第七章再流焊与再流焊工艺

冷却阶段
冷却阶段的重要性往往被忽视。 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， 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， 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， 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。 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， 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。 元件的热冲击。
激光再流焊 激光再流焊是利用激光束直接照射焊接部位，焊点吸收光能转变成热 能，使焊接部位加热，导致焊料熔化，光照停止后焊接部位迅速冷却， 焊料凝固 。
Baidu Nhomakorabea流焊设备的主要技术指标
(1)温度控制精度(指传感器灵敏度)：应该达到±(0．1～0．2)℃。 (2)温度均匀度：±(1—2)℃，炉膛内不同点的温差应该尽可能小。 (3)传输带横向温差：要求±5℃以下。 (4)温度曲线调试功能：如果设备无此装置，要外购温度曲线采集 器。 (5)最高加热温度：一般为300℃一350~℃，如果考虑温度更高的 无铅焊接或金属基板焊接，应该选择350℃以上。 (6)加热区数量和长度：加热区数量越多、长度越长，越容易调整 和控制温度曲线。般中小批量生产，选择4—5个温区，加热长度 1．8m左右即能满足要求。 (7)焊接工作尺寸：根据传送带宽度确定，一般为30—400mm。
各种再流焊工艺主要加热方法的优缺点
检测设备 自动光学检测(Automatic Optical lnspection，简称A0I)
X射线检测(AXl)是近十年来兴起的新型测试技术。组装有PLCC,SOJ,BGA,CSP和F·C 等集成电路的电路板，在焊接完成以后，由于焊点在芯片的下面，依靠人工目检或 AOI系统都无法发现焊接缺陷。
回流阶段
回流阶段，温度继续升高越过回流线（ 回流阶段，温度继续升高越过回流线（183℃），锡膏融 ℃），锡膏融 化并发生润湿反应，开始生成金属间化合物层。 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（ 左右），然后开始降温，落到回流线以下， ），然后开始降温 温度（215 ℃左右），然后开始降温，落到回流线以下， 焊锡凝固。 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 使元件受到热冲击。回流区的最高温度是由 板上的温 度敏感元件的耐温能力决定的。 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 证元件完成良好焊接的前提下越短越好，一般为 秒 最好，过长的回流时间和较高温度，如回流时间大于90秒 最好，过长的回流时间和较高温度，如回流时间大于 秒， 最高温度大于230度，会造成金属间化合物层增厚，影响 最高温度大于 度 会造成金属间化合物层增厚， 焊点的长期可靠性[4]。 焊点的长期可靠性 。
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。 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， 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。 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， 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， 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， 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。 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， 高的升温速度会造成锡膏的塌陷，引起短路的危险，尤 其对助焊剂含量较高（ 其对助焊剂含量较高（达10%）的锡膏。 ）的锡膏。
再流焊工艺要求
(1)要设置合理的温度曲线。再流焊是SMT生产中的关键工 要设置合理的温度曲线。再流焊是 生产中的关键工 要设置合理的温度曲线 假如温度曲线设置不当，会引起焊接不完全、虚焊、 序，假如温度曲线设置不当，会引起焊接不完全、虚焊、 元件翘立(“立碑 现象)、锡珠飞溅等焊接缺陷， 立碑” 元件翘立 立碑”现象 、锡珠飞溅等焊接缺陷，影响产品 质量。 质量。 (2)SMT电路板在设计时就要确定焊接方向，并应当按照设 电路板在设计时就要确定焊接方向， 电路板在设计时就要确定焊接方向 计方向进行焊接。 计方向进行焊接。一般应该保证主要元器件的长轴方向与 电路板的运行方向垂直。 电路板的运行方向垂直。 (3)在焊接过程中，，要严格防止传送带振动。 在焊接过程中，，要严格防止传送带振动。 在焊接过程中，，要严格防止传送带振动
(4)再流焊的焊料是商品化的焊锡膏，能够保 证正确的组分，一般不会混入杂质。 (5)可以采用局部加热的热源，因此能在同一 基板上采用不同的焊接方法进行焊接。 (6)工艺简单，返修的工作量很小。
再流焊工艺焊接曲线
1）把PCB板加热到150℃左右，上升斜率为1-3 ℃/秒。 称预热（Preheat）阶段； 2）把整个板子慢慢加热到183 ℃。称均热（Soak或Equilibrium）阶段。时间一 般为60-90秒。 3）把板子加热到融化区（183 ℃以上），使锡膏融化。称回流（Reflow Spike） 阶段。在回流阶段板子达到最高温度，一般是215 ℃ +/-10 ℃。回流时间以4560秒为宜，最大不超过90秒。 4）曲线由最高温度点下降的过程。称冷却（Cooling）阶段。一般要求冷却的斜 率为2 -4℃/秒。
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再流焊工作原理
再流焊工艺与工艺特点
再流焊工艺焊接温度曲线
再流焊的主要结构和工作方法
再流焊缺陷与解决方法
再流焊工作原理
再流焊，也称为回流焊，是英文
Re-flowSoldering的直译。再流焊工艺是通过
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。
冷却结构 PCB板经过回流焊接后，必须立即进行冷却，才能得到很好的焊接效果。因 板经过回流焊接后，必须立即进行冷却，才能得到很好的焊接效果。 板经过回流焊接后 此在回流焊炉的最后都是有一个冷却区。 此在回流焊炉的最后都是有一个冷却区。冷却区的结构是一个水循环的热交 换器。冷却风扇把热气吹到循环水换热器后，经降温的气体再打到PCB板上。 板上。 换器。冷却风扇把热气吹到循环水换热器后，经降温的气体再打到 板上 热交换器内的热量经循环水带走， 热交换器内的热量经循环水带走，循环水经降温后再流回换热器 由于在冷却系统中，助焊剂（Flux） 容易凝结，因此必须定期检查和清 洁助焊剂过滤器上的助焊剂，否则 热循环效率的下降会减低冷却系统 的效率，使冷却变差，导致产品的 焊接质量下降。过热焊接的PCB板 的长期稳定性会下降。
气相再流焊 气相再流焊又称气相焊(VaporPhaseSoldering，简称VPS)，这种焊接方法是 1973年由美国Wester电气公司开发成功的。起初主要用于厚膜集成电路的焊 接，由于VPS具有升温速度快、温度均匀恒定的优点，被广泛用于一些高难度 电子产品的焊接中。但由于在焊接过程中需要大量使用形成“气相场”的传热 介质(FC一70)，它价格昂贵，又是典型的臭氧层损耗物质(ODS)，故VPS未能 在SMT大生产中全面推广应用。
质量缺陷及解决办法 ■缺陷种类：冷焊 Cold solder 可能原因 ： 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。 解决办法 ： 1、确认回流曲线的融化时间 2、加大温度，从新测量Profile ■缺陷种类：焊点不亮 Dim solder 可能原因 ： 1、Profile的均热区温度过低，阻焊剂活性未充分作用。 2、冷却不好。 3、锡膏可能过期或储藏有问题。 解决办法 ： 1、增大回流区温度。 2、检查冷却区温度曲线是否有变化。 3、检查锡膏
均热阶段
均热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 均热阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议和 板热容的大小。 板热容的大小 为均热 阶段有两个作用，一个是使整个PCB板都能达到均匀的温度 阶段有两个作用，一个是使整个 板都能达到均匀的温度 （175℃左右），均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击，以及其 ℃左右），均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击， ），均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击 它焊接缺陷如元件翘起，某些大体积元件冷焊等。 它焊接缺陷如元件翘起，某些大体积元件冷焊等。均热阶段另一个重要作 用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应，增大焊件表面润湿性能（ 用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应，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。 ），使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面 表面能），使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。由于均热段的重要 因此均热时间和温度必须很好地控制， 性，因此均热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。 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。 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。尤 其是目前使用低残留，免清洗（no-clean）的焊锡膏技术越来越多的情况 其是目前使用低残留，免清洗（ ） 焊膏的活性不是很强，且回流焊接的也多为空气回流焊， 下，焊膏的活性不是很强，且回流焊接的也多为空气回流焊，更应注意不 能在均热阶段把助焊剂消耗光。 能在均热阶段把助焊剂消耗光。
电测试法（ICT）自动化。可以检查各种电气元件的正确连接。但需要复杂 的针床模具，价格高，维护复杂。对焊接的工艺性能，例如焊点光亮程度， 焊点质量等无法检验。另外，随着电子产品装连越来越向微型化，高密度以 及BGA，CSP方向发展，ICT的测针方法受到越来越多的局限。
检测法对比图
由图中可以看出，BGA，元件外 观，及元件值的检验分别为X光， 自动光学，及ICT检测法特有的 检查手段，其余的功能都相互有 交叉。例如，用光学检查方法解 决表面可见的焊盘焊点和元件对 错识别，用X-Ray检查不可见的 元件焊点如BGA，DCA，插件过 孔的焊锡情况，但如果不用ICT， 元件值错无法检查；又例如，用 ICT检查开路，短路等电性能， 用X-Ray检查所有元件的焊点质 量，但如果不用光学检查仪对外 观破损的元件亦无法检验。 因此， 只有综合使用或根据产品具体情 况来安排检查方法才能得到满意 的检查结果。
再浪焊设备
再流焊工艺流程
再流焊工艺特点
(1)元件不直接浸渍在熔融的焊料中，所以元件受到的热 冲击小(由于加热方式不同，有些情况下施加给元器件的 热应力也会比较大)。 (2)能在前导工序里控制焊料的施加量，减少了虚焊、桥 接等焊接缺陷，所以焊接质量好，焊点的一致性好，可靠 性高。 (3)假如前导工序在PCB上施放焊料的位置正确而贴放元 器件的位置有一定偏离，在再流焊过程中，当元器件的全 部焊端、引脚及其相应的焊盘同时润湿时，由于熔融焊料 表面张力的作用，产生自定位效应，能够自动校正偏差， 把元器件拉回到近似准确的位置。
再流焊主要结构和工作方式
再流焊设备大体分为红外热风再流焊炉、气相再流焊炉、激 光再流焊炉三大类 。 组成：由炉体、上下加热源、PCB传送装置、空气循环装置、 冷却装置、排风装置、温度控制装置以及计算机控制系统几 部分组成 。 再流焊的核心环节是将预敷的焊料熔融、再流、润湿 。
再流焊种类及加热方式
红外热风再流焊结构图
红外热风再流焊结构图说明
炉体分为上下两个密封箱体，中间为传送带。部分炉体 的长短主要根据加热区和冷却区的多少而不同，目前的 回流炉的加热区有4~10个区不等，冷却区有1~2个区不 等，也有的炉不带冷却区，让PCB板出炉后在空气中自 然冷却。每个温区的温度可编程设定，一般可设温度范 围从室温到275度左右（视厂家设定），回流焊炉另一 个重要的区别在于它是否具备进行充氮气焊接的能力， 或是只能在空气环境下焊接。用户一般可根据自己的用 途来选择炉体的长短和炉子的气体环境要求。