SMT回流焊工藝溫控技術(shù)分析

柳桂陽

【摘 要】現(xiàn)代SMT中回流焊技術(shù)與工藝是其核心技術(shù)，在其工藝流程中有一個環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的，即溫度控制環(huán)節(jié)。主要從SMT回流焊技術(shù)出發(fā)，針對其工藝流程中的溫度控制技術(shù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)闡述了回流焊各溫區(qū)溫度曲線，詳細(xì)介紹了實(shí)際溫度曲線的設(shè)置和優(yōu)化處理，為回流焊參數(shù)設(shè)置提供了理論依據(jù)，從而避免了焊接過程中缺陷的發(fā)生，保證了焊接質(zhì)量，提高產(chǎn)品的合格率。希望通過文章的分析，能夠?yàn)橄嚓P(guān)人士提供一定的參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】SMT；回流焊；溫度控制

隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，電子系統(tǒng)微型化、集成化要求越來越高， SMT技術(shù)以及其生產(chǎn)工藝也在不短的改進(jìn)、推廣與發(fā)展。在電子產(chǎn)品生產(chǎn)中，對SMT技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，焊接質(zhì)量的好壞直接影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，最終會影響產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性?；亓骱附邮荢MT技術(shù)中獨(dú)特的工藝環(huán)節(jié)和技術(shù)環(huán)節(jié)，也是重要的環(huán)節(jié)，所以對回流焊接技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是非常重要的。

一、回流焊技術(shù)

因?yàn)榛亓骱讣夹g(shù)具有“自定位效應(yīng)”及“再流動”等特點(diǎn)，所以回流焊工藝不要求嚴(yán)格的貼裝精度，這樣也就比較容易實(shí)現(xiàn)高速度與高度自動化?，F(xiàn)代SMT中對回流焊技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，回流焊又被稱為再流焊，是對提前分配到電路板焊盤上的軟釬焊料重新熔化，最終實(shí)現(xiàn)引腳與表面組裝元件焊端與印制電路板焊盤之間機(jī)械和電氣連接的軟釬焊。一般回流焊主要分為四個溫度區(qū)。

二、回流焊溫度曲線各個區(qū)段介紹

通常把這個曲線分成四個區(qū)域，分別定義為升溫區(qū)，預(yù)熱恒溫區(qū)，焊接區(qū)，冷卻區(qū)。

2.1升溫區(qū)。PCB進(jìn)入回流焊鏈條，從室溫開始受熱到150℃的區(qū)域叫做升溫區(qū)。升溫區(qū)的時間設(shè)置在60-90S，斜率控制在1-3℃/S之間。

2.2預(yù)熱恒溫區(qū)。預(yù)熱恒溫區(qū)PCB表面溫度由150℃平緩上升至200℃，時間設(shè)置在60S-120S之間。PCB板上各個部分緩緩受到熱風(fēng)加熱，溫度隨時間緩慢上升，斜率在0.3-0.8℃/S之間。

2.3焊接區(qū)?；亓鲄^(qū)的溫度最高，SMA進(jìn)入該區(qū)后迅速升溫，并超出錫膏熔點(diǎn)約30-40℃，即板面溫度瞬時達(dá)到210-230℃（此溫度又稱之為峰值溫度），時間約為20-30S。

2.4冷卻區(qū)。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)。這一區(qū)域錫膏中的鉛粉已經(jīng)熔化并充分潤濕了被焊接的表面，快速冷卻會得到明亮的焊點(diǎn)并有良好的外形及合適的接觸角。冷卻速率一般為3-10℃/S。

三、回流焊溫度曲線測試

3.1熱電偶使用說明。熱電偶是溫度控制和達(dá)到工藝路線的必備工具，分為溫區(qū)熱偶和曲線測試熱偶，溫區(qū)熱偶位于不銹鋼熱風(fēng)加熱室，固定不動，曲線熱偶一般要求與PCB表面連接，否則會導(dǎo)致熱電偶的測量值偏離PCB表面度，從而測試出不適合的溫度曲線。

3.2曲線測試?；亓鳒囟惹€的測試，一般采用能用電路板一同進(jìn)入爐內(nèi)的爐溫測試儀進(jìn)行測試，測試后將數(shù)據(jù)通過輸出接口輸入計算機(jī)，通過專用測試軟件進(jìn)行曲線數(shù)據(jù)分析處理，然后打印出溫度曲線。

3.3回流溫度曲線的設(shè)定分析。決定每個區(qū)的溫度設(shè)定，必須要了解實(shí)際的區(qū)間溫度不一定就是該區(qū)的顯示溫度。顯示溫度只是該區(qū)內(nèi)熱敏電阻的溫度，如果熱電偶越靠近熱源，顯示的溫度將比區(qū)間溫度高，熱電偶越靠近電路板的直接通道，顯示的溫度將越能反映區(qū)間溫度。實(shí)際操作中要了解清楚顯示溫度與實(shí)際區(qū)間溫度的關(guān)系。錫膏特性參數(shù)表也是必要的，其包含的信息對溫度曲線至關(guān)重要。如所希望的溫度曲線持續(xù)時間、錫膏活性溫度、合金熔點(diǎn)和所希望的回流最高溫度。大多數(shù)錫膏都能用四個溫區(qū)成功回流，當(dāng)最后的曲線圖盡可能與所希望的圖形相吻合時，應(yīng)該把爐的參數(shù)記錄并儲存以備后用。

四、回流焊溫度曲線各個區(qū)段優(yōu)化分析

4.1升溫區(qū)溫度與時間關(guān)系分析優(yōu)化。該區(qū)的目標(biāo)是在達(dá)到兩個特定目的的同時，把板子從室溫盡快地加熱和提升，但快速加熱不能快到造成板子或零件的損壞，也不應(yīng)引起助焊劑溶劑的爆失。對大多數(shù)的助焊劑來說，這些溶劑不會迅速地?fù)]發(fā)，因?yàn)樗鼈儽仨氂凶銐蚋叩姆悬c(diǎn)來防止焊膏在印刷過程中變干。通常電路板和元器件的加熱速率為1-3℃/s連續(xù)上升，如果過快會產(chǎn)生熱沖擊，電路板和元器件都可能受損，如陶瓷電容的細(xì)微裂紋。而溫度上升太慢，錫膏會感溫過度，溶劑揮發(fā)不充分，影響焊接質(zhì)量。通常零件制造商會推薦加熱速率的極限值，一般都規(guī)定一個最大的值4℃/s以防止熱應(yīng)力造成的零件損壞，更普遍的加熱速率一般是1-3℃/s。

4.2預(yù)熱恒溫區(qū)溫度與時間分析優(yōu)化。預(yù)熱恒溫區(qū)最主要的目的是保證電路板上的全部元件在進(jìn)入焊接區(qū)之前達(dá)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(dǎo)致助焊劑的喪失，導(dǎo)致在焊接區(qū)器件與焊料無法充分的結(jié)合與潤濕，減弱焊膏的上錫能力，太快的溫度上升速率會導(dǎo)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(yù)熱溫度的不平衡，從而導(dǎo)致不沾錫、焊后斷開、焊點(diǎn)空洞等缺陷，所以應(yīng)根據(jù)電路板的設(shè)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。一般保溫區(qū)的溫度在150-200℃之間，上升的速率低于2℃/s，這個區(qū)的加熱時間一般占整個溫度曲線時間的30%～50%。

4.3焊接區(qū)溫度與時間分析優(yōu)化。焊接區(qū)是把電路板帶入鉛錫粉末熔點(diǎn)之上，讓鉛錫粉末微粒結(jié)合成一個錫球并使被焊金屬表面充分潤濕。結(jié)合和潤濕是在助焊劑幫助下進(jìn)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電路板承受熱損傷，并可能引起鉛錫粉末再氧化加速、焊膏殘留物燒焦、電路板變色、元件失去功能等問題的產(chǎn)生。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(jī)率，因此應(yīng)通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)找到理想的峰值與時間的最佳結(jié)合。在焊接區(qū)曲線的峰值一般為210-230℃，超過鉛錫合金熔點(diǎn)溫度179℃的持續(xù)時間應(yīng)維持在20-30s之間。這個區(qū)的加熱速率一般為1.2-3.5℃/s，加熱時間一般占整個溫度曲線時間的30%～50%。

4.4冷卻區(qū)溫度與時間分析優(yōu)化。冷卻區(qū)焊膏中的鉛錫粉末已經(jīng)熔化并充分潤濕了被焊接表面，快速度地冷卻會得到明亮的焊點(diǎn)并有好的外形及合適的接觸角度。緩慢冷卻會使板材溶于焊錫中而生成灰暗和毛糙的焊點(diǎn)，并可能引起沾錫不良以及減弱焊點(diǎn)結(jié)合力的問題。冷卻區(qū)降溫速率一般為3～10℃/s，冷卻至75℃即可，此區(qū)冷卻時間占整個溫度曲線時間的15%左右。

五、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不短發(fā)展，SMT生產(chǎn)工藝也不斷得到完善，對性價比和生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行綜合的考慮。根據(jù)回流焊原理，設(shè)置及優(yōu)化好合理的溫度曲線是保證焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。通過對溫度曲線的建立，可以為回流爐參數(shù)的設(shè)置提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)，不合理的溫度曲線會出現(xiàn)虛焊、立碑、錫球多等焊接缺陷，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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