專注 專業(yè) 誠信 共贏“追求卓越 精心打造”華速每件產(chǎn)品!
電話:13851669895
當(dāng)前位置:首頁 > 新聞資訊 > 技術(shù)百科

電子廠導(dǎo)入SmT回流焊爐后,如何設(shè)定出合格的爐

發(fā)布日期:2019-05-22 12:02:21 來源: 點(diǎn)擊量:1653

什么是回流焊:
    回流焊是英文Reflow是通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏裝軟釬焊料,實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊?;亓骱甘菍⒃骷附拥絇CB板材上,回流焊是專門針對SMD表面貼裝器件的。
    回流焊是靠熱氣流對焊點(diǎn)的作用,膠狀的焊劑在一定的高溫氣流下進(jìn)行物理反應(yīng)達(dá)到SMD的焊接;之所以叫"回流焊"是因?yàn)闅怏w在焊機(jī)內(nèi)循環(huán)來回流動產(chǎn)生高溫達(dá)到焊接目的。


(回流焊溫度曲線圖)

 


“產(chǎn)品質(zhì)量是生產(chǎn)出來的,不是檢驗(yàn)出來,只有在生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié),嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝和作業(yè)指導(dǎo)書要求進(jìn)行,才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量?!?br/>電子廠SmT貼片焊接車間在SmT生產(chǎn)流程中,回流爐參數(shù)設(shè)置的好壞是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵,通過溫度曲線,可以為回流爐參數(shù)的設(shè)置提供準(zhǔn)確的理論依據(jù),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。

如何正確的設(shè)定回流焊溫度曲線 :

首先我們要了解回流焊的幾個關(guān)鍵的地方及溫度的分區(qū)情況及回流焊的種類.

影響爐溫的關(guān)鍵地方是:
1:各溫區(qū)的溫度設(shè)定數(shù)值
2:各加熱馬達(dá)的溫差
3:鏈條及網(wǎng)帶的速度
4:錫膏的成份
5:PCB板的厚度及元件的大小和密度
6:加熱區(qū)的數(shù)量及回流焊的長度
7:加熱區(qū)的有效長度及泠卻的特點(diǎn)等

回流焊的分區(qū)情況:  
1:預(yù)熱區(qū)(又名:升溫區(qū))
2:恒溫區(qū)(保溫區(qū)/活性區(qū))
3:回流區(qū)
4 :泠卻區(qū)

 

 


回流焊焊接影響工藝的因素:

1.通常PLCC、QFP與一個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(fù)使傳送產(chǎn)品進(jìn)行回流焊的同時(shí),也成為一個散熱系統(tǒng),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(nèi)除各溫區(qū)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€的調(diào)整要考慮在空載,負(fù)載及不同負(fù)載因子情況下能得到良好的重復(fù)性。負(fù)載因子定義為: LF=L/(L+S);其中L=組裝基板的長度,S=組裝基板的間隔。回流焊工藝要得到重復(fù)性好的結(jié)果,負(fù)載因子愈大愈困難。通?;亓骱笭t的*負(fù)載因子的范圍為0.5~0.9。這要根據(jù)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決定。要得到良好的焊接效果和重復(fù)性,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)很重要的。

一、初步爐溫設(shè)定:
1、 看錫膏類型,有鉛還是無鉛?還要考慮錫膏特性,焊膏是由合金粉末、糊狀助焊劑均勻混和而成的膏體。焊膏中的助焊劑 (點(diǎn)擊助焊劑的特性)主要由溶劑、松香或合成樹脂、活性劑及抗垂流劑四類原物質(zhì)構(gòu)成。溶劑決定了焊膏所需的干燥時(shí)間,為了增加焊膏的粘度使之具備良好流變性加入了合成樹脂或松香,活性劑是用來除去合金所產(chǎn)生的氧化物以清潔板面焊盤,抗垂流劑的加入有助于合金粉末在焊膏中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài),避免沉降現(xiàn)象。
衡量焊膏品質(zhì)的因素很多,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)重點(diǎn)考慮以下的焊膏特性。
(1)根據(jù)電路板表面清潔度的要求決定焊膏的活性與合金含量;
(2)根據(jù)印刷設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境決定焊膏的粘度、流變性及崩塌特性;
(3)根據(jù)工藝要求及元件所能承受的溫度決定焊膏的熔點(diǎn);
(4)根據(jù)焊盤的最小腳間距決定焊膏合金粉末的顆粒大小。
2、 看PCB板厚度是多少?此時(shí)結(jié)合以上1、2點(diǎn),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)就有個初步的爐溫了;
3、 再看PCB板材,具體細(xì)致設(shè)定一下回流區(qū)的爐溫;
4、 再看PCB板上的各種元器件,考慮元件大小的不同、特殊元件、廠家要求的特殊元件等方面,再仔細(xì)設(shè)定一下爐溫;
5、 還的考慮一下爐子的加熱效率,因?yàn)楫?dāng)今匯流爐有很多種,其加熱效率是各個不一樣的,所以這一點(diǎn)不應(yīng)忽視掉;
結(jié)合以上5方面,就可以設(shè)定出初步的爐溫了。

二、爐溫的詳細(xì)設(shè)定及熱電偶的安裝步驟:

  1, 感應(yīng)溫度用的熱電偶,在使用和安裝過程中,應(yīng)確保除測試點(diǎn)外,無短接現(xiàn)象發(fā)生,否則無法保證試精度。
  2, 熱電偶在與記憶裝置或其它測試設(shè)備相連接時(shí),其極性應(yīng)與設(shè)備要求一致,熱電偶將溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱觿?,以連接時(shí)有方向要求。
  第二,測試點(diǎn)的選取,一般至少三點(diǎn),能代表PCB組件上溫度變化的測試點(diǎn)(能反映PCB組件上高、中低溫部位的溫度變化); 一般情況下,*溫度部位在PCB與傳送方向相垂直的無元件邊緣中心處,*溫度在PCB 靠近中心部位的大型元件之半田端子處(PLCC.QFP等),另外對耐熱性差部品表面要有測試點(diǎn),以及客戶的特定要求。
回流溫度曲線各區(qū)間的推薦設(shè)定值:

 

①常溫~預(yù)熱開始點(diǎn)

 

②預(yù)熱區(qū)

 

預(yù)熱過度導(dǎo)致氧化加深、助焊劑惡化

 

③預(yù)熱終點(diǎn)~回流焊接區(qū)

 

④回流焊接區(qū)~冷卻區(qū)


4 回流焊接缺陷與不良溫度曲線的關(guān)系:
以下表2僅列出不良溫度曲線所引起的回流焊接缺陷,其它影響回流焊接質(zhì)量的因素還包括絲印質(zhì)量的優(yōu)劣、貼片的準(zhǔn)確性和壓力、焊膏的品質(zhì)及環(huán)境的控制等,本文不做闡述。

回流焊接的缺陷 溫度曲線的不良之處
吹孔
1、保溫段預(yù)熱溫度不足;
2、保溫段溫度上升速度過快。
焊點(diǎn)灰暗 冷卻段冷卻速度過緩。
不沾錫
1、焊接段熔焊溫度低;
2、保溫段保溫周期過長;
3、保溫段溫度過高。
焊后斷開 保溫段保溫周期短。
錫珠
1、保溫段溫度上升速度過快;
2、保溫段溫度低;
3、保溫周期短。
空洞
1、保溫段溫度低;
2、保溫周期短。
生焊
1、焊接段熔焊溫度低;
2、焊接段熔焊周期短。
板面或元件變色
1、焊接段熔焊溫度過高;
2、焊接段熔焊周期太長。


       回流焊是SMT工藝的核心技術(shù),PCB上所有的電子元器件通過整體加熱一次性焊接完成,電子廠SMT生產(chǎn)線的質(zhì)量控制占*分量的工作*都是為了獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量。設(shè)定好溫度曲線,就管好了爐子,這是所有PE都知道的事。很多文獻(xiàn)與資料都提到回流焊溫度曲線的設(shè)置。對于一款新產(chǎn)品、新爐子、新錫膏,如何快速設(shè)定回流焊溫度曲線?這需要我們對溫度曲線的概念和錫膏焊接原理有基本的認(rèn)識。
本文以最常用的無鉛錫膏Sn96.5Ag3.0Cu0.5錫銀銅合金為例,介紹理想的回流焊溫度曲線設(shè)定方案和分析其原理。如圖一 :


圖一 SAC305無鉛錫膏回流焊溫度曲線圖
圖一所示為典型的SAC305合金無鉛錫膏回流焊溫度曲線圖。圖中黃、橙、綠、紫、藍(lán)和黑6條曲線即為溫度曲線。構(gòu)成曲線的每一個點(diǎn)代表了對應(yīng)PCB上測溫點(diǎn)在過爐時(shí)相應(yīng)時(shí)間測得的溫度。隨著時(shí)間連續(xù)的記錄即時(shí)溫度,把這些點(diǎn)連接起來,就得到了連續(xù)變化的曲線。也可以看做PCB上測試點(diǎn)的溫度在爐子內(nèi)隨著時(shí)間變化的過程。
那么,我們把這個曲線分成4個區(qū)域,就得到了PCB在通過回流焊時(shí)某一個區(qū)域所經(jīng)歷的時(shí)間。在這里,我們還要闡明另一個概念“斜率①”。用PCB通過回流焊某個區(qū)域的時(shí)間除以這個時(shí)間段內(nèi)溫度變化的*值,所得到的值即為“斜率”。引入斜率的概念是為了表示PCB受熱后升溫的速率,它是溫度曲線中重要的工藝參數(shù)。圖中A、B、C、D四個區(qū)段,分別為定義為A:升溫區(qū) ,B:預(yù)熱恒溫區(qū)(保溫區(qū)或活化區(qū)),C:回流焊接區(qū)(焊接區(qū)或Reflow區(qū)),D:冷卻區(qū)。

繼續(xù)深入解析個區(qū)段的設(shè)置與意義:
一.升溫區(qū)A
PCB進(jìn)入回流焊鏈條或網(wǎng)帶,從室溫開始受熱到150℃的區(qū)域叫做升溫區(qū)。升溫區(qū)的時(shí)間設(shè)置在60-90秒,斜率控制在2-4之間。
此區(qū)域內(nèi)PCB板上的元器件溫度相對較快的線性上升,錫膏中的低沸點(diǎn)溶劑開始部分揮發(fā)。若斜率太大,升溫速率過快,錫膏勢必由于低沸點(diǎn)溶劑的快速揮發(fā)或者水氣迅速沸騰而發(fā)生飛濺,從而在爐后發(fā)生“錫珠”缺陷。過大的斜率也會由于熱應(yīng)力的原因造成例如陶瓷電容微裂、PCB板變形曲翹、BGA內(nèi)部損壞等機(jī)械損傷。
升溫過快的另一個不良后果就是錫膏無法承受較大的熱沖擊而發(fā)生坍塌,這是造成“短路”的原因之一。長期對制造廠的服務(wù)跟蹤,很多廠商的SMT線該區(qū)域的斜率實(shí)際控制在1.5-2.5之間能得到滿意的效果。由于各個板載貼裝的元器件尺寸、質(zhì)量不一,在升溫區(qū)結(jié)束時(shí),大小元器件之間的溫度差異相對較大。
二.預(yù)熱恒溫區(qū)B
此區(qū)域在很多文獻(xiàn)和供應(yīng)商資料中也稱為保溫區(qū)、活化區(qū)。
該區(qū)域PCB表面溫度由150℃平緩上升至200℃,時(shí)間窗口在60-120秒之間。PCB板上各個部分緩緩受到熱風(fēng)加熱,溫度隨時(shí)間緩慢上升。斜率在0.3-0.8之間。
此時(shí)錫膏中的有機(jī)溶劑繼續(xù)揮發(fā)?;钚晕镔|(zhì)被溫度激活開始發(fā)揮作用,清除焊盤表面、零件腳和錫粉合金粉末中的氧化物。恒溫區(qū)被設(shè)計(jì)成平緩升溫的目的是為了兼顧PCB上貼裝的大小不一的元器件能均勻升溫。讓不同尺寸和材料的元器件之間的溫度差逐漸減小,在錫膏熔融之前達(dá)到最小的溫差,為在下一個溫度分區(qū)內(nèi)熔融焊接做好準(zhǔn)備。這是防止“墓碑”缺陷的重要方法。眾多無鉛錫膏廠商的SAC305合金錫膏配方里活性劑的活化溫度大都在150-200℃之間,這也是本溫度曲線在這個溫度區(qū)間內(nèi)預(yù)熱的原因之一。
需要注意的是:1、預(yù)熱時(shí)間過短。活性劑③與氧化物反應(yīng)時(shí)間不夠,被焊物表面的氧化物未能有效清除。錫膏中的水氣未能完全緩慢蒸發(fā)、低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)量不足,這將導(dǎo)致焊接時(shí)溶劑猛烈沸騰而發(fā)生飛濺產(chǎn)生“錫珠”。潤濕不足,可能會產(chǎn)生浸潤不足的“少錫”“虛焊”、“空焊”、“漏銅”的不良。2、預(yù)熱時(shí)間過長?;钚詣┫倪^度,在下一個溫度區(qū)域焊接區(qū)熔融時(shí)沒有足夠的活性劑即時(shí)清除與隔離高溫產(chǎn)生的氧化物和助焊劑高溫碳化的殘留物。這種情況在爐后的也會表現(xiàn)出“虛焊”、“殘留物發(fā)黑”、“焊點(diǎn)灰暗”等不良現(xiàn)象。
三.回流焊接區(qū)C
回流區(qū)又叫焊接區(qū)或Refelow區(qū)。
SAC305合金的熔點(diǎn)在217℃-218℃之間④,所以本區(qū)域?yàn)椋?17℃的時(shí)間,峰值溫度<245℃,時(shí)間30-70秒。形成優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的溫度一般在焊料熔點(diǎn)之上15-30℃左右,所以回流區(qū)*峰值溫度應(yīng)該設(shè)置在230℃以上??紤]到Sn96.5Ag3.0Cu0.5無鉛錫膏的熔點(diǎn)已經(jīng)在217℃以上,為照顧到PCB和元器件不受高溫?fù)p壞,峰值溫度*應(yīng)控制在250℃以下,筆者所見大部分工廠實(shí)際峰值溫度*在245℃以下。
預(yù)熱區(qū)結(jié)束后,PCB板上溫度以相對較快的速率上升到錫粉合金液相線,此時(shí)焊料開始熔融,繼續(xù)線性升溫到峰值溫度后保持一段時(shí)間后開始下降到固相線。
此時(shí)錫膏中的各種組分全面發(fā)揮作用:松香或樹脂軟化并在焊料周圍形成一層保護(hù)膜與氧氣隔絕。表面活性劑被激活用于降低焊料和被焊面之間的表面張力,增強(qiáng)液態(tài)焊料的潤濕力。活性劑繼續(xù)與氧化物反應(yīng),不斷清除高溫產(chǎn)生的氧化物與被碳化物并提供部分流動性,直到反應(yīng)完全結(jié)束。部分添加劑在高溫下分解并揮發(fā)不留下殘留物。高沸點(diǎn)溶劑隨著時(shí)間不斷揮發(fā),并在回焊結(jié)束時(shí)完全揮發(fā)。穩(wěn)定劑均勻分布于金屬中和焊點(diǎn)表面保護(hù)焊點(diǎn)不受氧化。焊料粉末從固態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài),并隨著焊劑潤濕擴(kuò)展。少量不同的金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)金屬間化合物,如典型的錫銀銅合金會有Ag3Sn、Cu6Sn5生成。
回焊區(qū)是溫度曲線中最核心的區(qū)段。峰值溫度過低、時(shí)間過短,液態(tài)焊料沒有足夠的時(shí)間流動潤濕,造成“冷焊”、“虛焊”、“浸潤不良(漏銅)”、“焊點(diǎn)不光亮”和“殘留物多”等缺陷;峰值溫度過高或時(shí)間過長,造成“PCB板變形”、“元器件熱損壞”、“殘留物發(fā)黑”等等缺陷。它需要在峰值溫度、PCB板和元器件能承受的溫度上限與時(shí)間、形成*焊接效果的熔融時(shí)間之間尋求平衡,以期獲得理想的焊點(diǎn)。
四.冷卻區(qū)D
焊點(diǎn)溫度從液相線開始向下降低的區(qū)段稱為冷卻區(qū)。通常SAC305合金錫膏的冷卻區(qū)一般認(rèn)為是217℃-170℃之間的時(shí)間段(也有的文獻(xiàn)提出*到150℃)。
由于液態(tài)焊料降溫到液相線以下后就形成固態(tài)焊點(diǎn),形成焊點(diǎn)后的質(zhì)量短期內(nèi)肉眼無法判斷,所以很多工廠往往不是很重視冷卻區(qū)的設(shè)定。然而焊點(diǎn)的冷卻速率關(guān)乎焊點(diǎn)的長期可靠性,不能不認(rèn)真對待。
冷卻區(qū)的管控要點(diǎn)主要是冷卻速率。經(jīng)過很多焊錫實(shí)驗(yàn)室研究得出的結(jié)論:快速降溫有利于得到穩(wěn)定可靠的焊點(diǎn)。
通常人們的直覺認(rèn)為應(yīng)該緩慢降溫,以抵消各元器件和焊點(diǎn)的熱沖擊。然而,回流焊錫膏釬焊慢速冷卻會形成更多粗大的晶粒,在焊點(diǎn)界面層和內(nèi)部生較大Ag3Sn、Cu6Sn5等金屬間化合物顆粒。降低焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度和熱循環(huán)壽命,并且有可能造成焊點(diǎn)灰暗光澤度低甚至無光澤。
快速的冷卻能形成平滑均勻而薄的金屬間化物,形成細(xì)小富錫枝狀晶和錫基體中彌散的細(xì)小晶粒,使焊點(diǎn)力學(xué)性能和可靠性得到明顯的提升與改善。
生產(chǎn)應(yīng)用中,并不是冷卻速率越大越好。要結(jié)合回流焊設(shè)備的冷卻能力、板子、元器件和焊點(diǎn)能承受的熱沖擊來考量。應(yīng)該在保證焊點(diǎn)質(zhì)量時(shí)不損害板子和元器件之間尋求平衡。最小冷卻速率應(yīng)該在2.5℃以上,*冷卻速率在3℃以上。考慮到元器件和PCB能承受的熱沖擊,*冷卻速率應(yīng)該控制在6-10℃。工廠在選擇設(shè)備時(shí),*選擇帶水冷功能的回流焊而獲得較強(qiáng)的冷卻能力儲備。

雙軌回流焊的工作原理:

雙軌回流焊爐通過同時(shí)平行處理兩個電路板,可使單個雙軌爐的產(chǎn)能提高兩倍。目前, 電路板制造商僅限于在每個軌道中處理相同或重量相似的電路板。而現(xiàn)在, 擁有獨(dú)立軌道速度的雙軌雙速回流焊爐使同時(shí)處理兩塊差異更大的電路板成為現(xiàn)實(shí)。首先,我們要了解影響熱能從回流爐加熱器向電路板傳遞的主要因素。在通常情況下,如圖所示,回流焊爐的風(fēng)扇推動氣體(空氣或氮?dú)猓┙?jīng)過加熱線圈,氣體被加熱后,通過孔板內(nèi)的一系列孔口傳遞到產(chǎn)品上。

 


雙軌回流焊PCB已經(jīng)相當(dāng)普及,并在逐漸變得復(fù)那時(shí)起來,它得以如此普及,主要原因是它給設(shè)計(jì)者提供了極為良好的彈性空間,從而設(shè)計(jì)出更為小巧,緊湊的低成本的產(chǎn)品。到今天為止,雙軌回流焊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)。


贊一下(1) 踩一下(0)

在線客服
聯(lián)系

電話

13851669895

傳真

025-52690968

郵箱

Lzsky@126.com

微信