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回流焊技术资料

回流焊的种类

发布时间:2015-04-01  新闻来源:

回流焊的种类

红外加热风(Hot air)回流焊: 

    这类回流焊炉是在IR炉的基础上加上热风使炉内温度更均匀,单使用红外辐射加热时,人们发现在同样的加热环境内,不同材料及颜色吸收热量是不同的,即(1)式中Q值是不同的,因而引起的温升ΔT也不同,例如IC等SMD的封装是黑色的酚醛或环氧,而引线是白色的金属,单加热时,引线的温度低于其黑色的SMD本体。加上热风后可使温度更均匀,而克服吸热差异及阴影不良情况,IR + Hot air的回流焊炉在际上曾使用得很普遍

充氮(N2)回流焊: 

随着组装密度的提高,精细间距(Fine pitch)组装技术的出现,产生了充氮回流焊工艺和设备,改善了回流焊的质量和成品率,已成为回流焊的发展方向。氮气回流焊有以下优点:   

(1) 防止减少氧化  

(2) 提高焊接润湿力,加快润湿速度  

(3) 减少锡球的产生,避免桥接,得到列好的焊接质量  

    得到列好的焊接质量特别重要的是,可以使用更低活性助焊剂的锡膏,同时也能提高焊点的性能,减少基材的变色,但是它的缺点是成本明显的增加,这个增加的成本随氮气的用量而增加,当你需要炉内达到1000ppm含氧量与50ppm含氧量,对氮气的需求是有天壤别的。现在的锡膏制造厂商都在致力于开发在较高含氧量的气氛中就能进行良好的焊接的免洗焊膏,这样就可以减少氮气的消耗。  

     对于中回流焊中引入氮气,必须进行成本收益分析,它的收益包括产品的良率,品质的改善,返工或维修费的降低等等,完整误的分析往往会揭示氮气引入并没有增加终成本,相反,我们却能从中收益。  

在目前所使用的大多数炉子都是强制热风循环型的,在这种炉子中控制氮气的消耗不是容易的事。有几种方法来减少氮气的消耗量,减少炉子进出口的开口面积,很重要的点就是要用隔板,卷帘或类似的装置来阻挡没有用到的那部分进出口的空间,另外种方式是利用热的氮气层比空气轻且不易混合的原理,在设计炉的时候就使得加热腔比进出口都高,这样加热腔内形成自然氮气层,减少了氮气的补偿量并维护在要求的度上。

 

 双面回流焊 

    双面PCB已经相当普及,并在逐渐变得复那时起来,它得以如此普及,主要原因是它给设计者提供了为良好的弹性空间,从而设计出更为小巧,紧凑的低成本的产品。到今天为止,双面板般都有通过回流焊接上面(元件面),然后通过波峰焊来焊接下面(引脚面)。目前的个趋势倾向于双面回流焊,但是这个工艺制程仍存在些问题。大板的底部元件可能会在第二次回流焊过程中掉落,或者底部焊接点的部分熔融而造成焊点的可靠性问题。  

已经发现有几种方法来实现双面回流焊:种是用胶来粘住第面元件,那当它被翻过来第二次进入回流焊时元件就会固定在位置上而不会掉落,这个方法很常用,但是需要额外的设备和操作步骤,也就增加了成本。第二种是应用不同熔点的焊锡合金,在做第面是用较高熔点的合金而在做第二面时用低熔点的合金,这种方法的问题是低熔点合金选择可能受到终产品的工作温度的限制,而高熔点的合金则势必要提高回流焊的温度,那就可能会对元件与PCB本身造成损伤。对于大多数元件,熔接点熔锡表面张力足够抓住底部元件话形成高可靠性的焊点,元件重量与引脚面积比是用来衡量是否能进行这种成功焊接个标准,通常在设计时会使用30g/in2这个标准,第三种是在炉子低部吹冷风的方法,这样可以维持PCB底部焊点温度在第二次回流焊中低于熔点。但是潜在的问题是由于上下面温差的产生,造成内应力产生,需要用有效的手段和过程来消除应力,提高可靠性。

  

    以上这些制程问题都不是很简单的。但是它们正在被成功解决中。勿容置疑,在未来的几年,双面板会断续在数量上和复杂性性上有很大发展。

通孔回流焊 

    通孔回流焊有时也称作分类元件回流焊,正在逐渐兴起。它可以去除波峰焊环节,而成为PCB混装技术中的个工艺环节。个大的好处就是可以在发挥表面贴装制造工艺的优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械联接强度。对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚都能和焊盘接触,同时,就算引脚和焊盘都能接触上,它所提供的机械强度也往往是不够大的,很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。  

    尽管通孔回流焊可发取得偿还好处,但是在实际应用中仍有几个缺点,锡膏量大,这样会增加因助焊剂的挥了冷却而产生对机器污染的程度,需要个有效的助焊剂残留清除装置。另外点是许多连接器并 没有设计成可以承受回流焊的温度,早期基于直接红外加热的炉子已不能适用,这种炉子缺少有效的热传递效率来处理般表面贴装元件与具有复杂几何外观的通孔连接器同在块PCB上的能力。只有大容量的具有高的热传递的强制对流炉子,才有可能实现通孔回流,并且也得到实践证明,剩下的问题就是如何保证通孔中的锡膏与元件脚有个适当的回流焊温度曲线。随着工艺与元件的改进,通孔回流焊也会越来越多被应用。  影响回流焊工艺的因素很多,也很复杂,需要工艺人员在生产中不断研究探讨,将从多个方面来进行探讨。   

 1、 温度曲线的建立  

    温度曲线是指SMA通过回流炉时,SMA上某点的温度随时间变化的曲线。温度曲线提供了种直观的方法,来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得佳的可焊性,避免由于超温而对元件造成损坏,以及保证焊接质量都非常有用。温度曲线采用炉温测试仪来测试,目前市面上有很多种炉温测试仪供使用者选择。 

2、 预热段  

    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,但升温速率要控制在适当范围以内,如果过快,会产生热冲击,电路板和元件都可能受损;过慢,则溶剂挥发不充分,影响焊接质量。由于加热速度较快,在温区的后段SMA内的温差较大。为防止热冲击对元件的损伤,般规定大速度为4℃/s。然而,通常上升速率设定为1-3℃/s。典型的升温速率为2℃/s。    

3、 保温段  

    保温段是指温度从120℃-150℃升焊膏熔点的区域。其主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定,尽量减少温差。在这个区域里给予足够的时间使较大元件的温度赶上较小元件,并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到保温段结束,焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去,整个电路板的温度达到平衡。应注意的是SMA上所有元件在这段结束时应具有相同的温度,否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。    

4、 回流段

    在这区域里加热器的温度设置得高,使组件的温度快速上升峰值温度。在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同,般推荐为焊膏的熔点温度加20-40℃。对于熔点为183℃的63Sn/37Pb焊膏和熔点为179℃的Sn62/Pb36/Ag2焊膏,峰值温度般为210-230℃,再流时间不要过长,以防对SMA造成不良影响。理想的温度曲线是超过焊锡熔点的“端区”覆盖的面积小。    

5、 冷却段  

这段中焊膏内的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面,应该用尽可能快的速度来进行冷却,这样将有助于得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的更多分解而进入锡中,从而产生灰暗毛糙的焊点。在端的情形下,它能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段降温速率般为3-10℃/s,冷却75℃即可。

    

6、 桥联  

    焊接加热过程中也会产生焊料塌边,这个情况出现在预热和主加热两种场合,当预热温度在几十百度范围内,作为焊料中成分的溶剂即会降低粘度而流出如果其流出的趋势是十分强烈的,会同时将焊料颗粒挤出焊区外的含金颗粒,在熔融时如不能返回到焊区内,也会形成滞留的焊料球。 除上面的因素外,SMD元件端电是否平整良好,电路线路板布线设计与焊区间距是否规范,阻焊剂涂敷方法的选择和其涂敷精度等都会是造成桥联的原因。    

7、 立碑(曼哈顿现象)  

    片式元件在遭受急速加热情况下发生的翘立,这是因为急热使元件两端存在温差,电端边的焊料完全熔融后获得良好的湿润,而另边的焊料未完全熔融而引起湿润不良,这样促进了元件的翘立。因此,加热时要从时间要素的角度考虑,使水平方向的加热形成均衡的温度分布,避免急热的产生。 防止元件翘立的主要因素有以下几点:  

①选择粘接力强的焊料,焊料的印刷精度和元件的贴装精度也需提高;   

②元件的外部电需要有良好的湿润性和湿润稳定性。推荐:温度40℃以下,湿度70%RH以下,进厂元件的使用期不可超过6个月;  

③采用小的焊区宽度尺寸,以减少焊料熔融时对元件端部产生的表面张力。另外可适当减小焊料的印刷厚度,如选用100μm;  

④焊接温度管理条件设定也是元件翘立的个因素。通常的目标是加热要均匀,特别在元件两连接端的焊接圆角形成前,均衡加热不可出现波动。    

8、 润湿不良  

    润湿不良是指焊接过程中焊料和电路基板的焊区(铜箔)或SMD的外部电,经浸润后不生成相互间的反应层,而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊区表面受到污染或沾上阻焊剂,或是被接合物表面生成金属化合物层而引起的。譬如银的表面有硫化物、锡的表面有氧化物都会产生润湿不良。另外焊料中残留的铝、锌、镉等超过0.005%以上时,由于焊剂的吸湿作用使活化程度降低,也可发生润湿不良。因此在焊接基板表面和元件表面要做好防污措施。选择合适的焊料,并设定合理的焊接温度曲线。

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