回流焊曲线讲解
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2.2 锡珠
产生原因:锡珠的产生多发生在焊接过程中的加热急速而 使焊料飞散所致,另外与焊料的印刷错位、塌边、污染等 也有关系。主要产生原因有以下几种情况: 1)炉温曲线预热区温度过高,预热速度过快 2)焊盘设计(跨距太小) 3)钢网开孔(可根据实际情况做内切和避锡珠处理) 4)锡膏、PCB或元器件有水份
2.5 空焊 空焊产生的原因常见的有以下几种: 1)回焊炉预热区升温太快 2)印刷偏移或贴装偏移 3)锡膏活性较弱 4)PCB焊盘、元器件被污染或者氧化 5)焊盘设计不合理
The End
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2011/10/13
1.3.1加热区数目的因素
对加热区多的回流炉(12个加热区),由于每一 个炉区都能单独设定炉温,因此调整回流温度曲 线比较容易。对要求较复杂的回流曲线同样可以 做到。但短炉子(4个加热区),因为它只有四个 可调温区,要想得到复杂的曲线比较难,但对于 没有特别要求的SMT焊接,短炉子也能满足要求, 而且价钱便宜。另一个方面,长炉子的优点是传 送带的带速可以比短炉子提高至少1倍以上,这样 长炉的产量至少能达到短炉的1倍以上。当大批量 生产线追求产能时,这一点是至关重要的。
2.4 连锡(短路)
连锡的发生原因,大多是焊料过量或焊料印刷后严重塌边,或 是基板焊区尺寸超差,SMD贴装偏移等引起的,在SOP、QFP 电路趋向微细化阶段,连锡会造成短路,影响产品使用。 常 见的连锡产生原因有以下几种情况: 1)预热区升温太快,锡膏过回流炉时飞贱到元件引脚上形成 连锡,预热区升温太快也会使锡膏塌陷,引起短路 2)焊盘设计不合理 3)锡膏印刷过厚或塌边严重 4)元件贴装偏移 5)回流炉震动太大 6) 钢网开孔不合理
1.1.4 冷却阶段
冷却阶段的重要性往往被忽视。好的冷却 过程对焊接的最后结果也起着关键作用。 好的焊点应该是光亮的,平滑的。而如果 冷却效果不好,会产生很多问题诸如元件 翘起,焊点发暗,焊点表面不光滑,以及 会造成金属间化合物层增厚等问题。因此 回流焊接必须提供良好的冷却曲线,既不 能过慢造成冷却不良,又不能太快,造成 元件的热冲击。
2.3 立碑(元件翘起)
立碑产生的根本原因是焊盘两端的锡膏在融化时所受的张力 不一致,从而失去平衡产生的。主要原因有以下几种情况: 1)恒温时间不够,元件两端锡膏不能同时熔化。 2)风扇速度过大,将元件吹偏移后立碑 3)元件贴装偏移,元件来料不良 4)焊盘两端印刷锡膏量不一致 5)焊点上有异物 6)焊盘设计一端大一端小
QFP芯 片
热 偶 线
BGA
高 温焊 锡
PCB
高 温 焊 锡
PCB 钻 孔
图二 热电偶线安装方法
1.3回流炉设备的特点与回流曲线的关系
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因为回流曲线的实现是在回流炉中完成的, 因此它与回流炉的具体特点有关。不同的 炉因加热区的数目和长短不同,气流的大 小不同,炉温的容量不同,对回流曲线都 会造成影响。设备对回流曲线的影响可归 纳为下面几点:
1.4.3 一旦最初的温度曲线图产生 ,可根据 产品需求曲线进行对比。一般会出现以下 几种情况:
预热不足或过多
活性区温度太高或太低
回流太多或不够
冷却过快或不够
2.如何应用Reflow改善制程的品性良率?
SMT制程中出现不良的原因有很多(锡膏,钢 网,炉温曲线,元器件本身异常等),下面对 一些常见不良现象做一些原因分析和解决对 策
1.4设定炉温曲线的方法
1.4.1 作温度曲线的第一个考虑参数是传输 带的速度设定,该设定将决定PCB在加热通 道所花的时间。用总的加热通道长度除以 总的加热感温时间,即为准确的传输带速 度
1.4.2 接下来必须决定各个区的温度设定, (根据产品要求设定),速度和温度确定后 , 再确定冷却风扇速度、惰性气体流量等。 一旦所有参数输入后,启动机器。炉子稳 定后(即所有实际显示温度接近符合设定参 数)可以开始作曲线。
1.1 锡膏特性与回流曲线的重要关系
锡膏特性决定回流曲线的基本特性。不同 的锡膏由于助焊剂(Flux)有不同的化学组 分,因此它的化学变化有不同的温度要求, 对回流温度曲线也有不同的要求。一般锡 膏供应商都能提供一个参考回流曲线,我 们可在此基础上根据自己的产品特性优化。 以下图为例,来分析回流焊曲线。它可分 为4个主要阶段:
1)用回流炉本身配备的长热偶线(一般常用的工业标准是 K型热偶线),热偶线的一端焊接到PCB板上,另一端插到 设备的预设热偶插口上。把板放进炉内,当板子从炉另一 端出来时,用热偶线把板子从出口端拉回来。在测量的同 时温度曲线就可显示到设备的显示器上。一般回流炉 都带 有多个K型热偶插口,因此可连接多根热偶线,同时测量 PCB板几个点的温度曲线。 2)用一个小的温度跟踪记录器。它能够跟随待测PCB板进 入回流炉。记录器上也有多个热偶插口,可因此可连接多 根热偶线。记录器里存放的温度数据,只有在出炉后,才 可输到电脑里分析或从打印机中输出。 3)带无线数据传输的温度跟踪记录器。与第2种方法相同, 只是多了一个无线传输功能。当它在炉内测温时,在存储 温度数据的同时把数据用无线方式传到外面的接受器上, 接受器与电脑相连。
1.3.3炉温的容量的因素
回流焊接有时会出现这样的现象,当焊接一块小 尺寸的PCB板时,焊接结果非常好,而焊接一块 大尺寸的PCB板时,某些温区炉温会出现稍微下 降的现象。这就是由于大板子吸热较多,炉子的 热容量不足引起的。一般可以通过加大风扇转速 来调节。但是炉温的容量主要是由炉体结构,加 热器功率等设计因素决定的,因此是炉子厂家设 计时已经固定了的。用户在选择回流炉时必须考 虑这个因素。热容量越大越好,当然炉子消耗的 功率也越多。
回流焊溫度曲线讲解
目
录
1.如何设定炉温曲线 ?
1.1 锡膏特性与回流曲线的重要关系
1.2 PCB板的特性与回流曲线的关系 (测温板) 1.3 回流炉设备的特点与回流曲线的关系 1.4 设定炉温曲线的方法
2.如何应用Reflow改善制程的品性良率?
1.如何设定炉温曲线 ?
设定一个回流曲线之前要考虑的因素 有很多,一般包括: 所使用的锡膏特 性,PCB板的特性,回流炉的特点等。 下面分别讨论。
1.1.2 恒温阶段
恒温阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议 和PCB板热容的大小。因为恒温阶段有两个作用, 一个是使整个PCB板都能达到均匀的温度(175℃ 左右),恒温的目的是为了减少进入回流区的热应 力冲击,以及其它焊接缺陷如元件翘起(立碑)等。 恒温阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂开 始发生活性反应,它将清除焊件表面的氧化物和杂 质,增大焊件表面润湿性能(及表面能),使得融 化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。由于恒温段的 重要性,因此恒温时间和温度必须很好地控制,既 要保证助焊剂能很好地清洁焊面,又要保证助焊剂 到达回流之前没有完全消耗掉。助焊剂要保留到回 流焊阶段是必需的,它能促进焊锡润湿过程和防止 焊接表面的再氧化。
2.1 冷焊
2.1.1 产生原因: 1)回流曲线的回流时间太短。 2)PCB板有大的吸热元件如屏蔽罩,大的地线层。 3)用错锡膏 4)锡膏使用过久,熔剂浑发过多。 2.1.2 解决方法: 1)确认回流曲线的回流时间。加大温度,从新测量Profile。 2)检查锡膏是否用错
注意:产品过炉前必须确认下炉温曲线,可大大避免冷焊的产生。
目前我们见得最多的是第二种方法。热偶线的安 装有一般两种,一是高温焊锡丝,温度在300℃以 上(高于回流最高温度)。 另一种方法是用胶或 是高温胶带把它粘住。这样热偶线就不会在回流 区脱落。焊点的位置一般为选取元件的焊脚和焊 盘接触的地方。焊点不能太大,以焊牢为准。焊 点大,温度反应不灵敏,不能准确反映温度变化, 尤其是对QFP等细间距焊脚。对特殊的器件如BGA 还需要在PCB板下钻孔,把热偶线穿到BGA下面。 图二说明了QFP和BGA元件的热偶线焊接方法。热 偶线的安装位置一般根据PCB板的工艺特点来选取, 如双面板应在板上下都安装热偶线,大的IC芯片 脚要安装,BGA元件要安装,某些易造成冷焊的 元件(如金属屏蔽罩周围,散热器周围元件)一 定要放置。还有就是你认为要研究的焊接出了问 题的元件。
1.2 PCB板的特性与回流曲线的关系 (测温板)
回流曲线的设定,与要焊接的PCB板的特性也有 重要关系。板子的厚薄,元件的大小,元件周围 有无大的吸热部件,如金属屏蔽材料,大面积的 地线焊盘等,都对板子的温度变化有影响。因此 笼统地说一个回流曲线的好坏是无意义的。一个 回流曲线必须是针对某一个或某一类产品而测量 得到的。 一般我们推荐客户都用需要生产的实际 产品作为测温板。 目前常用的测量回流焊曲线的方法有三种:
图一 回流炉曲线
1)预热(Preheat)阶段, 2)恒温(Soak或Equilibrium)阶段。 3)回流(ReflowSpike)阶段。在回流阶段 PCB达到最高温度。 4)冷却(Cooling)阶段,曲线由最高温度 点下降的过程。
1.1.1 预热阶段
预热阶段的目的是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发 走。锡膏中助焊剂的主要成分包括松香,活性剂, 黏度改善剂,和溶剂。溶剂的作用主要作为松香 的载体和保证锡膏的储藏时间。预热阶段需把过 多的溶剂挥发掉,但是一定要控制升温斜率,太 高的升温速度会造成元件的热应力冲击,损伤元 件或减低元件性能和寿命,后者带来的危害更大, 因为产品已流到了客户手里。另一个原因是太高 的升温速度会造成锡膏的塌陷,引起短路的危险
1.1.3 回流阶段
温度继续升高越过回流线(217℃),锡膏融化并 发生润湿反应,开始生成金属间化合物层。到达 最高温度(240 ℃左右),然后开始降温,落到 回流线以下,焊锡凝固。回流区同样应考虑温度 的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击。回流 区的最高温度是由PCB板上的温度敏感元件的耐 温能力决定的。在回流区的时间应该在保证元件 完成良好焊接的前提下越短越好,一般为30-60秒 最好,过长的回流时间和较高温度,如回流时间 大于90秒,最高温度大于260℃,会造成金属间 化合物层增厚,影响焊点的长期可靠性。
1.3.2热风气流的因素
由于目前大多数回流炉以风扇强制驱动热风循环 为主,因此风扇的转速决定了风量的大小。在相 同的带速和相同的温度设定下,风扇的转速越高, 回流曲线的温度越高。当风扇马达出现故障时, 如停转,即使炉温显示正常,炉温的曲线测量也 会比正常曲线低很多,若故障马达在回流区,则 PCB板极易产生冷焊,若故障马达在冷却区,则 PCB板的冷却效果就下降。因此风扇的转速也是 需要经常检查的参数之一。