SMT关键工序-再流焊工艺控制

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(5) 工艺:印、贴、焊(正确的 温度曲线)
(6) 设备
(7) 管理
(1) PCB焊盘设计对再流焊质量的影响
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,
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 。
整体加热再流焊
局部加热再流焊
induction coil HF current eddy current
斜率小避免微粉飞溅 2. 预热区:保证元器件受 热均匀,保护元件和 PCB板不损害 3. 助焊剂浸润区:最好小 于30s,不要超过60s. 4. 形成结晶是熔点 183℃+30 ℃,形成焊 点关键区. 5. 冷却时间短,焊点的 结晶颗粒小,焊点光 滑,但冷却过快,对元 件有影响. 6. FR4 的Tg温度是 120~140 ℃.
• 颗粒过大,印刷时会影响焊膏的填充和脱膜;
• 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。
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,
原理:将含有碳氟化物的液体加热至沸点(约215℃)汽化后产生蒸汽。
2级或3级 冷凝管
过虑净化系统
wenku.baidu.com
碳氟化物液体 加热器 立式VPS炉原理示意图
传送带流水式汽相回流焊炉
适合批量生产
汽相回流焊的优缺点
优点:(汽相回流焊可能成为无铅回流焊的一种选择)
• 温度控制准确,并可以采用不同沸点的加热介质满足各种产品不同 的焊接温度。
量是固定的
• 再流焊工艺中,焊料是预先分
配到印制板焊盘上的,每个焊
点的焊料成分与焊料量是固定 的,因此再流焊质量与工艺的 关系极大。特别是印刷焊膏和 再流焊工序,严格控制这些关
键工序就能避免或减少焊接缺
陷的产生。
4. 再流焊的分类
1) 按再流焊加热区域可分为两大类:


a 对PCB整体加热;
b 对PCB局部加热。
在全热风回流焊炉中 BGA:只有周边焊球有热对流,中间焊球主要是热传导
红外炉与热风炉
• 红外炉主要是辐射传导,其优点是热效率高,温度陡 度大,易控制温度曲线,双面焊时 PCB 上、下温度易
控制。其缺点是温度不均匀。在同一块 PCB 上由于器
件的颜色和大小不同、其温度就不同。为了使深颜色 器件周围的焊点和大体积元器件达到焊接温度,必须 提高焊接温度。 • 热风炉主要是对流传导。其优点是温度均匀、焊接质
覆盖了焊盘,将焊盘、元件焊端与氧气隔离;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;在助焊剂活化区,焊膏中 的助焊剂润湿焊盘、元件焊端,并清洗氧化层;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 润湿PCB的焊盘、元件焊端,同时发生扩散、溶解、冶金结 合,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。
5. 再流焊的工艺要求
1) 设置合理的温度曲线并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。
3) 焊接过程中严防传送带震动。
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、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表面颜色变化等情况。并根据检查结果调整 温度曲线。
• 无氧环境,整个SMA温度均匀,不受元件布局影响,焊接质量好, 适用于航天、军工等高可靠和复杂产品。最早用于厚膜电路。
• 热转换效率高,可快速加温。 缺点: • 成本高(材料损失,设备成本高,被焊接的SMA需要预热)。
• 覆盖层蒸汽是透明无色的,目视检查困难。 • 较易发生立碑和吸锡等问题。 • 可能会产生有毒气体,例如氢氟酸(HF)及多种氟稀类物质。
料原则上不允许使用,必须使用时需要经过检测认证,
确信无问题才能使用)
(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。
合格
错位
塌边
粘连
少印
(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

在整批生产过程中要定时检查焊接质量。
在网带上过容易振动,不建议使用.
再流焊质量要求
高质量 = 高直通率 +高可靠(寿命保证 )
• 不提倡检查-返修或淘汰的-贯做法,更不容忍错误发生。
• 任何返修工作都可能给成品质量添加不稳定的因素。
表面贴装元件——优良焊点的条件
外观条件:
• a 焊点的润湿性好 • b 焊料量适中,避免过多或少 • c 焊点表面表面应完整、连续平滑 • d 无针孔和空洞
越高,组装难度越来越大
返修会缩短产品寿命 尽量避免返修,或控制其不良后果 !
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、
90℃ 出口 90℃
100 <2℃/s 升温区 60~90s 0.55~1℃/s 回流区 30~60s 60~90s 助焊剂浸润区 (快速升温区) 冷却区 <4℃/s 时间 min
预热区 60~90s
63Sn-37Pb铅锡焊膏再流焊温度曲线
从温度曲线分析再流焊的原理:当PCB进入升温区(干
燥区)时,焊膏中的溶剂、气体蒸发掉,焊膏软化、塌落、
热丝回流焊
热气流回流焊
激光回流焊
感应回流焊 储能回流焊
传热的三种基本方式
热传导、热对流和热辐射
• 传导——热板、热丝再流焊、气相再流 • 对流——热风、热气流再流焊 • 辐射——激光、红外、光束再流焊 • 实际情况下,所有传导方式都以不同的比例同时存在 !
实际情况下,所有传导方式都以不同 的比例同时存在 !
飞溅形成焊锡球,还会产生润湿不良、等问题。
免清洗锡膏是无卤化合物,不腐蚀焊盘,还能起到三防的作用.
焊膏的正确使用与管理
a) 必须储存在2~10℃的条件下;
b) 要求使用前一天从冰箱取出焊膏,待焊膏达到室温后才能打开 容器盖,防止水汽凝结;
c) 使用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀,搅拌棒一定要清洁;
正确
不正确
c 压力(贴片高度)合适。
贴片压力(吸嘴高度)
吸嘴高度合适
(H 等于最大焊球直径)
吸嘴高度过高
吸嘴高度过低
吸嘴 元件 H PCB 吸嘴高度合适 贴片压力适当 元件从高处扔下 元件移位 贴片压力过大 焊膏被挤出造成粘连、 元件移位、 损坏元件 焊料颗粒
(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
端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。
•印刷 •注射滴涂 •电镀 •预制焊片
•高速机 •多功能高精机 •异形专用机 •手工贴片
•热板 •红外 •热风 •热风加红外 •气相再流焊
2. 再流焊原理
110℃ 130℃ 155℃ 185℃ 240℃ 250℃ PCB 入口 100℃ 130℃ 155℃ 185℃ 240℃ 250℃ 传送带速度:60cm/min 温度℃ 焊接时间 峰值温度 200~225 183 1. 升温区:助焊剂挥发掉, 150 1.2~3.5℃/s
再流焊后反而会出现元件位置偏移、吊桥等焊接缺
陷。
正确的焊盘图形结构
是实现优良焊点的基本条件
主焊点
(2) 焊膏质量、及焊膏的正确使用 对再流焊质量的影响
• 焊膏中的金属微粉含量、颗粒度、金属粉末的含 氧量、黏度、触变性都有一定要求。
焊膏质量
• 如果金属微粉含量高 , 再流焊升温时金属微粉随着
溶剂、气体蒸发而飞溅;
3. 再流焊工艺特点
(a) 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;
自定位效应(self alignment)
再流焊前
再流焊中
再流焊后
(b) 每个焊点的焊料成分与焊料
量好。缺点是 PCB 上、下温差以及沿焊接炉长度方向
温度梯度不易控制。
汽相回流焊(VPS)接技术
利用蒸汽做为传热媒介。将完成贴片的基板放入蒸汽炉中,通过凝
结的蒸汽将热量(潜热)传递热量进行焊接。 • 先在烘箱中预热130~150℃→放下吊篮VPS中20~40s→吊篮上升
覆盖层蒸汽温度47~48℃ 冷却水控温系统(7~15 ℃ ) 回流蒸汽温度215℃
温度应设置在 215℃左右),再流时间为 60~90s 。峰值温度低或再
流时间短,会使焊接不充分,不能生成一定厚度的金属间合金层。 严重时会造成焊膏不熔。峰值温度过高或再流时间长,使金属间合 金层过厚,也会影响焊点强度,甚至会损坏元器件和印制板。
d) 添加完焊膏后,应盖好容器盖;
e) 免清洗焊膏不能使用回收的焊膏,如果印刷间隔超过 1小时,须 将焊膏从模板上拭去。将焊膏回收到当天使用的容器中;
f) 印刷后尽量在4小时内完成再流焊。
g) 免清洗焊膏修板后(如果不使用助焊剂)不能用酒精檫洗; h) 需要清洗的产品,再流焊后应当天完成清洗; i) 印刷操作时,要求拿PCB的边缘或带手套,以防污染PCB。 j) 回收的焊膏与新焊膏要分别存放
升温斜率和峰值温度应基本一致。 160℃前的升温速率控制在 1~
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 合金熔点高 30~40℃左右(例 63Sn/37Pb 焊膏的熔点为 183℃,峰值
• 实际传热过程一般都不是单一的传热方式,如火焰
对炉壁的传热,就是辐射、对流和传导的综合,而
不同的传热方式则遵循不同的传热规律。为了分析
方便,人们在传热研究中把三种传热方式分解开来,
然后再加以综合。 • 热风炉是热对流和热传导的结果,还存在少量热辐射 • 红外炉主要是热辐射,也存在少量热对流和热传导
(3) 元器件焊端和引脚、印制电路基板 的焊盘质量对再流焊质量的影响
• 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。
解决措施
• 措施1: 采购控制
• 措施2:元器件、PCB、工艺材料的存放、保管、发
放制度
• 措施3:元器件、PCB、材料等 过期控制(过期的物
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。
影响焊接质量的主要因素
(1) PCB设计
(2) 焊料的质量:合金成份及其氧化程度
无论有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金
(3) 助焊剂质量
(4) 被焊接金属表面的氧化程度(元件焊端、PCB焊盘)
• e 元器件焊端或引脚在焊盘上的位置偏差应符合规定要求
• f 焊接后贴装元件无损坏、端头电极无脱落 内部条件 • 优良的焊点必须形成适当的IMC金属间化合物(结合层) • 没有开裂和裂纹
返修的潜在问题
过去我们通常认为,补焊和返修,使焊点更加牢固, 看起来更加完美,可以提高电子组件的整体质量。但这 一传统观念并不正确。 返修工作都是具有破坏性的 … 特别是当前组装密度越来
SMT关键工序-再流焊工艺控制
1. 再流焊定义
2. 再流焊原理
内容
3. 再流焊工艺特点
4. 再流焊的分类 5. 再流焊的工艺要求 6. 影响再流焊质量的因素 7. 如何正确测试再流焊实时温度曲线
8. 如何正确分析与优化再流焊温度曲线
9. 双面回流焊工艺控制
10. 再流焊炉的维护
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
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