第四章第五節(jié)-再流焊技術(shù)

SMAIntroduceREFLOW(再流焊）一、再流焊的基本知識(shí)1、工作原理：利用外部熱源加熱，使焊料熔化而再次流動(dòng)浸潤(rùn)，完成電路板的焊接。2、特點(diǎn)：元件不直接浸漬在熔融焊料中，受到的熱沖擊小。在前道工序中控制焊料的施加量，減少了虛焊橋接等焊接缺陷，焊接一致性好，可靠性高。能自動(dòng)校正偏差，將元器件拉回到近似準(zhǔn)確的位置（熔融焊料表面張力產(chǎn)生自定位效應(yīng)）。焊料純度容易保證。（和波峰焊比）工藝簡(jiǎn)單，返修工作量小SMAIntroduceREFLOW(再流焊）3、再流焊設(shè)備簡(jiǎn)介分類:屬整體加熱的再流焊設(shè)備有汽相、紅外、紅外熱風(fēng)、熱板、熱風(fēng)等：屬局部加熱的再流焊設(shè)備有激光、聚焦紅外、光束機(jī)等。

注：局部加熱的再流焊設(shè)備主要是利用高能量進(jìn)行瞬時(shí)微細(xì)焊接。由于把熱量集中在焊接部位進(jìn)行局部加熱，對(duì)器件本身、PCB和相鄰影響很小，故常使用于對(duì)熱敏感性強(qiáng)的器件的焊接。因?yàn)榇祟愒O(shè)備造價(jià)較昂貴，焊接效率較低，但易形成高質(zhì)量的焊點(diǎn)，故常用于軍事和空間電子設(shè)備中的電路器件的焊接。

SMAIntroduceREFLOW(再流焊）汽相再流焊設(shè)備：主要有兩種形式：批量式和連續(xù)式。批量式熱沖擊較大，過氟化物蒸氣損失嚴(yán)重，推廣應(yīng)用困難。先進(jìn)的連續(xù)式汽相再流焊設(shè)備包括了預(yù)熱和強(qiáng)制對(duì)流冷卻環(huán)節(jié)，有效克服了的批量式汽相再流焊設(shè)備的缺點(diǎn)，使汽相再流焊獲得了新生。該類設(shè)備非常復(fù)雜，維修費(fèi)用較高，目前市場(chǎng)并不多見。熱板再流焊：是利用熱板的熱傳導(dǎo)加熱被焊件的一種方法，其特點(diǎn)是熱沖擊小，可快速冷卻，設(shè)備價(jià)格低謙，體積小，適用于小型單面印制板的表面組裝焊接及厚膜電路和金屬基板的組裝生產(chǎn)。由于不適合于大型基板的及雙面印制板的再流焊接，從而在一定程度上影響了該類設(shè)備的推廣使用。目前，市場(chǎng)上占較大份額的主要是以下三類再流焊設(shè)備：(1)紅外再流焊：曾在80年代作為主導(dǎo)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于SMT領(lǐng)域。缺點(diǎn)是加熱不均勻，對(duì)較大印制板其中心到邊緣位置可產(chǎn)生很大的溫度差異，同時(shí)易受器件位置分布的影響，不適用于要求較高的印制板的組裝焊接。SMAIntroduceREFLOW(再流焊）(2)強(qiáng)制對(duì)流熱風(fēng)再流焊：強(qiáng)制對(duì)流熱風(fēng)再流焊是一種通過對(duì)流噴射管嘴或者耐熱風(fēng)機(jī)來迫使氣流循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)被焊件加熱的焊接方法。該類設(shè)備自90年代開始興起，由于采用此種加熱方式，印制板和元器件的溫度接近給定的加熱溫區(qū)的氣體溫度，完全克服了紅外再流焊的溫差和遮蔽效應(yīng)，目前應(yīng)用較廣。在強(qiáng)制對(duì)流熱風(fēng)再流焊設(shè)備中，循環(huán)氣體的對(duì)流速度至關(guān)重要。為確保循環(huán)氣體作用于印制板的任一區(qū)域，氣流必須具有足夠快的速度。這在一定程度上易造成薄型印制板的抖動(dòng)和元器件的移位。此外，采用此種加熱方式就熱交換方式而言，效率較差，耗電較多。(3)紅外熱風(fēng)再流焊：這是一種將熱風(fēng)對(duì)流和遠(yuǎn)紅外加熱組合在一起的加熱方式。采用此種方式，有效結(jié)合了紅外再流焊和強(qiáng)制對(duì)流熱風(fēng)再流焊兩者的長(zhǎng)處，是目前較為理想的加熱方式。該類設(shè)備自90年代中期開始出現(xiàn)，由于它充分利用了紅外線輻射穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，熱效率高，節(jié)電，同時(shí)它又有效的克服了紅外再流焊的溫差和遮蔽效應(yīng)，彌補(bǔ)了熱風(fēng)再流焊對(duì)氣體流速要求過快而造成的影響，因此市場(chǎng)前景非常廣闊。SMAIntroduceREFLOWTemperatureTime(BGABottom)1-3℃/Sec200℃Peak225℃±5℃60-90Sec140-170℃

60-120Sec

PreheatDryoutReflowcooling回流焊過程中，焊膏需經(jīng)過以下幾個(gè)階段:溶劑揮發(fā)；焊劑清除焊件表面的氧化物；焊膏的熔融、再流動(dòng)以及焊料的冷卻、凝固。

二、基本工藝：SMAIntroduceREFLOW工藝曲線：Temperature1-3℃/Sec200℃Peak225℃±5℃60-90Sec140-170℃

60-120Sec

PreheatDryoutReflowcooling預(yù)熱區(qū)保溫區(qū)冷卻區(qū)再流焊區(qū)SMAIntroduceREFLOW工藝分區(qū)：（一）預(yù)熱區(qū)

目的：使PCB和元器件預(yù)熱，達(dá)到平衡，同時(shí)除去焊膏中的水份、溶劑，以防焊膏發(fā)生塌落和焊料飛濺。要保證升溫比較緩慢，升溫過快會(huì)造成對(duì)元器件的傷害（如會(huì)引起多層陶瓷電容器開裂）；同時(shí)還會(huì)造成焊料飛濺，在整個(gè)PCB的非焊接區(qū)域形成焊料球以及焊料不足的焊點(diǎn)。SMAIntroduceREFLOW目的：保證在達(dá)到再流溫度之前焊料能完全干燥，同時(shí)還起著焊劑活化的作用，清除元器件、焊盤、焊粉中的金屬氧化物。時(shí)間約60~120秒，根據(jù)焊料的性質(zhì)有所差異。工藝分區(qū)：（二）保溫區(qū)SMAIntroduceREFLOW目的：焊膏中的焊料開始熔化，再次呈流動(dòng)狀態(tài)，替代液態(tài)焊劑潤(rùn)濕焊盤和元器件，這種潤(rùn)濕作用使焊料進(jìn)一步擴(kuò)展，大多數(shù)焊料潤(rùn)濕時(shí)間為60~90秒。再流焊的溫度要高于焊膏的熔點(diǎn)溫度，一般要超過熔點(diǎn)溫度20度才能保證再流焊的質(zhì)量。有時(shí)也將該區(qū)域分為兩個(gè)區(qū)，即熔融區(qū)和再流區(qū)。（四）冷卻區(qū)

焊料隨溫度的降低而凝固，使元器件與焊料形成良好的電接觸，冷卻速度要求同預(yù)熱速度相同。（三）再流焊區(qū)工藝分區(qū)：SMAIntroduceREFLOW幾種焊接缺陷及其解決措施回流焊中的錫球

回流焊接中出的錫球，常常藏于矩形片式元件兩端之間的側(cè)面或細(xì)距引腳之間。在元件貼裝過程中，焊膏被置于片式元件的引腳與焊盤之間，隨著印制板穿過回流焊爐，焊膏熔化變成液體，如果與焊盤和器件引腳等潤(rùn)濕不良，液態(tài)焊錫會(huì)因收縮而使焊縫填充不充分，所有焊料顆粒不能聚合成一個(gè)焊點(diǎn)。部分液態(tài)焊錫會(huì)從焊縫流出，形成錫球。因此，焊錫與焊盤和器件引腳潤(rùn)濕性差是導(dǎo)致錫球形成的根本原因。

SMAIntroduce原因分析與控制方法以下主要分析與相關(guān)工藝有關(guān)的原因及解決措施：

a)回流溫度曲線設(shè)置不當(dāng)。焊膏的回流是溫度與時(shí)間的函數(shù)，如果未到達(dá)足夠的溫度或時(shí)間，焊膏就不會(huì)回流。預(yù)熱區(qū)溫度上升速度過快，達(dá)到平頂溫度的時(shí)間過短，使焊膏內(nèi)部的水分、溶劑未完全揮發(fā)出來，到達(dá)回流焊溫區(qū)時(shí)，引起水分、溶劑沸騰，濺出焊錫球。實(shí)踐證明，將預(yù)熱區(qū)溫度的上升速度控制在1～4°C/s是較理想的。

b)如果總在同一位置上出現(xiàn)焊球，就有必要檢查金屬模板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。模板開口尺寸腐蝕精度達(dá)不到要求，對(duì)于焊盤大小偏大，以及表面材質(zhì)較軟（如銅模板），造成漏印焊膏的外形輪廓不清晰，互相橋連，這種情況多出現(xiàn)在對(duì)細(xì)間距器件的焊盤漏印時(shí)，回流焊后必然造成引腳間大量錫珠的產(chǎn)生。因此，應(yīng)針對(duì)焊盤圖形的不同形狀和中心距，選擇適宜的模板材料及模板制作工藝來保證焊膏印刷質(zhì)量。

REFLOWSMAIntroducec)貼片至回流焊的時(shí)間過長(zhǎng)，因焊膏中焊料粒子的氧化，焊劑變質(zhì)、活性降低，會(huì)導(dǎo)致焊膏不回流，焊球則會(huì)產(chǎn)生。選用工作壽命長(zhǎng)一些的焊膏（至少4小時(shí)），則會(huì)減輕這種影響。

d)另外，焊膏印錯(cuò)的印制板清洗不充分，使焊膏殘留于印制板表面及通孔中。回流焊之前，被貼放的元器件重新對(duì)準(zhǔn)、貼放，使漏印焊膏變形。這些也是造成焊球的原因。因此應(yīng)加強(qiáng)操作者和工藝人員在生產(chǎn)過程的責(zé)任心，嚴(yán)格遵照工藝要求和操作規(guī)程行生產(chǎn)，加強(qiáng)工藝過程的質(zhì)量控制。

REFLOWSMAIntroduceREFLOW立片問題（曼哈頓現(xiàn)象）矩形片式元件的一端焊接在焊盤上，而另一端則翹立，這種現(xiàn)象就稱為曼哈頓現(xiàn)象。引起該種現(xiàn)象主要原因是元件兩端受熱不均勻，焊膏熔化有先后所致。

SMAIntroduceREFLOW如何造成元件兩端熱不均勻：a)有缺陷的元件排列方向設(shè)計(jì)。當(dāng)片式矩形元件的一個(gè)端頭先通過再流焊限線，焊膏先熔化，完全浸潤(rùn)元件的金屬表面，具有液態(tài)表面張力;而另一端未達(dá)到液相溫度，焊膏未熔化，只有焊劑的粘接力，該力遠(yuǎn)小于再流焊焊膏的表面張力，因而，使未熔化端的元件端頭向上直立。因此，保持元件兩端同時(shí)進(jìn)入再流焊限線，使兩端焊盤上的焊膏同時(shí)熔化，形成均衡的液態(tài)表面張力，保持元件位置不變。

SMAIntroduce在進(jìn)行汽相焊接時(shí)印制電路組件預(yù)熱不充分。汽相焊是利用惰性液體蒸汽冷凝在元件引腳和PCB焊盤上時(shí)，釋放出熱量而熔化焊膏。汽相焊分平衡區(qū)和飽和蒸汽區(qū)，在飽和蒸汽區(qū)焊接溫度高達(dá)217°C，在生產(chǎn)過程中我們發(fā)現(xiàn)，如果被焊組件預(yù)熱不充分，經(jīng)受一百多度的溫差變化，汽相焊的汽化力容易將小于1206封裝尺寸的片式元件浮起，從而產(chǎn)生立片現(xiàn)象。c)焊盤設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響。

若片式元件的一對(duì)焊盤大小不同或不對(duì)稱，也會(huì)引起漏印的焊膏量不一致，小焊盤對(duì)溫度響應(yīng)快，其上的焊膏易熔化，大焊盤則相反，所以，當(dāng)小焊盤上的焊膏熔化后，在焊膏表面張力作用下，將元件拉直豎起。焊盤的寬度或間隙過大，也都可能出現(xiàn)立片現(xiàn)象。嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行焊盤設(shè)計(jì)是解決該缺陷的先決條件。

REFLOWSMAIntroduceREFLOW細(xì)間距引腳橋接問題導(dǎo)致細(xì)間距元器件引腳橋接缺陷的主要因素有：

a)

漏印的焊膏成型不佳；

b)

印制板上有缺陷的細(xì)間距引線制作；

c)

不恰當(dāng)?shù)幕亓骱笢囟惹€設(shè)置等。因而，應(yīng)從模板的制作、絲印工藝、回流焊工藝等關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制入手，盡可能避免橋接隱患。

SMAIntroduce回流焊接缺陷分析:REFLOW1.吹孔BLOWHOLES焊點(diǎn)中（SOLDERJOINT）所出現(xiàn)的孔洞，大的稱為吹孔，小的叫做針孔，皆由膏體中的溶劑或水分快速氧化所致。調(diào)整預(yù)熱溫度，以趕走過多的溶劑。調(diào)整錫膏粘度。提高錫膏中金屬含量百分比。問題及原因?qū)Σ?.空洞

VOIDS是指焊點(diǎn)中的氧體在硬化前未及時(shí)逸出所致，將使得焊點(diǎn)的強(qiáng)度不足，將衍生而致破裂。調(diào)整預(yù)熱使盡量趕走錫膏中的氧體。增加錫膏的粘度。增加錫膏中金屬含量百分比。SMAIntroduce回流焊接缺陷分析:REFLOW問題及原因?qū)Σ?.元件移位及偏斜MOVEMENTANDMISALIGNNENT造成元件焊后移位的原因可能有：錫膏印不準(zhǔn)、厚度不均、零件放置不當(dāng)、熱傳不均、焊墊或接腳的可焊性不良，助焊劑活性不足，情況較嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)纬闪⒈纫暂p的小零件為甚。改進(jìn)零件的精確度。改進(jìn)零件放置的精確度。調(diào)整預(yù)熱及熔焊的參數(shù)。改進(jìn)元件或板子的可焊性。增強(qiáng)錫膏中助焊劑的活性。SMAIntroduce回流焊接缺陷分析:REFLOW問題及原因?qū)Σ?.縮錫DEWETTING零件腳或焊盤可焊性不佳。5.焊點(diǎn)灰暗DULLJINT可能有金屬雜質(zhì)污染或給錫成份不在共熔點(diǎn)，或冷卻太慢，使得表面不亮。6.不沾錫NON-WETTING管腳或焊盤可焊性太差，或助焊劑活性不足，或熱量不足所致。改進(jìn)電路板及元件的可焊性。增強(qiáng)錫膏中助焊劑的活性。防止焊后裝配板在冷卻中發(fā)生震動(dòng)。焊后加速板子的冷卻率。提高熔焊溫度。改進(jìn)元件及板子的可焊性。增加助焊劑的活性。