| 词条 | 回流焊 |
| 释义 | 回流焊技术在电子制造领域并不陌生，我们电脑内使用的各种板卡上的元件都是通过这种工艺焊接到线路板上的，这种设备的内部有一个加热电路，将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。这种工艺的优势是温度易于控制，焊接过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。 简介由于电子产品PCB板不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。首先在混合集成电路板组装中采用了回流焊工艺，组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感，贴装型晶体管及二极管等。随着SMT整个技术发展日趋完善，多种贴片元件（SMC）和贴装器件(SMD)的出现，作为贴装技术一部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展，其应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用，而回流焊技术，围绕着设备的改进也经历以下发展阶段。 回流焊接设备进化的原因: 热传递效率和焊接的可靠性的不断提升! 第一代回流焊:热板传导回流焊设备(热传递效率最慢:5-30 W/m2K(不同材质的加热效率不一样),有阴影效应,.) 第二代回流焊:红外热辐射回流焊设备 (热传递效率慢:5-30W/m2K(不同材质的红外辐射效率不一样),有阴影效应,元器件的颜色对吸热量有大的影响.) 第三代回流焊:热风回流焊设备 (热传递效率比较高:10-50 W/m2K,无阴影效应,颜色对吸热量没有影响.) 第四代回流焊:(气相回流焊接)系统 (热传递效率高:200-300 W/m2K,无阴影效应,焊接过程需要上下运动.冷却效果差.) 第五代回流焊:真空蒸汽冷凝焊接(真空汽相焊)系统 (密闭空间的无空洞焊接,热传递效率最高:300 W-500W/m2K,焊接过程保持静止无震动.冷却效果优秀.颜色对吸热量没有影响.) 目前最完美的焊接系统! 热板传导回流焊这类回流焊炉依靠传送带或推板下的热源加热，通过热传导的方式加热基板上的元件，用于采用陶瓷（Al2O3）基板厚膜电路的单面组装，陶瓷基板上只有贴放在传送带上才能得到足够的热量，其结构简单，价格便宜。我国的一些厚膜电路厂在80年代初曾引进过此类设备。 红外线辐射回流焊：此类回流焊炉也多为传送带式，但传送带仅起支托、传送基板的作用，其加热方式主要依红外线热源以辐射方式加热，炉膛内的温度比前一种方式均匀，网孔较大，适于对双面组装的基板进行回流焊接加热。这类回流焊炉可以说是回流焊炉的基本型。在我国使用的很多，价格也比较便宜。 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，单纯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，单纯加热时，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的回流焊炉在国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，得到较好的焊接质量 得到更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之别的。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，完整无误的分析往往会揭示氮气引入并没有增加最终成本，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，很重要的一点就是要用隔板，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，另外一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纯度上。 双面回流焊双面PCB已经相当普及，并在逐渐变得复杂起来，它得以如此普及，主要原因是它给设计者提供了极为良好的弹性空间，从而设计出更为小巧，紧凑的低成本的产品。到今天为止，双面板一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）。目前的一个趋势倾向于双面回流焊，但是这个工艺制程仍存在一些问题。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：一种是用胶来粘住第一面元件，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，在做第一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最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之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准，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之中。勿容置疑，在未来的几年，双面板会陆续在数量上和复杂性性上有很大发展 无铅回流焊无铅回流焊属于回流焊的一种。早期回流焊的焊料都是用含铅的材料。随着环保思想的深入，人们越来越重视无铅技术。在材料上，尤其是焊料上的变化最大。而在工艺方面，影响最大的是焊接工艺。这主要来自焊料合金的特性以及相应助焊剂的不同所造成的。 无铅回流焊即使不采用‘drop-in’工艺，无铅焊接由于温度较高的原因，使整个工艺窗口缩小了许多。这意味着无铅焊接的质量保证更困难。而事实上，安泰信无铅回流焊在无铅技术上将工艺控制得和锡铅技术一样好，或甚至比以前锡铅技术还好。 真空汽相回流焊随着电子产品(包括微电子产品)的发展，大量的小型表面贴焊元器件已广泛应用在产品中，传统的普通热风回流焊工艺已经远远不能满足产品生产和质量的要求，采用先进的电装工艺技术刻不容缓。真空汽相回流焊接系统是一种先进电子焊接技术，是欧美高端焊接领域:汽车电子,航空航天企业主要的电子焊接工艺手段。和传统回流焊电子焊接技术比较，这种新工艺具有可靠性高，焊点无空洞，组装密度高，抗振能力强，焊点缺陷率低，高频特性好，无需保养维护等特点。因此，是提高产品焊接质量，提高生产效率，解决产品焊接品质问题的一种有效方法。 气相再流焊是利用热媒介质蒸气冷凝转化成液体的过程中释放出大量的热，用来加热组装件，迅速提高组装件的温度。对气相焊接而言，传热系数达到300 -500W/m2K的数量级，而强制对流焊（空气或氮气）的传热系数一般较小，是它的几十分之一。在介质状态变化（气相转变）过程中，在PCBA表面上的温度始终保持恒定。因此组件均匀加热，与电路板的形状和设计无关。然而，由于传热很快，必须注意保证加热速度不能超过焊膏和元件供应商推荐的温度——通常最高是每秒2℃至3℃。选择一种沸点适中的液体，就能够把电路板和元件的最高温度控制在很小的温差（ΔT）范围内。气相再流焊工艺的优点就是ΔT小，特别是对于无铅焊接，它的工艺窗口一般较窄。这也可以避免出现元件过度加热的风险，因为印刷电路板和元件的温度不会超过所选择的焊液的沸点。最后，因为在焊接工艺中使用的液体不会发生化学反应，也就不需要再用惰性氛围来焊接了。这些是气相再流焊比强制对流焊炉更强的三个主要优点。 传统的气相再流焊 至今，其他厂家的气相再流焊系统都使用垂直槽。在一个槽里，把合适的液体加热到沸点，在液体上方产生蒸汽。把需要焊接的PCBA放到蒸汽里，蒸汽就会在温度较低的印刷电路板和组件上迅速凝结。此时的凝结速度是不容易控制的。没有办法影响加热速度。再流焊过程中控制加热（和冷却）速度受到垂直槽的限制。 在过去，人们用不同的方法来解决如何影响加热速度的问题。通常会在蒸汽区前设置另外的加热区，通过辐射或对流的办法预热组装件。这种方法的缺点是，在决定性（最高）焊接阶段，无法明显地左右温度的变化。如果在预热阶段使用红外（辐射）加热，就会造成加热不均匀，再流焊之前，元件之间就存在很大的温差。 在再流焊过程中用来控制温度上升速度的另一个办法是把组装件按顺序垂直地浸入蒸汽中。组装件浸入蒸汽层越深，能够得到的蒸汽就越多。在这个过程中，不需要考虑蒸汽（这是一种气体）和周围空气的接触面是否一致（是否是平的）。 把组装件浸入蒸汽层可能会产生湍流，并导致蒸汽与周围空气部分混合。一方面，这会导致蒸汽凝结量不可预测，另一方面，蒸汽凝结温度也会因为局部混入空气的压力曲线而改变。这个过程受到温度变化可重复性的限制。在再流焊之前，最好不要上下移动组装件。传统气相再流焊的局限性是： 在再流焊过程中控制温度上升速度的能力受到限制； 垂直传送印刷电路板难以适应生产线的要求； 在再流焊之前，垂直移动PCBA； 由于要消耗焊接介质（蒸汽损耗），运营成本高； 难以和真空（无气泡）焊接工艺相结合。 喷射法 独有的喷射法是专门为了解决垂直槽法的局限性而研制的。它先用横向传送带把组件送到处理腔中，然后把处理腔密封起来。处理腔的底面和侧面有加热元件，可以把处理腔内表面加热到预先设定的温度。然后，把一定数量的液体介质氟油喷入处理腔中。当液体接触到处理腔的内表面，就会沸腾并形成蒸汽雾。测量喷入腔内的液体数量，就能够控制加热速度并根据每一种PCBA的受热特性进行调节。加热速度与腔内的蒸汽量成正比（图2）。在这个过程中，用真空泵从处理腔内抽出一部分蒸汽，也能够在再流焊之前降低加热速度，形成不同类型的温度曲线（马鞍型和直线型）。也可以通过编程来控制在再流焊之后的抽出蒸汽的速度，从而控制冷却的速度，一般是每秒2℃至3℃。抽出来的蒸汽再次凝结、滤去助焊剂，再回到存储槽中。整个过程的循环时间和对流再流焊炉相差无几。这个工艺也与市场上的锡铅和无铅焊膏兼容。有不同等级的氟油液体，根据工艺要求，沸点在210℃到260℃之间。 一般而言，大多数气相再流焊适合于小批量生产。使用喷射技术的系统足以满足这类生产的要求，然而，因为它使用的是水平传输系统，所以这种技术也可以很容易地用到产量较高的在线生产中。在线系统的传送带既可以是单向的也可是双向的。对在线系统而言，输入传送带一边接收多个印刷电路板，一边就把它们送给处理腔。在同一时间内，处理腔里的印刷电路板的数量取决于电路板长度。当再流焊工艺完成时，把焊接好的印刷电路板送到输出传送带上，在传送到下一个工艺之前，需要把它们冷却到安全的温度上。 真空焊接 气相再流焊系统可以在焊接后形成真空，能够清除熔融焊点中的气泡。因为基于喷射技术的气相再流焊系统在焊接过程中使用密封腔，这就很容易把真空处理纳入到这个工艺中去。在压力小于2毫巴的真空中，能够得到优良的无气泡焊点。在生产用于高功率产品的组装件时这个功能非常有用，对于这些产品，把元件的热量有效地传给电路板十分重要。除去焊点中大量的气泡能够保证这些组装件的性能可靠。 真空度可以是固定的也可以是变化的。利用变化的真空度可以让大气泡逐步移到焊盘的外缘，防止焊点飞溅。在焊接和真空处理过程中，组装件固定在密闭处理腔内。使用垂直槽的传统系统，要求在液相阶段把电路板垂直传送到它的上面，形成密封腔，然后进行真空处理。在再流焊结束之前，最好不要移动组件，增加这一步也会增加整个工艺的循环时间。 关于成本的考虑 在成本方面，与对流再流系统相比，气相再流焊系统有若干优点，其中有功耗较低（一般为5－7千瓦），不需要使用氮气来进行惰性氛围焊接。 长期以来，气相再流焊系统的运作成本之所以高，是因为焊接介质液体会因蒸发而损失以及再流焊后电路板不能完全干燥。而基于喷射技术的系统是封闭的，可以防止蒸汽逃逸到周围环境中。所以，这些系统的损耗率低，每个循环消耗的液体一般在1克至1.5克。 氟油液体的价格约为每加仑650美元（一加仑是6850 克），以此计算，每个再流循环需要0.10美元。由于液体是惰性而且无毒的，因此，处理废物的费用也是最低的。而且，由于处理腔并不总是装着液体，所以可以根据需要定期清洗。 结论 因为气相再流焊的传热特性好，所以最适合用来焊接批量大、热处理困难的组装件。对于工艺窗口较窄的无铅焊接，气相再流焊是理想的工艺。气相再流焊技术的最新发展提高了工艺的灵活性并降低了运作成本。如今，欧美军工企业普遍使用了真空气相再流焊来焊接他们产品。使得军用电子产品的寿命和可靠性能满足日益苛刻的使用要求。 温度曲线的建立温度曲线是指SMA通过回流炉时，SMA上某一点的温度随时间变化的曲线。温度曲线提供了一种直观的方法，来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得最佳的可焊性，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。 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，一般规定最大速度为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。 保温段保温段是指温度从120℃-150℃升至焊膏熔点的区域。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上所有元件在这一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。 回流段在这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的温度快速上升至峰值温度。在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同，一般推荐为焊膏的熔点温度加上20-40℃。对于熔点为183℃的63Sn/37Pb焊膏和熔点为179℃的Sn62/Pb36/Ag2焊膏，峰值温度一般为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“尖端区”覆盖的面积最小。 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。在极端的情形下，它能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段降温速率一般为3-10℃/s，冷却至75℃即可。 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，当预热温度在几十至一百度范围内，作为焊料中成分之一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元件端电极是否平整良好，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。 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，电极端一边的焊料完全熔融后获得良好的湿润，而另一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元件的外部电极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一个因素。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之前，均衡加热不可出现波动。 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的外部电极，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。 无铅焊接的五个步骤： 1选择适当的材料和方法 在无铅焊接工艺中，焊接材料的选择是最具挑战性的。因为对于无铅焊接工艺来说，无铅焊料、焊膏、助焊剂等材料的选择是最关键的，也是最困难的。在选择这些材料时还要考虑到焊接元件的类型、线路板的类型，以及它们的表面涂敷状况。选择的这些材料应该是在自己的研究中证明了的，或是权威机构或文献推荐的，或是已有使用的经验。把这些材料列成表以备在工艺试验中进行试验，以对它们进行深入的研究，了解其对工艺的各方面的影响。 对于焊接方法，要根据自己的实际情况进行选择，如元件类型：表面安装元件、通孔插装元件；线路板的情况；板上元件的多少及分布情况等。对于表面安装元件的焊接，需采用回流焊的方法；对于通孔插装元件，可根据情况选择波峰焊、浸焊或喷焊法来进行焊接。波峰焊更适合于整块板(大型)上通孔插装元件的焊接；浸焊更适合于整块板(小型)上或板上局部区域通孔插装元件的焊接；局喷焊剂更适合于板上个别元件或少量通孔插装元件的焊接。另外，还要注意的是，无铅焊接的整个过程比含铅焊料的要长，而且所需的焊接温度要高，这是由于无铅焊料的熔点比含铅焊料的高，而它的浸润性又要差一些的缘故。 在焊接方法选择好后，其焊接工艺的类型就确定了。这时就要根据焊接工艺要求选择设备及相关的工艺控制和工艺检查仪器，或进行升级。焊接设备及相关仪器的选择跟焊接材料的选择一样，也是相当关键的。 2确定工艺路线和工艺条件 在第一步完成后，就可以对所选的焊接材料进行焊接工艺试验。通过试验确定工艺路线和工艺条件。在试验中，需要对列表选出的焊接材料进行充分的试验，以了解其特性及对工艺的影响。这一步的目的是开发出无铅焊接的样品。 3开发健全焊接工艺 这一步是第二步的继续。它是对第二步在工艺试验中收集到的试验数据进行分析，进而改进材料、设备或改变工艺，以便获得在实验室条件下的健全工艺。在这一步还要弄清无铅合金焊接工艺可能产生的沾染知道如何预防、测定各种焊接特性的工序能力(CPK)值，以及与原有的锡/铅工艺进行比较。通过这些研究，就可开发出焊接工艺的检查和测试程序，同时也可找出一些工艺失控的处理方法。 4. 还需要对焊接样品进行可靠性试验，以鉴定产品的质量是否达到要求。如果达不到要求，需找出原因并进行解决，直到达到要求为止。一旦焊接产品的可靠性达到要求，无铅焊接工艺的开发就获得成功，这个工艺就为规模生产做好了准准备就绪后的操作一切准备就绪，现在就可以从样品生产转变到工业化生产。在这时，仍需要对工艺进行****以维持工艺处于受控状态。 5 控制和改进工艺 无铅焊接工艺是一个动态变化的舞台。工厂必须警惕可能出现的各种问题以避免出现工艺失控，同时也还需要不断地改进工艺，以使产品的质量和合格晶率不断得到提高。对于任何无铅焊接工艺来说，改进焊接材料，以及更新设备都可改进产品的焊接性能。 工艺简介通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。 1、回流焊流程介绍 回流焊加工的为表面贴装的板，其流程比较复杂，可分为两种：单面贴装、双面贴装。 A，单面贴装：预涂锡膏 →贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） → 回流焊 → 检查及电测试。 B，双面贴装：A面预涂锡膏 → 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） → 回流焊 →B面预涂锡膏 →贴片（分为手工贴装和机器自动贴装）→ 回流焊 → 检查及电测试。 2、PCB质量对回流焊工艺的影响。 3、焊盘镀层厚度不够，导致焊接不良。 需贴装元件的焊盘表面镀层厚度不够，如锡厚不够，将导致高温下熔融时锡不够，元件与焊盘不能很好地焊接。对于焊盘表面锡厚我们的经验是应>100μ''。 4、焊盘表面脏，造成锡层不浸润。 板面清洗不干净，如金板未过清洗线等，将造成焊盘表面杂质残留。焊接不良。 5、湿膜偏位上焊盘，引起焊接不良。 湿膜偏位上需贴装元件的焊盘，也将引起焊接不良。 6、焊盘残缺，引起元件焊不上或焊不牢。 7、BGA焊盘显影不净，有湿膜或杂质残留，引起贴装时不上锡而发生虚焊。 8、BGA处塞孔突出，造成BGA元件与焊盘接触不充分，易开路。 9、BGA处阻焊套得过大，导致焊盘连接的线路露铜，BGA贴片的发生短路。 10、定位孔与图形间距不符合要求，造成印锡膏偏位而短路。 11、IC脚较密的IC焊盘间绿油桥断，造成印锡膏不良而短路。 12、IC旁的过孔塞孔突出，引起IC贴装不上。 13、单元之间的邮票孔断裂，无法印锡膏。 14、钻错打叉板对应的识别光点，自动贴件时贴错，造成浪费。 15、NPTH孔二次钻，引起定位孔偏差较大，导致印锡膏偏。 16、光点（IC或BGA旁），需平整、哑光、无缺口。否则机器无法顺利识别，不能自动贴件。 17、手机板不允许返沉镍金，否则镍厚严重不均。影响信号。 回流焊的温度曲线通过对回流焊温度曲线的分段描述，理解焊膏各成分在回流炉中不同阶段所发生的变化，给出获得最佳温度曲线的一些基本数据，并分析不良温度曲线可能造成的回流焊接缺陷。 在SMT生产流程中，回流炉参数设置的好坏是影响焊接质量的关键，通过温度曲线，可以为回流炉参数的设置提供准确的理论依据，在大多数情况下，温度的分布受组装电路板的特性、焊膏特性和所用回流炉能力的影响。为充分理解焊膏在回流焊接的不同阶段会发生什么，产生的温度分布对焊膏组成成分的影响，以下先介绍焊膏的组成成分及其特性，再介绍获得温度曲线的方法，然后对温度曲线进行较为详细的分段简析，最后列表分析不良温度曲线可能造成的回流焊接缺陷。 (1)冷却段 这一段焊膏中的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被焊接表面，快速度地冷却会得到明亮的焊点并有好的外形及低的接触角度，缓慢冷却会使板材溶于焊锡中，而生成灰暗和毛糙的焊点，并可能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。 (2)回流焊接段 这一段把电路板带入铅锡粉末熔点之上，让铅锡粉末微粒结合成一个锡球并让被焊金属表面充分润湿。结合和润湿是在助焊剂帮助下进行的，温度越高助焊剂效率越高，粘度及表面张力则随温度的升高而下降，这促使焊锡更快地湿润。但过高的温度可能使板子承受热损伤，并可能引起铅锡粉末再氧化加速、焊膏残留物烧焦、板子变色、元件失去功能等问题，而过低的温度会使助焊剂效率低下，可能使铅锡粉末处于非焊接状态而增加生焊、虚焊发生的机率，因此应找到理想的峰值与时间的最佳结合，一般应使曲线的尖端区覆盖面积最小。曲线的峰值一般为210℃－230℃，达到峰值温度的持续时间为3－5秒，超过铅锡合金熔点温度183℃的持续时间维持在20－30秒之间。 (3)保温段 溶剂的沸点在125－150℃之间，从保温段开始溶剂将不断蒸发，树脂或松香在70－100℃开始软化和流动，一旦熔化，树脂或松香能在被焊表面迅速扩散，溶解于其中的活性剂随之流动并与铅锡粉末的表面氧化物进行反应，以确保铅锡粉末在焊接段熔焊时是清洁的。保温段的更主要目的是保证电路板上的全部元件在进入焊接段之前达到相同的温度，电路板上的元件吸热能力通常有很大差别，有时需延长保温周期，但是太长的保温周期可能导致助焊剂的丧失，以致在熔焊区无法充分的结合与润湿，减弱焊膏的上锡能力，太快的温度上升速率会导致溶剂的快速气化，可能引起吹孔、锡珠等缺陷，而过短的保温周期又无法使活性剂充分发挥功效，也可能造成整个电路板预热温度的不平衡，从而导致不沾锡、焊后断开、焊点空洞等缺陷，所以应根据电路板的设计情况及回流炉的对流加热能力来决定保温周期的长短及温度值。一般保温段的温度在100－160℃之间,上升的速率低于每秒2度，并在150℃左右有一个0.5－1分钟左右的平台有助于把焊接段的尖端区域降低到最小。 (4)预热段 该段的目的是把室温的电路板尽快加热，但快速的加热不能快到板子或零件的损坏及导致助焊剂中溶剂的丧失，通常的加热速率为1－3℃/秒。 在实际生产中，并不能要求所选择每一点的曲线均达到较为理想的情况，有时由于元件密度、所承受的最高温度的不同及热特性的具大差异或由于板材的不同及回流炉能力的限制，会导致有些点的温度曲线无法满足要求，这时必须综合各元件对整个电路板功能的影响而选择最为有利的回流参数。 回流焊解决方案系统概述回流焊又称“再流焊”或“再流焊机”或“回流炉”（Reflow Oven）,它是通过提供一种加热环境，使焊锡膏受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠地结合在一起的设备。根据技术的发展分为：气相回流焊、红外回流焊、远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。另外根据焊接特殊的需要，含有充氮的回流焊炉。目前比较流行和实用的大多是远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。根据形状可以分为台式回流焊炉和立式回流焊炉，简要介绍这两种。 1、台式回流焊炉 台式设备适合中小批量的PCB组装生产，性能稳定、价格经济（大约在4-8万人民币之间），国内私营企业及部分国营单位用的较多。 2、立式回流焊炉 立式备型号较多，适合各种不同需求用户的PCB组装生产。设备高中低档都有，性能也相差较多，价格也高低不等（大约在8-80万人民币之间）。国内研究所、外企、知名企业用的较多。 本回流焊解决方案是广东某设备有限公司采用研祥“EVOC”工控机及其有关自动化板卡所组成IPC+SSR的氮气保护无铅EP系列热风台式回流焊机。该系统使用独特的小循环设计，使每个温区独立热风循环加热。电脑分析资料库,可存储客户所有的资料,并配有不同的温度曲线图,使温度设定资料以供参考，可以实现全自动检测功能,能自动检测链条运作情况,及超高低温声光报警功能。经过测试该系统运行稳定可靠，得到用户的一致好评；该系统还可以应用于工业过程控制等领域。 系统构成1、系统需要一个控制中心 功能： 监视整个回流焊工作机的工作情况。 进行常规的设置和控制操作。 执行管理功能，负责全部工作部分的调度、分配、安排，使其良好运行。 2、整个系统所完成的任务 进行常规或是预定的监控功能；如：温度检测、调节与控制，传输速度、方向的检测与控制等功能。 全自动检测功能，能自动超高低温声光报警功能。 直接快速的达到控制及分析功能。 系统采用双面供温技术，减小PCB板弯曲变形现象，对温度控制精度要求高。3、系统主要需求 开关量反馈的输入通道（信号采集） 开关量的输出通道（控制SSR） 串口输出控制变频器（控制传输带的速度） 模拟量的输出（控制热风机、实现温控） 模拟量的输入（热电偶信号输入） 系统设计为实现上述所有功能，并且希望得到整个控制系统的高可靠性、高稳定性、强抗干扰能力的综合效果，最终选择了研祥公司“EVOC”工控机加自动化板卡，组成IPC+SSR系统，实现回流焊中所有温度检测与控制、机械传输方向与速度控制、温度报警、N2浓度检测等参数控制。整个系统的系统结构图如下图所示：系统结构图 系统配置名称 型号 数量 说明 工控机 FSC－1621VD/IPC－6114P4/ IPC－810 1 系统控制中心 采集卡 PCL－836（A） 1 计数器用 采集卡 PCL－726 1 输出模拟控制信号、信号I/O 采集卡 PCL－734 1 隔离DO控制SSR 采集卡 PCL－812PG 2 信号采集、A/D转换与控制 端子板 PCLD－789D 1 热电偶采集信号输入 系统特点整个系统均采用研祥一家的工控设备，体现了很好的稳定性和兼容性、可靠性、以及提高了整个系统的抗干扰性，使系统能够良好运行。 系统对温度控制采用进行全方位的动态恒温储能板装置，减小温区中的温差效应；同时使用双面供温技术，可以减小并防止PCB板弯曲变形现象。 系统具有全自动检测功能，能自动检测链条运作情况，及超高低温声光报警功能。 系统采用进口N2流量计，通过数据采集与控制卡，可以保证精确对N2浓度的控制。 系统具有电脑分析资料库，可存储客户所有的资料，并配有不同的温度曲线图。 该系统得到了成功应用，又是研祥产品在智能设备中成功应用的又一例。【系统相关产品详细介绍】 1、FSC－1621VD嵌入式CPU卡 FSC-1621VD采用 Socket 370主流架构，支持最新133MHz FSB的处理器，内置AGP显示控制器，8MB独立显存支持3D/2D图形加速；板上带有ISA总线高驱动,最大驱动能力高达64mA，PCI IDE接口支持ATA-66；具有串口15000V静电保护。 FSC-1621VD是一款高性能的全长工业主板,配合EVOC多款工业机箱可广泛应用于网络、视频、交通、银行等各行业。 产品规格： 总线类型 - PICMG PCI/ISA总线 处理器 - 支持Socket370结构PPGA Celeron/PIII 系统芯片集 - VIA Pro133,支持66MHz/100MHz/133MHz FSB 系统内存 - 168pin X 2,最大512MB 内存速度与CPU FSB可以不一致 BIOS - 最新Award Modular PnP6.0 Ver 6.0, VGA/AGP - SIS6326 AGP 2X 3D/2D图形加速控制器，8MB显存 ISA驱动 - ISA总线高驱动，最大64mA PCI IDE - 双Ultra 33/66 IDE控制器连接四个IDE设备 IDE控制器 - 扩展Promise ATA100 IDE RAID控制器，可支持ATA100冗余磁盘阵列 USB - 两个USB 多I/O接口 - W83977 I/O接口芯片，一个FDD接口、一个并口、 二个RS-23215KV静电保护、一个IrDA红外接口、 一个PS/2 键盘和PS/2鼠标接口 看门狗定时器 - 0～30秒，16级 硬件监测 - Winbond W83782D系统状态，监测电压、温度、风扇速度 固态盘接口 - M-system DiskOnChip 电子盘 电源 - 5V、12V，支持AT/ATX电源 外形尺寸 - 338mm X 122mm 工作温度 - 0~60℃ 相对湿度 - 5%--90%，非凝结 2、PCL－836(A)6通道计数器/定时器卡 PCL－836（A）具有6个独立的16计数器，数字滤波降低噪音，二进制或是BCD计数，可选择中断输入通道，高达10MHz的输入频率；同时具有16个TTL兼容的数字量输入与16个TTL兼容的数字量输出通道；寄存器结构兼容Advantech的PCL－836。 3、PCL－726高级6通道电压/电流输出卡 PCL－726提供6通道的模拟量输出，16通道数字量输入和16通道数字量输出，适用于IBM个人计算机和兼 容机。它是为工业控制应用的恶劣环境中要求12位分辨率的模拟输出而设计的。它设计紧凑，板上的元件都是SMT类型，提高了卡的可靠性和质量。4、PCL－734隔离数字量输出卡 PCL－734是32通道隔离数字量输出卡，最高频率10KHz，高驱动能力，1000VDC隔离电压。宽输出工作范围5－40VDC。 5、PCL－812PG加强型多功能数据采集卡 产品特性： 12位模拟输入分辨率 最高至100KHz A/D采样速率 16路单端 双极性输入信号 可编程选择增益 芯片带彩样/保持 2个12位单片集成电路多通道模拟输出 16路数字输入/输出通道3个独立的可编程16位递减计数器 3种A/D触发模式: 软件触发,可编程定时触发和外部缓冲触发 DC-DC积分转换器提供稳定的模拟电源 AT总线, 带9级IRQ 37芯D型接口，紧凑型半长PCB 6、PCLD－789D热电偶输入端子板 PCLD-789D是一个螺丝终端/信号调整/通道多路选通板。它是为配合不同的EVOC A/D板, 特别是热电耦和底层应用而设计的数据采集附件。PCLD-789D 提供DB-37和20芯扁平电缆接口, 使你的A/D板不用另外数字输出电缆来选择通道,最多可接128通道.高性能的仪表放大器提供跳线可选增益1,10,50,100,200和1,000。板上预留位子给滤波器, 衰减器和测量电流。所有模拟量 输入均提供方便的小型螺丝接口条接口。 热电耦测量可由PCLD-789D轻松处理。面板包括冷端检测和补偿电路,允许对热电耦传感器进行直接测量。所有类型的热电耦可由软件进行线性化处理。 回流焊工艺发展沿革由于电子产品不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。首先在混合集成电 路组装中采用了回流焊工艺，组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感，贴装型晶体管及二极管等。随着SMT整个技术发展日趋完善，多种贴片元件（SMC）和贴装器件(SMD)的出现，作为贴装技术一部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展，其应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用，而回流焊技术，围绕着设备的改进也经历以下发展阶段。 1． 热板（Hot-plate）及推板式热板传导回流焊： 这类回流焊炉依靠传送带或推板下的热源加热，通过热传导的方式加热基板上的元件，用于采用陶瓷（Al2O3）基板厚膜电路的单面组装，陶瓷基板上只有贴放在传送带上才能得到足够的热量，其结构简单，价格便宜。我国的一些厚膜电路厂在80年代初曾引进过此类设备。 2． 红外线辐射回流焊： 此类回流焊炉也多为传送带式，但传送带仅起支托、传送基板的作用，其加热方式主要依红外线热源以辐射方式加热，炉膛内的温度比前一种方式均匀，网孔较大，适于对双面组装的基板进行回流焊接加热。这类回流焊炉可以说是回流焊炉的基本型。在我国使用的很多，价格也比较便宜。 3． 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，单纯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，单纯加热时，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的回流焊炉在国际上曾使用得很普遍。 4． 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之别的。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，完整无误的分析往往会揭示氮气引入并没有增加最终成本，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，很重要的一点就是要用隔板，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，另外一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纯度上。 5． 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极为良好的弹性空间，从而设计出更为小巧，紧凑的低成本的产品。到今天为止，双面板一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）。目前的一个趋势倾向于双面回流焊，但是这个工艺制程仍存在一些问题。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：一种是用胶来粘住第一面元件，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，在做第一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最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之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准，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之中。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。 6． 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混装技术中的一个工艺环节。一个最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，需要一个有效的助焊剂残留清除装置。另外一点是许多连接器并 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一般表面贴装元件与具有复杂几何外观的通孔连接器同在一块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一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。 7． 无铅回流焊 出于对环保的考虑，铅在21世纪将会被严格限用。虽然电子工业中用铅较极小，不到全部用量1%，但也属于禁用之列，在未来的几年中将会被逐步淘汰。现在正在开发可靠而又经济的无铅焊料。目前开发出多种替代品一般都具有比锡铅合金高40C左右的熔点温度，这就意味着回流焊必须在更高的温度下进行。氮气保护可以部分消附除因温度提高而增加的氧化和对PCB本身的损伤。不过工业界大概必须经这一个痛苦的学习期来解决所遇到的问题，工尽快应用该制程，时间已经所省不多，现在所使用的许多炉子被设计成高不超出3000C的作业温度，对于无铅焊料或非共溶点焊锡（用于BGA，双面板等）来讲，则需要更高的炉子温度，这些新的制程通常要求回流区中的温度达到3500C～4000C，炉子的设计必须更改以满足这样的要求，机器中的热敏感部件必须被修改，或者要采取措施防止热量向这些部件传递。 8． 连续柔性板回流焊 特殊的炉子已经被开发出来处理贴装有SMT元件的连续柔性板。与普通回流炉最大不同点是这种炉子需要特制的轨道来传递柔性板。当然，这种炉子也需要能处理连续板的问题。对于分离的PCB板来讲，炉中的流量与前几段工位的状况无依赖关系，但是对于成卷连续的柔性板，柔性板在整条线上是连续的，线上任何一个特殊问题，停顿就意味着全线必须停顿，这样就产生一个特殊问题，停顿在炉子中的部分会因过热而损坏，因此，这样的炉子必须具备应变随机停顿的能力，继续处理完该段柔性板，并在全线恢复连续运转时回到正常工作状态。 9． 垂直烘炉技术 市场对于缩小体积的需求，使CSP（如FLIP CHIP）得到较多应用，这样元件贴装后具有更小的占地面积和更高的信号传递速率。填充或灌胶被用来加强焊点结构使其能抵受住由于硅片与PCB材料的热膨胀系数不一致而产生的应力，一般常会采用上滴或围填法来把晶片用胶封起来。许多这样的封装胶都需要很长的固化时间，对于在线生产的炉子来讲是不现实的，通常会使用成批处理的烘炉，但是垂直烘炉已经被证明可以成功地进行固化过程，并且其温度曲线比普通回流炉更为简单，垂直烘炉使用一个PCB传输系统来扮演缓冲区/堆积区的作用，这样就延长了PCB板在一个小占地面积的烘炉中驻留的时间。以上我们介绍了围绕着设备改进、回流焊装备的发展沿革。实事上回流焊工艺的发展收到以下两方面的推动： 1． 电子产品向短、小、轻、薄化发展。组装高密度化，SMC/SMD微细间距化，SMC/SMD品种规格系列化，特别是异型元件与机电元件日益增多，这诸多的新发展迫使作为SMT中的重要工艺??回流焊工艺亦面临着挑战，需要不断地发展和完善以提高焊接质量和成品率。 2． 人类文明发展到今天，控制三废（废气、废料、废水）保护环境已成为共识。传统的锡膏中含有助焊剂，其焊接后的残留物需要用氟里昂（CFC）及丙酮等溶剂来清洗，而这些溶剂都会对环境造成污染，为了避免污染相应出现了水清洗工艺和免清洗工艺还有新型焊锡膏。 |
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