熱風(fēng)回流焊接原理.pptVIP

熱風(fēng)回流焊接的原理,回流焊接的過(guò)程 回流焊的基本原理比較簡(jiǎn)單，它首先對(duì)PCB板的表面貼裝元件（SMD）焊 盤印刷錫膏，然后通過(guò)自動(dòng)貼片機(jī)把SMD貼放到預(yù)先印制好錫膏的焊盤上。最后，通過(guò)回流 焊接爐，在回流焊爐中逐漸加熱，把錫膏融化，稱為回流（Reflow），接著，把 PCB板冷 卻，焊錫凝固，把元件和焊盤牢固地焊接到一起。在回流焊中，焊盤和元件管腳都不融化。這 是回流焊（Reflow Soldering）與金屬融焊（Welding）的不同。 深入的了解回流焊就必須從焊錫膏的作用原理和焊接過(guò)程中發(fā)生的物理化學(xué)變化入手。錫 膏的成分主要錫鉛合金的粉末和助焊劑混合而成。在受熱的條件下，融化的焊錫材料中的錫原 子和焊盤或焊接元件（主要成分是銅原子）的接觸界面原子相互擴(kuò)散，形成金屬間化合物 （IMC），首先形成的Cu6Sn5，稱n-phase，它是形成焊接力的關(guān)鍵連接層， 只有形成了 n- phase，才表示有真正的可靠焊接。隨著時(shí)間的推移，在n-phase和銅層之間中會(huì)繼續(xù)生成 Cu3Sn，稱為-phase，它將減弱焊接力量和減低長(zhǎng)期可靠性。在焊點(diǎn)剖面的金相圖中，可 以清楚地看到這個(gè)結(jié)構(gòu)。,金屬間化合物是焊點(diǎn)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，因此許多人員專門研究金屬間化合物的變化對(duì)焊 點(diǎn)的長(zhǎng)期可靠性帶來(lái)的影響. 為了保護(hù)焊盤或元件管腳的可焊性，一般它們表面都鍍有錫鉛合金層或有機(jī)保護(hù)層。對(duì) 非銅的金屬材料的管腳一般在管腳鍍層和金屬之間加有鍍鎳層作為阻斷層防止金屬擴(kuò)散。 這個(gè)鎳鍍層還用來(lái)阻擋與焊錫不可焊或不相容的金屬與焊錫層的接觸 。另一個(gè)有關(guān)鍍層 的問(wèn)題是關(guān)于鍍金層的問(wèn)題，有文章指出如果焊點(diǎn)中金的成分達(dá)到34%以上，焊點(diǎn)有潛 在的脆性增大的危險(xiǎn)。 2.2 回流焊溫度曲線 要得到好的回流焊接效果必須有一個(gè)好的回流溫度曲線（Profile）。那么什么是一個(gè)好 的回流曲線呢？一個(gè)好的回流曲線應(yīng)該是對(duì)所要焊接的PCB板上的各種表面貼裝元件都能 夠達(dá)到良好的焊接，且焊點(diǎn)不僅具有良好的外觀品質(zhì)而且有良好的內(nèi)在品質(zhì)的溫度曲線。 2.2.1 回流爐的參數(shù)設(shè)定 要得到一個(gè)爐溫曲線首先應(yīng)給回流爐一個(gè)參數(shù)設(shè)定?；亓鳡t的參數(shù)設(shè)定一般稱為 Recipe。Recipe一般包括爐子每區(qū)的溫度設(shè)定，傳送帶帶速設(shè)定，以及是使用空氣還是氮?dú)狻?設(shè)定一個(gè)回流曲線要考慮的因素有很多，一般包括： 所使用的錫膏特性，PCB板的特 性，回流爐的特點(diǎn)等。下面分別討論。 2.2.2 錫膏特性與回流曲線的重要關(guān)系 錫膏特性決定回流曲線的基本特性。不同的錫膏由于助焊劑（Flux）有不同的化學(xué)組 分，因此它的化學(xué)變化有不同的溫度要求，對(duì)回流溫度曲線也有不同的要求。一般錫膏供 應(yīng)商都能提供一個(gè)參考回流曲線，用戶可在此基礎(chǔ)上根據(jù)自己的產(chǎn)品特性優(yōu)化。 圖11是一 個(gè)典型的Sn63/Pb37錫膏的溫度回流曲線6（P3-7）。 以此圖為例，來(lái)分析回流焊曲 線。它可分為4個(gè)主要階段： 1）把PCB板加熱到150左右，上升斜率為1-3 /秒。 稱預(yù)熱（Preheat）階段； 2）把整個(gè)板子慢慢加熱到183 。稱均熱（Soak或Equilibrium）階段。時(shí)間一般為60-90秒。 3）把板子加熱到融化區(qū)（183 以上），使錫膏融化。稱回流（Reflow Spike）階段。在 回流階段板子達(dá)到最高溫度，一般是215 +/-10 ?；亓鲿r(shí)間以45-60秒為宜，最大不超過(guò)90秒。 4）曲線由最高溫度點(diǎn)下降的過(guò)程。稱冷卻（Cooling）階段。一般要求冷卻的斜率為2 -4/秒。,圖11 典型的回流焊接溫度曲線 預(yù)熱階段的目的是把錫膏中較低熔點(diǎn)的溶劑揮發(fā)走。錫膏中助焊劑的主要成分包括 松香，活性劑，黏度改善劑，和溶劑。溶劑的作用主要作為松香的載體和保證錫膏的 儲(chǔ)藏時(shí)間。預(yù)熱階段需把過(guò)多的溶劑揮發(fā)掉，但是一定要控制升溫斜率，太高的升溫 速度會(huì)造成元件的熱應(yīng)力沖擊，損傷元件或減低元件性能和壽命，后者帶來(lái)的危害更 大，因?yàn)楫a(chǎn)品已流到了客戶手里。另一個(gè)原因是太高的升溫速度會(huì)造成錫膏的塌陷， 引起短路的危險(xiǎn)，尤其對(duì)助焊劑含量較高（達(dá)10%）的錫膏5。 均熱階段的設(shè)定主要應(yīng)參考焊錫膏供應(yīng)商的建議和PCB板熱容的大小。因?yàn)榫鶡?階 段有兩個(gè)作用，一個(gè)是使整個(gè)PCB板都能達(dá)到均勻的溫度，均熱的目的是為了減少進(jìn) 入回流區(qū)的熱應(yīng)力沖擊，以及其它焊接缺陷如元件翹起，某些大體積元件冷焊等。均 熱階段另一個(gè)重要作用就是焊錫膏中的助焊劑開(kāi)始發(fā)生活性反應(yīng)，增大焊件表面潤(rùn)濕 性能（及表面能），使得融化的焊錫能夠很好地潤(rùn)濕焊件表面。由于均熱段的重要 性，因此均熱時(shí)間和溫度必須很好地控制，既要保證助焊劑能很好地清潔焊面，又要 保證助焊劑到達(dá)回流之前沒(méi)有完全消耗掉。助焊劑要保留到回流焊階段是必需的，它 能促進(jìn)焊錫潤(rùn)濕過(guò)程和防止焊接表面的再氧化。尤其是目前使用低殘留，免清洗（no- clean）的焊錫膏技術(shù)越來(lái)越多的情況下，焊膏的活性不是很強(qiáng)，且回流焊接的也多為 空氣回流焊，更應(yīng)注意不能在均熱階段把助焊劑消耗光。,回流階段，溫度繼續(xù)升高越過(guò)回流線，錫膏融化并發(fā)生潤(rùn)濕反應(yīng)，開(kāi)始 生成金屬間化合物層。到達(dá)最高溫度，然后開(kāi)始降溫，落到回流線以 下，焊錫凝固?；亓鲄^(qū)同樣應(yīng)考慮溫度的上升和下降斜率不能使元件受到熱沖擊?；?流區(qū)的最高溫度是由PCB板上的溫度敏感元件的耐溫能力決定的。在回流區(qū)的時(shí)間應(yīng) 該在保證元件完成良好焊接的前提下越短越好，一般為30-60秒最好，過(guò)長(zhǎng)的回流時(shí) 間和較高溫度，如回流時(shí)間大于90秒，會(huì)造成金屬間化合物層增厚，影響焊點(diǎn)的長(zhǎng)期可靠性 冷卻階段的重要性往往被忽視。好的冷卻過(guò)程對(duì)焊接的最后結(jié)果也起著關(guān)鍵作