回流焊工艺培训课件(41页)

学习情境4
回流焊工艺
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1 再流焊定义
再流焊 Reflow soldring ，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。
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2 再流焊原理
图1 再流焊温度曲线
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从温度曲线（见图 1 ）分析再流焊的原理：当 PCB 进 入升温区（干燥区）时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时， 焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、 塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离； PCB 进入保温区时，使 PCB 和元器件得到充分的预热，以 防 PCB 突然进入焊接高温区而损坏 PCB 和元器件；当 PCB 进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态， 液态焊锡对 PCB 的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、 漫流或回流混合形成焊锡接点； PCB 进入冷却区，使焊点 凝固。此时完成了再流焊。
性都有一定要求。 如果焊膏金属微粉含量高,再流焊升温时金属微粉随着溶剂、
气体蒸发而飞溅，如金属粉末的含氧量高，还会加剧飞溅，形 成焊锡球，同 时 还 会引起不润湿等缺陷。另外，如果焊膏黏 度过低或焊膏的保形性（触变性）不好，印刷后焊膏图形会塌 陷，甚至造成粘连，再流焊时也会形成焊锡球、桥接等焊接缺 陷。
e 还要根据温度传感器的实际位置来确定各温区的设置温度。 f 还要根据排风量的大小进行设置。 g 环境 温度 对炉 温也 有影 响， 特别是加热温区短、
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(7) 再流焊设备的质量 再流焊质量与设备有着十分密切的关系。影响再流焊质
量的主要参数： a 温度控制精度应达到± 0.1 — 0.2 ℃（温度传感器的
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3 ) 有自定位效应（ self alignment ） — 当元器件贴放位 置有一定偏离时 ， 由 于熔融焊料表面张力作用，当其全 部焊端或引脚与相应焊盘同时被润湿时，在表面张力作 用下，自动被拉回到近似目标位置的现象；
4 ) 焊料中不会混入不纯物，使用焊膏时，能正确地保证 焊料的组分；
5 ) 可以采用局部加热热源，从而可在 同一基板上，采用 不同焊接工艺进行焊接；
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(4) 焊膏印刷质量 据资料统计，在PCB设计正确、元器件和印制板质量有
保证的前提下，表面组装质量问题中有 70% 的质量问题出 在印刷工艺。影响印刷质量的主要因素：
a 首先是模板质量 —— 模板印刷是接触印刷，因此模 板厚度与开口尺寸确定了焊膏的印刷量。焊膏量过多会产生 桥接，焊膏量过少会产生焊锡不足或虚焊。模板开口形状以 及开口是否光滑也会影响脱模质 量 。 模板开口一定要喇叭 口向下，否则脱模时会从喇叭口倒角处带出焊膏；
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A ——焊盘宽度 A B ——焊盘的长 G ——焊盘间距 S ——焊盘剩余尺寸
图 5 矩形片式元件焊盘结构示意图
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以矩形片式元件为例 ：
焊盘宽度： A=Wmax-K
电阻器焊盘的长度： B=Hmax+Tmax+K
H电容器焊盘的长度： B=Hmax + Tmax-K
BT焊盘间距： G=Lmax-2Tmax-K
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(1) PCB 焊盘设计 SMT 的组装质量与 PCB 焊盘设计有直接的、十分重要
的关系。如果 PCB 焊盘设计正确，贴装时少量的歪斜可以 在再流焊时，由于熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正（称 为自定位或自校正效应）；相反，如果 PCB 焊盘设计不正 确，即使贴装位置十分准确，再流焊后反而会出现元件位置 偏移、吊桥等焊接缺陷。
图 6 矩形片式元件及其焊盘示 意图
式中 ： L—元件长度,mm；
AW—元件宽度,mm； AT—元件焊端宽度,mm； GH—元件高度,mm； K—常数，一般取0.25mm 。
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如果违反了设计要求，再流焊时就会产生焊接缺陷，而 且PCB焊盘设计的问题在生产工艺中是很难甚至是无法解决 的。例如：
a 当焊盘间距G过大或过小时，再流焊时由于元件焊端 不能与焊盘搭接交叠，会产生吊桥、移位 。
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(5) 贴装元器件
保证贴装质量的三要素： a 元件正确 b 位置准确 c 压力（贴片高度）合适。
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(6) 再流焊温度曲线
温度曲线是保证焊接质量的关键，实时温度曲线和焊膏温 度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致。160℃前的升温速 度控制在1℃/s~ 2℃/s。如果升温斜率速度太快，一方面使元 器件及PCB受热太快，易损坏元器件，易造成PCB变形。另一 方面，焊膏中的熔剂挥发速度太快，容易溅出金属成份，产生 焊锡球；峰值温度一般设定在比焊膏金属熔点高30℃~40℃左 右（例如63Sn/37Pb 焊膏的熔点为183℃，峰值温度应设置在 215 ℃左右），再流时 间为 30s ~60s。峰值温度低或再流时 间短，会使焊接不充分，严重时会造成焊膏不熔。峰值温度过 高或再流时间长，造成金属粉末氧化，还会增加共界金属化合 物的产生，使焊点发脆，影响焊点强度，甚至会损坏元器件和 印制板。
d 设备精度方面——在印刷高密度窄间距产品时，印刷机 的印刷精度和重复印刷精度也会起一定的作用。
e 对回收焊膏的使用与管理， 环境温度、湿度、以及环 境卫生，对焊点质量都有影响——回收的焊膏与新焊膏要分 别存放，环境温度过高会降低焊膏黏度，湿度过大时焊膏会 吸收空气中的水分，湿度过小时会加速焊膏中溶剂的挥发， 环境中灰尘混入焊膏中会使焊点产生
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6 影响再流焊质量的因素
再流焊是 SMT 关键工艺之一。表面组装的质量直接 体现在再流焊结果中。但再流焊中出现的焊接质量问题 不完全是再流焊工艺造成的。因为再流焊接质量除了与 焊接温度（温度曲线）有直接关系以外，还与生产线设 备条件、 PCB焊盘和可生产性设计、元器件可焊性、焊 膏质量、印制电路板的加工质量、以及 SMT 每道工序的 工艺参数、甚至与操作人员的操作都有密切的关系。
焊膏使用不当，例如从低温柜取出焊膏直接使用，由于焊 膏的温度比室温低，产生水汽凝结，再流焊升温时，水汽蒸发 带出金属粉末，在高温下水汽会使金属粉末氧化，飞溅形成焊 锡球，还会产生润湿不良、等问题。
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(3) 元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘质量 当元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化或
污染，或印制板受潮等情况下，再流焊时会产生润湿不 良、虚焊，焊锡球、空洞等焊接缺陷。
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设置再流焊温度曲线的依据： a 不同金属含量的焊膏有不同的温度曲线，应按照焊
膏加工厂提供的温度曲线进行设置（主要控制升温速率、 峰值温度和回流时间）。
b 根据PCB板的材料、厚度、是否多层板、尺寸大小。 c 根据表面组装板搭载元器件的密度、元器件的大小 以及有无BGA 、CSP 等特殊元器件进行设置。
e 最高加热温度一般为 300 — 350 ℃ ， 考虑无焊料或金属 基板，应选择 350 ℃以上；
f 传送带运行要平稳，传送带震动会造成移位、吊桥、冷焊等 缺陷；
g 设备应具备温度曲线测试功能，否则应外购温度曲线采集器。
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总结：
从以上分析可以看出，再流焊质量与 PCB 焊盘设计、 元器件可焊性、焊膏质量、印制电路板的加工质量 、生 产线设备、以及 SMT 每道工序的工艺参数、甚至与操作 人员的操作都有密切的关系。
图7 焊盘间距G过大或过小
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b 当焊盘尺寸大小不对称，或两个元件的 端头设计在同一 个焊盘上时，由于表面张力不对称，也会产生吊桥、移位 。
图 8 焊盘不对称，或两个元件的端头设计在同一个焊盘上
c 导通孔设计在焊盘上，焊料会从导通孔中流出，会造 成焊膏量不足。
图 9 导通孔示意图
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(2) 焊膏质量及焊膏的正确使用 焊膏中的金属微粉含量、金属粉末的含氧量、黏度、触变
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5 再流焊的工艺要求
1 ) 要设置合理的再流焊温度曲线 — 再流焊是 SMT 生产中关键工序，根据再流焊原理，设置合理的温 度曲 线， 才能保证再流焊质量。
不恰当的温度曲线会出现焊接不完全虚焊、元件翘立、 焊锡球多等焊接缺陷，影响产品质量。要定期做温度曲线 的实时测试。
2 ) 要按照 PCB 设计时的焊接方向进行焊接。
6 ) 工艺简单，修板的工作量极小。从而节省了人力、电 力、材料。
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4 再流焊的分类
1 ) 按再流焊加热区域 可分为两大类：一类是对 PCB 整 体加热进行再流焊，另一类是对 PCB 局部加热进行再流焊。 2 ) 对 PCB 整体加热再流 焊可分为：热板再流焊、红外 再流焊、热风再流焊、热风加红外再流焊、气相再流焊。 3 ) 对 PCB 局部加热再流 焊可分为：激光再流焊、聚焦 红外再流焊、光束再流焊 、 热气流再流焊 。
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3 再流焊工艺特点（ 与波峰焊技术相比）
1 ) 不像波峰焊那样，要把元器件直接 浸渍在熔融的焊料中， 所以元器件 受 到 的热冲击小。但由于再流焊加热方法不同， 有时会施加给器件较大的热应力； 2 ) 只需要在焊盘上施加焊料，并能控 制焊料的施加量，避免 了虚焊、桥接等焊接缺陷的产生，因此焊接质量好，可靠性高；
同时也可以看出 PCB 设计、 PCB 加工质量、元器 件和焊膏质量是保 证再流焊质量的基础，因为这些问题 在生产工艺中是很 难甚至是无 法 解决的。
因此只要 PCB 设计正确， PCB 、元器件和焊膏都 是合格的，再流焊 质量是可以通过印刷、贴装、再流焊每道工序的工艺来控 制的。
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SMT 再流焊接上放 PCB 要轻轻地放平稳， 严防传送带震动，并注意在机器出口处接板，防止后出 来的板掉落在先出来的板上碰伤 SMD 引脚。
4 ) 必须对首块印制板的焊接效果进 行检查。检查焊接是 否充分、有无焊膏融化不充分的痕迹、焊点表面是否光 滑、焊点形状是否呈半月状、锡球和残留物的情况、连 焊和虚焊的情况。还要检查PCB 表面颜色变化情况，再 流焊后允许 PCB 有 少 许但是均匀的变色。并根据检查 结果调整温度曲线。在整批生产过程中要定时检查焊接 质量。