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標題: 回流焊工藝技術(shù) [打印本頁(yè)]

作者: b1369216a 時(shí)間: 2014-9-1 15:33
標題: 回流焊工藝技術(shù)

根據技術(shù)分類(lèi)

熱板傳導回流焊：這類(lèi)回流焊爐依靠傳送帶或推板下的熱源加熱，通過(guò)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(jiǎn)單，價(jià)格便宜。中國的一些厚膜電路廠(chǎng)在80年代初曾引進(jìn)過(guò)此類(lèi)設備。

紅外(IR)回流焊爐：此類(lèi)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(xiàn)熱源以輻射方式加熱，爐膛內的溫度比前一種方式均勻，網(wǎng)孔較大，適于對雙面組裝的基板進(jìn)

行回流焊接加熱。這類(lèi)回流焊爐可以說(shuō)是回流焊爐的基本型。在中國使用的很多，價(jià)格也比較便宜。

氣相回流焊接：氣相回流焊接又稱(chēng)氣相焊(VaporPhaseSoldering，VPS)，亦名凝熱焊接

(condensationsoldering)。加熱碳氟化物（早期用FC-70氟氯烷系溶劑），熔點(diǎn)約215℃，沸騰產(chǎn)生飽和

蒸氣，爐子上方與左右都有冷凝管，將蒸氣限制在爐膛內，遇到溫度低的待焊PCB組件時(shí)放出汽化潛熱，

使焊錫膏融化后焊接元器件與焊盤(pán)。美國最初將其用于厚膜集成電路(IC)的焊接，氣柏潛熱釋放對SMA的

物理結構和幾何形狀不敏感，可使組件均勻加熱到焊接溫度，焊接溫度保持一定，無(wú)需采用溫控手段來(lái)滿(mǎn)

足不同溫度焊接的需要，VPS的氣相中是飽和蒸氣，含氧量低，熱轉化率高，但溶劑成本高，且是典型臭

氧層損耗物質(zhì)，因此應用上受到極大，的限制，國際社會(huì )現今基本不再使用這種有損環(huán)境的方法。

熱風(fēng)回流焊：熱風(fēng)式回流焊爐通過(guò)熱風(fēng)的層流運動(dòng)傳遞熱能，利用加熱器與風(fēng)扇，使爐內空氣不斷升溫并

循環(huán)，待焊件在爐內受到熾熱氣體的加熱，從而實(shí)現焊接。熱風(fēng)式回流焊爐具有加熱均勻、溫度穩定的特

點(diǎn)，PCB的上、下溫差及沿爐長(cháng)方向的溫度梯度不容易控制，一般不單獨使用。自20世紀90年代起，隨著(zhù)

SMT應用的不斷擴大與元器件的進(jìn)一步小型化，設備開(kāi)發(fā)制造商紛紛改進(jìn)加熱器的分布、空氣的循環(huán)流向

，并增加溫區至8個(gè)、10個(gè)，使之能進(jìn)一步精確控制爐膛各部位的溫度分布，更便于溫度曲線(xiàn)的理想調節

。全熱風(fēng)強制對流的回流焊爐經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)與完善，成為了SMT焊接的主流設備。

紅外線(xiàn)+熱風(fēng)回流焊：20世紀90年代中期，在日本回流焊有向紅外線(xiàn)+熱風(fēng)加熱方式轉移的趨勢。它足按

30%紅外線(xiàn)，70%熱風(fēng)做熱載體進(jìn)行加熱。紅外熱風(fēng)回流焊爐有效地結合了紅外回流焊和強制對流熱風(fēng)回流

焊的長(cháng)處，是21世紀較為理想的加熱方式。它充分利用了紅外線(xiàn)輻射穿透力強的特點(diǎn)，熱效率高、節電，

同時(shí)又有效地克服了紅外回流焊的溫差和遮蔽效應，彌補了熱風(fēng)回流焊對氣體流速要求過(guò)快而造成的影響

。

這類(lèi)回流焊爐是在IR爐的基礎上加上熱風(fēng)使爐內溫度更加均勻，不同材料及顏色吸收的熱量是不同的，即

Q值是不同的，因而引起的溫升AT也不同。例如，lC等SMD的封裝是黑色的酚醛或環(huán)氧，而引線(xiàn)是白色的金

屬，單純加熱時(shí)，引線(xiàn)的溫度低于其黑色的SMD本體。加上熱風(fēng)后可使溫度更加均勻，而克服吸熱差異及

陰影不良情況，紅外線(xiàn)+熱風(fēng)回流焊爐在國際上曾使用得很普遍。

由于紅外線(xiàn)在高低不同的零件中會(huì )產(chǎn)生遮光及色差的不良效應，故還可吹入熱風(fēng)以調和色差及輔助其死角

處的不足，所吹熱風(fēng)中又以熱氮氣最為理想。對流傳熱的快慢取決于風(fēng)速，但過(guò)大的風(fēng)速會(huì )造成元器件移

位并助長(cháng)焊點(diǎn)的氧化，風(fēng)速控制在1．Om/s~1.8ⅡI/S為宜。熱風(fēng)的產(chǎn)生有兩種形式：軸向風(fēng)扇產(chǎn)生（易形

成層流，其運動(dòng)造成各溫區分界不清）和切向風(fēng)扇產(chǎn)生（風(fēng)扇安裝在加熱器外側，產(chǎn)生面板渦流而使各個(gè)

溫區可精確控制）。

熱絲回流焊：熱絲回流焊是利用加熱金屬或陶瓷直接接觸焊件的焊接技術(shù)，通常用在柔性基板與剛性基板

的電纜連接等技術(shù)中，這種加熱方法一般不采用錫膏，主要采用鍍錫或各向異性導電膠，并需要特制的焊

嘴，因此焊接速度很慢，生產(chǎn)效率相對較低。

熱氣回流焊：熱氣回流焊指在特制的加熱頭中通過(guò)空氣或氮氣，利用熱氣流進(jìn)行焊接的方法，這種方法需

要針對不同尺寸焊點(diǎn)加工不同尺寸的噴嘴，速度比較慢，用于返修或研制中。

激光回流焊，光束回流焊：激光加熱回流焊是利用激光束良好的方向性及功率密度高的特點(diǎn)，通過(guò)光學(xué)系

統將激光束聚集在很小的區域內，在很短的時(shí)間內使被加熱處形成一個(gè)局部的加熱區，常用的激光有C02

和YAG兩種，是激光加熱回流焊的工作原理示意圖。

激光加熱回流焊的加熱，具有高度局部化的特點(diǎn)，不產(chǎn)生熱應力，熱沖擊小，熱敏元器件不易損壞。但是

設備投資大，維護成本高。

感應回流焊：感應回流焊設備在加熱頭中采用變壓器，利用電感渦流原理對焊件進(jìn)行焊接，這種焊接方法

沒(méi)有機械接觸，加熱速度快；缺點(diǎn)是對位置敏感，溫度控制不易，有過(guò)熱的危險，靜電敏感器件不宜使用

。

聚紅外回流焊：聚焦紅外回流焊適用于返修工作站，進(jìn)行返修或局部焊接。[3]

根據形狀分類(lèi)

臺式回流焊爐：臺式設備適合中小批量的PCB組裝生產(chǎn)，性能穩定、價(jià)格經(jīng)濟（大約在4-8萬(wàn)人民幣之間）

，國內私營(yíng)企業(yè)及部分國營(yíng)單位用的較多。

立式回流焊爐：立式設備型號較多，適合各種不同需求用戶(hù)的PCB組裝生產(chǎn)。設備高中低檔都有，性能也

相差較多，價(jià)格也高低不等（大約在8-80萬(wàn)人民幣之間）。國內研究所、外企、知名企業(yè)用的較多。[4]

根據溫區分類(lèi)

回流焊爐的溫區長(cháng)度一般為45cm～50cm，溫區數量可以有3、4、5、6、7、8、9、10、12、15甚至更多溫

區，從焊接的角度，回流焊至少有3個(gè)溫區，即預熱區、焊接區和冷卻區，很多爐子在計算溫區時(shí)通常將

冷卻區排除在外，即只計算升溫區、保溫區和焊接區。[3]

4工藝流程

回流焊加工的為表面貼裝的板，其流程比較復雜，可分為兩種：?jiǎn)蚊尜N裝、雙面貼裝。[5]

單面貼裝

預涂錫膏 →貼片（分為手工貼裝和機器自動(dòng)貼裝）→ 回流焊 → 檢查及電測試。[5]

雙面貼裝

A面預涂錫膏→ 貼片（分為手工貼裝和機器自動(dòng)貼裝）→ 回流焊 →B面預涂錫膏→貼片（分為手工貼

裝和機器自動(dòng)貼裝）→ 回流焊 → 檢查及電測試。[5]

5溫度曲線(xiàn)

溫度曲線(xiàn)是指SMA通過(guò)回爐時(shí)，SMA上某一點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。溫度曲線(xiàn)提供了一種直觀(guān)的方法，

來(lái)分析某個(gè)元件在整個(gè)回流焊過(guò)程中的溫度變化情況。這對于獲得最佳的可焊性，避免由于超溫而對元件

造成損壞，以及保證焊接質(zhì)量都非常有用。[6] （詳情請見(jiàn)“溫度曲線(xiàn)測試儀”百科詞條中就“溫度曲線(xiàn)

”的相關(guān)介紹）

6影響工藝的因素

在SMT回流焊工藝造成對元件加熱不均勻的原因主要有：回流焊元件熱容量或吸收熱量的差別，傳送帶或

加熱器邊緣影響，回流焊產(chǎn)品負載等三個(gè)方面。

1.通常PLCC、QFP與一個(gè)分立片狀元件相比熱容量要大，焊接大面積元件就比小元件更困難些。

2.在回流焊爐中傳送帶在周而復使傳送產(chǎn)品進(jìn)行回流焊的同時(shí)，也成為一個(gè)散熱系統，此外在加熱部分的

邊緣與中心散熱條件不同，邊緣一般溫度偏低，爐內除各溫區溫度要求不同外，同一載面的溫度也差異。

3.產(chǎn)品裝載量不同的影響�；亓骱傅臏囟惹€(xiàn)的調整要考慮在空載，負載及不同負載因子情況下能得到良

好的重復性。負載因子定義為：LF=L/(L+S);其中L=組裝基板的長(cháng)度，S=組裝基板的間隔。

回流焊工藝要得到重復性好的結果，負載因子愈大愈困難。通�；亓骱笭t的最大負載因子的范圍為

0.5~0.9。這要根據產(chǎn)品情況（元件焊接密度、不同基板）和再流爐的不同型號來(lái)決定。要得到良好的焊

接效果和重復性，實(shí)踐經(jīng)驗很重要。[7]

7焊接缺陷

橋聯(lián)

焊接加熱過(guò)程中也會(huì )產(chǎn)生焊料塌邊，這個(gè)情況出現在預熱和主加熱兩種場(chǎng)合，當預熱溫度在幾十至一百范

圍內，作為焊料中成分之一的溶劑即會(huì )降低粘度而流出，如果其流出的趨勢十分強烈，會(huì )同時(shí)將焊料顆粒

擠出焊區外形成含金顆粒，在溶融時(shí)如不能返回到焊區內，也會(huì )形成滯留焊料球。

除上面的因素外SMD元件端電極是否平整良好，電路線(xiàn)路板布線(xiàn)設計與焊區間距是否規范，助焊劑涂敷方

法的選擇和其涂敷精度等會(huì )是造成橋接的原因。[7]

立碑

又稱(chēng)曼哈頓現象。片式元件在遭受急速加熱情況下發(fā)生的翹立，這是因為急熱元件兩端存在的溫差，電極

端一邊的焊料完全熔融后獲得良好的濕潤，而另一邊的焊料完全熔融而引起濕潤不良，這樣促進(jìn)了元件的

翹立。因此，加熱時(shí)要從時(shí)間要素的角度考慮，使水平方向的加熱形成均衡的溫度分布，避免急熱的產(chǎn)生

。

防止元件翹立的主要因素以下幾點(diǎn)：

1.選擇粘力強的焊料，焊料的印刷精度和元件的貼裝精度也需提高。

2.元件的外部電極需要有良好的濕潤性濕潤穩定性。推薦：溫度400C以下，濕度70%RH以下，進(jìn)廠(chǎng)元件的

使用期不可超過(guò)6個(gè)月。

3.采用小的焊區寬度尺寸，以減少焊料溶融時(shí)對元件端部產(chǎn)生的表面張力。另外可適當減小焊料的印刷厚

度，如選用100um。

4.焊接溫度管理條件設定對元件翹立也是一個(gè)因素。通常的目標是加熱要均勻，特別是在元件兩連接端的

焊接圓角形成之前，均衡加熱不可出現波動(dòng)。[7]

潤濕不良

潤濕不良是指焊接過(guò)程中焊料和電路基板的焊區（銅箔），或SMD的外部電極，經(jīng)浸潤后不生成相互間的

反應層，而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊區表面受到污染或沾上阻焊劑，或是被接合物表面生

成金屬化合物層而引起的。譬如銀的表面有硫化物，錫的表面有氧化物都會(huì )產(chǎn)生潤濕不良。另外焊料中殘

留的鋁、鋅、鎘等超過(guò)0.005%以上時(shí)，由于焊劑的吸濕作用使活化程度降低，也可發(fā)生潤濕不良。因此在

焊接基板表面和元件表面要做好防污措施。選擇合適和焊料，并設定合理的焊接溫度曲線(xiàn)。

回流焊接是SMT工藝中復雜而關(guān)鍵的工藝，涉及到自動(dòng)控制、材料、流體力學(xué)和冶金等多種科學(xué)、要獲得

優(yōu)良的焊接質(zhì)量，必須深入研究焊接工藝的方方面面。[7]

8工藝發(fā)展趨勢編輯

近幾年來(lái)，隨著(zhù)眾多電子產(chǎn)品向小型、輕型、高密度方向發(fā)展，特別是手持設備的大量使用，在元器件材

料工藝方面都對原有SMT技術(shù)提出了嚴峻的挑戰，也因此使SM得到了飛速發(fā)展的機會(huì )。lC引腳腳距發(fā)展到

0.5mm、0.4mm、0.3mm，BGA已被廣泛采用，CSP也嶄露頭角，并呈現出快速上漲趨勢，材料上免清洗、低

殘留錫膏得到廣泛應用。所有這些都給回流焊工藝提出了新的要求，一個(gè)總的趨勢就是要求回流焊采用更

先進(jìn)的熱傳遞方式，達到節約能源，均勻溫度，適合雙面板PCB和新型器件封裝方式的焊接要求，并逐步

實(shí)現對波峰焊的全面代替�？傮w來(lái)講，回流焊爐正朝著(zhù)高效、多功能和智能化方向發(fā)展，主要有以下發(fā)展

途徑，在這些發(fā)展領(lǐng)域回流焊引領(lǐng)了未來(lái)電子產(chǎn)品的發(fā)展方向。[8]

充氮

在回流焊中使用惰性氣體保護，已經(jīng)有一段時(shí)間了，并已得到較大范圍的應用，由于價(jià)格的考慮，一般都

是選擇氮氣保護。氮氣回流焊有以下優(yōu)點(diǎn)。

(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(chǎn)生，避免橋接，得到良好的焊接質(zhì)量。[8]

雙面回流

雙面PCB已經(jīng)相當普及，并在逐漸變得復雜起來(lái)，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、緊湊的低成本產(chǎn)品。雙面板一般都有通過(guò)回流焊接上面（元器件面

），然后通過(guò)波峰焊來(lái)焊接下面（引腳面）。而有一個(gè)趨勢傾向于雙面回流焊，但是這個(gè)工藝制程仍存在

一些問(wèn)題。大板的底部元件可能會(huì )在第二次回流焊過(guò)程中掉落，或者底部焊接點(diǎn)的部分熔融而造成焊點(diǎn)的

可靠性問(wèn)題。[8]

通孔插裝元器件

通孔回流焊有時(shí)也稱(chēng)為分類(lèi)元器件回流焊，正在逐漸興起，它可以去除波峰焊環(huán)節，而成為PCB混裝技術(shù)

中的一個(gè)工藝環(huán)節，這項技術(shù)的一個(gè)最大的好處就是可以在發(fā)揮表面貼裝制造工藝優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)使用通孔插

件來(lái)得到較好的機械連接強度，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(pán)接觸，同時(shí)，就算引腳和焊盤(pán)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(chǎn)品

的使用中脫開(kāi)而成為故障點(diǎn)。[8]

綠色無(wú)鉛

出于對環(huán)保的考慮，鉛在21世紀將會(huì )被嚴格限用，雖然電子工業(yè)中用鉛量極小，不到全部用量1%，但也屬

于禁用之列，在發(fā)展趨勢中將會(huì )被逐步淘汰，許多地方正在開(kāi)發(fā)可靠而又經(jīng)濟的無(wú)鉛焊料，所開(kāi)發(fā)出的多

種替代品一般都具有比錫鉛合金高40屯左右的熔點(diǎn)溫度，這就意味著(zhù)回流焊必須在更高的溫度下進(jìn)行，氮

氣保護可以部分消除因溫度提高而增加的氧化和對PCB本身的損傷。[8]

連續回流焊

特殊的爐子已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)處理貼裝有SMT元件的連續柔性板，與普通回流爐最大的不同點(diǎn)是這種爐子需

要特制的軌道來(lái)傳遞柔性板。當然，這種爐子也需要能處理連續板的問(wèn)題，對于分離的PCB板來(lái)講，爐中

的流量與前幾段工位的狀況無(wú)依賴(lài)關(guān)系，但是對于成卷連續的柔性板，柔性板在整條線(xiàn)上是連續的，線(xiàn)上

任何一個(gè)特殊問(wèn)題，停頓就意味著(zhù)全線(xiàn)必須停頓，這樣就產(chǎn)生一個(gè)特殊問(wèn)題，停頓在爐子中的部分會(huì )因過(guò)

熱而損壞，因此，這樣的爐子必須具備應變隨機停頓的能力，繼續處理完該段柔性板，并在全線(xiàn)恢復連續

本文來(lái)自深圳市鼎華科技發(fā)展有限公司

作者: weichengu 時(shí)間: 2014-9-1 19:17
我在看來(lái)我們只是門(mén)外漢，了解了解，學(xué)習了

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