆蓋面積最小。曲線的峰值一般為210°C—230°C，達到峰值溫度的持續(xù)時間為3-5秒，超過鉛錫合金熔點溫度183C的持續(xù)時間維持在20—30秒之間。⑶保溫段溶劑的沸點在125—150C之間，從保溫段開始溶劑將不斷蒸發(fā)，樹脂或松香在70—100C開始軟化和流動，一旦熔化，樹脂或松香能在被焊表面迅速擴散，溶解于其中的活性劑隨之流動并與鉛錫粉末的表面氧化物進行反應，以確保鉛錫粉末在焊接段熔焊時是清潔的。保溫段的更主要目的是保證電路板上的全部元件在進入焊接段之前達到相同的溫度，電路板上的元件吸熱能力通常有很大差別，有時需延長保溫周期，但是太長的保溫周期可能導致助焊劑的喪失，以致在熔焊區(qū)無法充分的結合與潤濕，減弱焊膏的上錫能力，太快的溫度上升速率會導致溶劑的快速氣化，可能引起吹孔、錫珠等缺陷，而過短的保溫周期又無法使活性劑充分發(fā)揮功效，也可能造成整個電路板預熱溫度的不平衡，從而導致不沾錫、焊后斷開、焊點空洞等缺陷，所以應根據電路板的設計情況及回流爐的對流加熱能力來決定保溫周期的長短及溫度值。一般保溫段的溫度在100—160C之間，上升的速率低于每秒2度，并在150C左右有一個0.5—1分鐘左右的平臺有助于把焊接段的尖端區(qū)域降低到最小。(4)預熱段該段的目的是把室溫的電路板盡快加熱，但快速的加熱不能快到板子或零件的損壞及導致助焊劑中溶劑的喪失，通常的加熱速率為1—3°C/秒。在實際生產中，并不能要求所選擇每一點的曲線均達到較為理想的情況，有時由于元件密度、所承受的最高溫度的不同及熱特性的具大差異或由于板材的不同及回流爐能力的限制，會導致有些點的溫度曲線無法滿足要求，這時必須綜合各元件對整個電路板功能的影響而選擇最為有利的回流參數(shù)?；亓骱?回流焊解決方案【系統(tǒng)概述】回流焊又稱“再流焊”或“再流焊機”或“回流爐”（ReflowOven），它是通過提供一種加熱環(huán)境，使焊錫膏受熱融化從而讓表面貼裝元器件和PCB焊盤通過焊錫膏合金可靠地結合在一起的設備。根據技術的發(fā)展分為：氣相回流焊、紅外回流焊、遠紅外回流焊、紅外加熱風回流焊和全熱風回流焊。另外根據焊接特殊的需要，含有充氮的回流焊爐。目前比較流行和實用的大多是遠紅外回流焊、紅外加熱風回流焊和全熱風回流焊。根據形狀可以分為臺式回流焊爐和立式回流焊爐，簡要介紹這兩種。1、臺式回流焊爐臺式設備適合中小批量的PCB組裝生產，性能穩(wěn)定、價格經濟（大約在4-8萬人民幣之間），國內私營企業(yè)及部分國營單位用的較多。2、立式回流焊爐立式備型號較多，適合各種不同需求用戶的PCB組裝生產。設備高中低檔都有，性能也相差較多，價格也高低不等（大約在8-80萬人民幣之間）。國內研究所、外企、知名企業(yè)用的較多。本回流焊解決方案是廣東某設備有限公司采用研祥“EVOC”工控機及其有關自動化板卡所組成IPC+SSR的氮氣保護無鉛EP系列熱風臺式回流焊機。該系統(tǒng)使用獨特的小循環(huán)設計，使每個溫區(qū)獨立熱風循環(huán)加熱。電腦分析資料庫,可存儲客戶所有的資料,并配有不同的溫度曲線圖,使溫度設定資料以供參考，可以實現(xiàn)全自動檢測功能，能自動檢測鏈條運作情況,及超高低溫聲光報警功能。經過測試該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，得到用戶的一致好評；該系統(tǒng)還可以應用于工業(yè)過程控制等領域。【系統(tǒng)構成】1、系統(tǒng)需要一個控制中心功能：?監(jiān)視整個回流焊工作機的工作情況。?進行常規(guī)的設置和控制操作。?執(zhí)行管理功能，負責全部工作部分的調度、分配、安排，使其良好運行。2、整個系統(tǒng)所完成的任務?進行常規(guī)或是預定的監(jiān)控功能；如：溫度檢測、調節(jié)與控制，傳輸速度、方向的檢測與控制等功能。?全自動檢測功能，能自動超高低溫聲光報警功能。

?直接快速的達到控制及分析功能。?系統(tǒng)采用雙面供溫技術，減?。?。8板彎曲變形現(xiàn)象，對溫度控制精度要求高。3、系統(tǒng)主要需求?開關量反饋的輸入通道（信號采集）?開關量的輸出通道（控制SSR）?串口輸出控制變頻器（控制傳輸帶的速度）?模擬量的輸出（控制熱風機、實現(xiàn)溫控）?模擬量的輸入（熱電偶信號輸入）【系統(tǒng)設計】為實現(xiàn)上述所有功能，并且希望得到整個控制系統(tǒng)的高可靠性、高穩(wěn)定性、強抗干擾能力的綜合效果，最終選擇了研祥公司“EVOC”工控機加自動化板卡，組成IPC+SSR系統(tǒng)，實現(xiàn)回流焊中所有溫度檢測與控制、機械傳輸方向與速度控制、溫度報警、N2濃度檢測等參數(shù)控制。整個系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖如下圖所示：系統(tǒng)結構圖【系統(tǒng)配置】名稱型號數(shù)量說明工控機FSC-1621VD/IPC-6114P4/IPC-8101系統(tǒng)控制中心采集卡PCL-836（A）1計數(shù)器用采集卡PCL-7261輸出模擬控制信號、信號I/O采集卡PCL-7341隔離DO控制SSR采集卡PCL-812PG2信號采集、A/D轉換與控制端子板PCLD-789D1熱電偶采集信號輸入【系統(tǒng)特點】?整個系統(tǒng)均采用研祥一家的工控設備，體現(xiàn)了很好的穩(wěn)定性和兼容性、可靠性、以及提高了整個系統(tǒng)的抗干擾性，使系統(tǒng)能夠良好運行。?系統(tǒng)對溫度控制采用進行全方位的動態(tài)恒溫儲能板裝置，減小溫區(qū)中的溫差效應；同時使用雙面供溫技術，可以減小并防止PCB板彎曲變形現(xiàn)象。?系統(tǒng)具有全自動檢測功能，能自動檢測鏈條運作情況，及超高低溫聲光報警功能。?系統(tǒng)采用進口N2流量計，通過數(shù)據采集與控制卡，可以保證精確對N2濃度的控制。?系統(tǒng)具有電腦分析資料庫，可存儲客戶所有的資料，并配有不同的溫度曲線圖。?該系統(tǒng)得到了成功應用，又是研祥產品在智能設備中成功應用的又一例?！鞠到y(tǒng)相關產品詳細介紹】1、FSC-1621VD嵌入式CPU卡FSC-1621VD采用Socket370主流架構，支持最新133MHzFSB的處理器，內置AGP顯示控制器，8MB獨立顯存支持3D/2D圖形加速;板上帶有ISA總線高驅動,最大驅動能力高達64mA，PCIIDE接口支持ATA-66；具有串口15000V靜電保護。FSC-1621VD是一款高性能的全長工業(yè)主板,配合EVOC多款工業(yè)機箱可廣泛應用于網絡、視頻、交通、銀行等各行業(yè)。產品規(guī)格：總線類型-PICMGPCI/ISA總線處理器-支持Socket370結構PPGACeleron/PIII系統(tǒng)芯片集-VIAPro133,支持66MHz/100MHz/133MHzFSB系統(tǒng)內存-168pinX2,最大512MB內存速度與CPUFSB可以不一致BIOS-最新AwardModularPnP6.0Ver6.0,VGA/AGP-SIS6326AGP2X3D/2D圖形加速控制器，8MB顯存ISA驅動-ISA總線高驅動，最大64mAPCIIDE-雙Ultra33/66IDE控制器連接四個IDE設備IDE控制器-擴展PromiseATA100IDERAID控制器，可支持ATA100冗余磁盤陣列USB-兩個USB多I/O接口-W83977I/O接口芯片，一個FDD接口、一個并口、二個RS-23215KV靜電保護、一個IrDA紅外接口、一個PS/2鍵盤和PS/2鼠標接口看門狗定時器-0?30秒，16級硬件監(jiān)測-WinbondW83782D系統(tǒng)狀態(tài)，監(jiān)測電壓、溫度、風扇速度固態(tài)盤接口-M-systemDiskOnChip電子盤電源-5V、12V，支持AT/ATX電源外形尺寸-338mmX122mm工作溫度-0~60C相對濕度-5%--90%，非凝結2、PCL—836(A)6通道計數(shù)器/定時器卡PCL-836(入)具有6個獨立的16計數(shù)器，數(shù)字濾波降低噪音，二進制或是BCD計數(shù)，可選擇中斷輸入通道，高達10MHz的輸入頻率；同時具有16個TTL兼容的數(shù)字量輸入與16個TTL兼容的數(shù)字量輸出通道；寄存器結構兼容Advantech的PCL-836。3、PCL-726高級6通道電壓/電流輸出卡PCL-726提供6通道的模擬量輸出，16通道數(shù)字量輸入和16通道數(shù)字量輸出，適用于IBM個人計算機和兼容機。它是為工業(yè)控制應用的惡劣環(huán)境中要求12位分辨率的模擬輸出而設計的。它設計緊湊，板上的元件都是SMT類型，提高了卡的可靠性和質量。4、PCL-734隔離數(shù)字量輸出卡PCL-734是32通道隔離數(shù)字量輸出卡，最高頻率10KHz，高驅動能力，1000VDC隔離電壓。寬輸出工作范圍5-40VDC。5、PCL-812PG加強型多功能數(shù)據采集卡產品特性：12位模擬輸入分辨率最高至100KHzA/D采樣速率16路單端雙極性輸入信號可編程選擇增益芯片帶彩樣/保持2個12位單片集成電路多通道模擬輸出16路數(shù)字輸入/輸出通道3個獨立的可編程16位遞減計數(shù)器3種A/D觸發(fā)模式：軟件觸發(fā)，可編程定時觸發(fā)和外部緩沖觸發(fā)DC-DC積分轉換器提供穩(wěn)定的模擬電源AT總線，帶9級IRQ37芯D型接口，緊湊型半長PCB6、PCLD-789D熱電偶輸入端子板PCLD-789D是一個螺絲終端/信號調整/通道多路選通板。它是為配合不同的EVOCA/D板，特別是熱電耦和底層應用而設計的數(shù)據采集附件。PCLD-789D提供DB-37和20芯扁平電纜接口，使你的A/D板不用另外數(shù)字輸出電纜來選擇通道，最多可接128通道.高性能的儀表放大器提供跳線可選增益1,10,50,100,200和1,000。板上預留位子給濾波器，衰減器和測量電流。所有模擬量輸入均提供方便的小型螺絲接口條接口。熱電耦測量可由PCLD-789D輕松處理。面板包括冷端檢測和補償電路,允許對熱電耦傳感器進行直接測量。所有類型的熱電耦可由軟件進行線性化處理?；亓骱?回流焊工藝發(fā)展沿革由于電子產品不斷小型化的需要，出現(xiàn)了片狀元件，傳統(tǒng)的焊接方法已不能適應需要。首先在混合集成電路組裝中采用了回流焊工藝，組裝焊接的元件多數(shù)為片狀電容、片狀電感，貼裝型晶體管及二極管等。隨著SMT整個技術發(fā)展日趨完善，多種貼片元件（SMC）和貼裝器件3皿）的出現(xiàn)，作為貼裝技術一部分的回流焊工藝技術及設備也得到相應的發(fā)展，其應用日趨廣泛，幾乎在所有電子產品領域都已得到應用，而回流焊技術，圍繞著設備的改進也經歷以下發(fā)展階段。熱板（Hot-plate）及推板式熱板傳導回流焊：這類回流焊爐依靠傳送帶或推板下的熱源加熱，通過熱傳導的方式加熱基板上的元件，用于采用陶瓷（Al2O3）基板厚膜電路的單面組裝，陶瓷基板上只有貼放在傳送帶上才能得到足夠的熱量，其結構簡單，價格便宜。我國的一些厚膜電路廠在80年代初曾引進過此類設備。紅外線輻射回流焊：此類回流焊爐也多為傳送帶式，但傳送帶僅起支托、傳送基板的作用，其加熱方式主要依紅外線熱源以輻射方式加熱，爐膛內的溫度比前一種方式均勻，網孔較大，適于對雙面組裝的基板進行回流焊接加熱。這類回流焊爐可以說是回流焊爐的基本型。在我國使用的很多，價格也比較便宜。紅外加熱風（Hotair）回流焊：這類回流焊爐是在IR爐的基礎上加上熱風使爐內溫度更均勻，單純使用紅外輻射加熱時，人們發(fā)現(xiàn)在同樣的加熱環(huán)境內，不同材料及顏色吸收熱量是不同的，即（1）式中Q值是不同的，因而引起的溫升AT也不同，例如IC等SMD的封裝是黑色的酚醛或環(huán)氧，而引線是白色的金屬，單純加熱時，引線的溫度低于其黑色的SMD本體。加上熱風后可使溫度更均勻，而克服吸熱差異及陰影不良情況，IRHotair的回流焊爐在國際上曾使用得很普遍。充氮（N2）回流焊：隨著組裝密度的提高，精細間距（Finepitch）組裝技術的出現(xiàn)，產生了充氮回流焊工藝和設備，改善了回流焊的質量和成品率，已成為回流焊的發(fā)展方向。氮氣回流焊有以下優(yōu)點：（1）防止減少氧化（2）提高焊接潤濕力，加快潤濕速度（3）減少錫球的產生，避免橋接，得到列好的焊接質量得到列好的焊接質量特別重要的是，可以使用更低活性助焊劑的錫膏，同時也能提高焊點的性能，減少基材的變色，但是它的缺點是成本明顯的增加，這個增加的成本隨氮氣的用量而增加，當你需要爐內達到1000ppm含氧量與50ppm含氧量，對氮氣的需求是有天壤之別的?，F(xiàn)在的錫膏制造廠商都在致力于開發(fā)在較高含氧量的氣氛中就能進行良好的焊接的免洗焊膏，這樣就可以減少氮氣的消耗。對于中回流焊中引入氮氣，必須進行成本收益分析，它的收益包括產品的良率，品質的改善，返工或維修費的降低等等，完整無誤的分析往往會揭示氮氣引入并沒有增加最終成本，相反，我們卻能從中收益。在目前所使用的大多數(shù)爐子都是強制熱風循環(huán)型的，在這種爐子中控制氮氣的消耗不是容易的事。有幾種方法來減少氮氣的消耗量，減少爐子進出口的開口面積，很重要的一點就是要用隔板，卷簾或類似的裝置來阻擋沒有用到的那部分進出口的空間，另外一種方式是利用熱的氮氣層比空氣輕且不易混合的原理，在設計爐的時候就使得加熱腔比進出口都高，這樣加熱腔內形成自然氮氣層，減少了氮氣的補償量并維護在要求的純度上。雙面回流焊雙面PCB已經相當普及，并在逐漸變得復那時起來，它得以如此普及，主要原因是它給設計者提供了極為良好的彈性空間，從而設計出更為小巧，緊湊的低成本的產品。到今天為止，雙面板一般都有通過回流焊接上面（元件面），然后通過波峰焊來焊接下面（引腳面）。目前的一個趨勢傾向于雙面回流焊，但是這個工藝制程仍存在一些問題。大板的底部元件可能會在第二次回流焊過程中掉落，或者底部焊接點的部分熔融而造成焊點的可靠性問題。已經發(fā)現(xiàn)有幾種方法來實現(xiàn)雙面回流焊：一種是用膠來粘住第一面元件，那當它被翻過來第二次進入回流焊時元件就會固定在位置上而不會掉落，這個方法很常用，但是需要額外的設備和操作步驟，也就增加了成本。第二種是應用不同熔點的焊錫合金，在做第一面是用較高熔點的合金而在做第二面時用低熔點的合金，這種方法的問題是低熔點合金選擇可能受到最終產品的工作溫度的限制，而高熔點的合金則勢必要提高回流焊的溫度，那就可能會對元件與PCB本身造成損傷。對于大多數(shù)元件，熔接點熔錫表面張力足夠抓住底部元件話形成高可靠性的焊點，元件重量與引腳面積之比是用來衡量是否能進行這種成功焊接一個標準，通常在設計時會使用30g/in2這個標準，第三種是在爐子低部吹冷風的方法，這樣可以維持PCB底部焊點溫度在第二次回流焊中低于熔點。但是潛在的問題是由于上下面溫差的產生，造成內應力產生，需要用有效的手段和過程來消除應力，提高可靠性。以上這些制程問題都不是很簡單的。但是它們正在被成功解決之中。勿容置疑，在未來的幾年，雙面板會斷續(xù)在數(shù)量上和復雜性性上有很大發(fā)展。通孔回流焊通孔回流焊有時也稱作分類元件回流焊，正在逐漸興起。它可以去除波峰焊環(huán)節(jié)，而成為PCB混裝技術中的一個工藝環(huán)節(jié)。一個最大的好處就是可以在發(fā)揮表面貼裝制造工藝的優(yōu)點的同時使用通孔插件來得到較好的機械聯(lián)接強度。對于較大尺寸的PCB板的平整度不能夠使所有表面貼裝元器件的引腳都能和焊盤接觸，同時，就算引腳和焊盤都能接觸上，它所提供的機械強度也往往是不夠大的，很容易在產品的使用中脫開而成為故障點。盡管通孔回流焊可發(fā)取得償還好處，但是在實際應用中仍有幾個缺點，錫膏量大，這樣會增加因助焊劑的揮了冷卻而產生對機器污染的程度，需要一個有效的助焊劑殘留清除裝置。另外一點是許多連接器并沒有設計成可以承受回流焊的溫度，早期基于直接紅外加熱的爐子已不能適用，這種爐子缺少有效的熱傳遞效率來處理一般表面貼裝元件與具有復雜幾何外觀的通孔連接器同在一塊PCB上的能力。只有大容量的具有高的熱傳遞的強制對流爐子，才有可能實現(xiàn)通孔回流，并且也得到實踐證明，剩下的問題就是如何保證通孔中的錫膏與元件腳有一個適當?shù)幕亓骱笢囟惹€。隨著工藝與元件的改進，通孔回流焊也會越來越多被應用。無鉛回流焊出于對環(huán)保的考慮，鉛在21世紀將會被嚴格限用。雖然電子工業(yè)中用鉛較極小，不到全部用量1%，但也屬于禁用之列，在未來的幾年中將會被逐步淘汰?，F(xiàn)在正在開發(fā)可靠而又經濟的無鉛焊料。目前開發(fā)出多種替代品一般都具有比錫鉛合金高40C左右的熔點溫度，這就意味著回流焊必須在更高的溫度下進行。氮氣保護可以部分消附除因溫度提高而增加的氧化和對PCB本身的損傷。不過工業(yè)界大概必須經這一個痛苦的學習期來解決所遇到的問題，工盡快應用該制程，時間已經所省不多，現(xiàn)在所使用的許多爐子被設計成高不超出3000C的作業(yè)溫度，對于無鉛焊料或非共溶點焊錫(用于BGA,雙面板等)來講，則需要更高的爐子溫度，這些新的制程通常要求回流區(qū)中的溫度達到3500C?4000C，爐子的設計必須更改以滿足這樣的要求，機器中的熱敏感部件必須被修改，或者要采取措施防止熱量向這些部件傳遞。連續(xù)柔性板回