講課稿-再流焊工藝

再流焊工藝技術(shù)基礎(chǔ)知識

及其錫膏的應(yīng)用reflowsoldering1一、再流焊技術(shù)概述

再流焊是表面組裝技術(shù)的關(guān)鍵核心技術(shù)之一，再流焊又被稱為：“回流焊”或“重熔群焊”，它是適應(yīng)SMT而研制的一種新型的焊接方法，它適用于焊接全表面安裝組件。焊接是SMT中最主要的工藝技術(shù)，焊接質(zhì)量是SMA可靠性的關(guān)鍵，它直接影響電子裝備的性能可靠性和經(jīng)濟利益，而焊接質(zhì)量取決于所用的的焊接方法、焊接材料、焊接工藝技術(shù)和焊接設(shè)備。SMT中采用的焊接技術(shù)主要有波峰焊和再流焊。一般情況下，波峰焊用于混合組裝方式，再流焊用于全變面組裝方式。波峰焊與再流焊之間的基本區(qū)別在于熱源與焊料供給方式不同。再流焊工藝概述2

在表面貼裝的連接材料是焊料膏（又稱為錫膏），通過印刷或者滴注等方法將錫膏涂敷在PCB的焊盤（連接盤）上，再用專用設(shè)備——貼片機在上面放置SMD，然后加熱使得焊膏熔化，再次流動，從而實現(xiàn)連接。所以顧名思義叫：“回流焊”（又稱為“回流焊”）。

當(dāng)在PCB上貼裝好元器件后，將它通過自動傳動運輸裝置，經(jīng)過回流焊爐內(nèi)而進行加熱。

一般使用的回流焊爐，多采用紅外輻射加熱和強制熱風(fēng)對流加熱兩種并用的加熱方式。較先進的回流焊爐的加熱箱部分，一般分為6個以上的單獨控溫室，這有利于回流焊溫度曲線的再現(xiàn)性。，完成焊接加工。3再流焊過程4

再流焊是表面組裝技術(shù)的關(guān)鍵核心技術(shù)之一，再流焊又被稱為：“回流焊”或“重熔群焊”，它是適應(yīng)SMT而研制的一種新型的焊接方法，它適用于焊接全表面安裝組件。再流焊設(shè)備56再流焊技術(shù)的特點及技術(shù)演變元器件受到的熱沖擊小，但有時會給器件較大的熱應(yīng)力。僅在需要部位施放焊膏，能控制焊膏施放量，能避免橋接等缺陷的產(chǎn)生。熔融焊料的表面張力能夠校正元器件的貼放位置的微小偏差?？梢圆捎镁植考訜釤嵩矗瑥亩谕换迳?，采用不同焊接工藝進行焊接。焊料中一般不會混入不純物。使用焊膏時，能正確的保持焊料的組成。7熱傳導(dǎo)方式傳導(dǎo)——熱板、熱絲再流焊、氣相再流對流——熱風(fēng)、熱氣流再流焊輻射——激光、紅外、光束再流焊實際情況下，所有傳導(dǎo)方式都以不同的比例同時存在！8第一代：熱板式再流焊爐 它是利用熱板的傳導(dǎo)熱來加熱的再流焊，是最早應(yīng)用的再流焊方法。9第二代：紅外再流焊爐一般采用隧道加熱爐，熱源以紅外線輻射為主，適用于流水線大批量生產(chǎn)。紅外線有遠紅外線和近紅外線兩種，前者多用于預(yù)熱，后者多用于再流加熱。10第三代：紅外+熱風(fēng)再流焊爐對流傳熱的原理：是熱能依靠媒介的運動而發(fā)生傳遞，在紅外熱風(fēng)再流焊爐中，媒介是空氣或氮氣，對流傳熱的快慢取決于熱風(fēng)的的速度。通常風(fēng)速控制在1.0~1.8m/s的范圍之內(nèi)。熱風(fēng)傳熱能起到熱的均衡作用。在紅外熱風(fēng)再流焊爐中，熱量的傳遞是以輻射導(dǎo)熱為主。11再流焊溫度曲線與溫度區(qū)再流焊與波峰焊不同的是焊接時的助焊劑與焊料（焊膏）已預(yù)先涂敷在焊接部位,而再流焊設(shè)備只是向SMA提供一個加溫的通道。所以再流焊過程中需要控制的參數(shù)只有一個，就是SMA表面溫度隨時間的變化，通常用一條“溫度曲線”來表示（橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為SMA的表面溫度）。

12從焊點形成機理來看它是經(jīng)過三個過程：預(yù)熱、焊接、冷卻，這三個過程有著不同的溫度要求，所以我們可將焊接全過程分為三個溫區(qū)：預(yù)熱區(qū)、再流區(qū)和冷卻區(qū)。13焊接時PCB板面溫度要高于焊料熔化溫度約30~40℃。溫度不正確會導(dǎo)致元件焊接質(zhì)量差，甚至?xí)p毀元件。14升溫區(qū)

通常指由室溫升到150℃左右的區(qū)域。在這個區(qū)域里，SMA平穩(wěn)升溫，焊膏中的部分溶劑開始揮發(fā)，元器件特別是IC器件緩緩升溫，以適應(yīng)以后的高溫。升溫過快，會導(dǎo)致元器件開裂、PCB變形、IC芯片損壞，同時焊膏中溶劑揮發(fā)太快，導(dǎo)致錫珠產(chǎn)生。通常升溫速率控制在2℃/s以下為最佳。確定的具體原則是：˙預(yù)熱結(jié)束時溫度：140℃-160℃；˙預(yù)熱時間：160-180S；˙升溫的速率≤3℃/s；15再流焊區(qū)在再流焊區(qū)的保溫區(qū)，溫度通常維持在150℃±10℃的區(qū)域。此時焊膏處于熔化前夕，焊膏中的揮發(fā)物進一步被除去，活化劑開始激活，并有效地去除焊接表面的氧化物。SMA表面溫度受熱風(fēng)影響，不同大小、不同質(zhì)地的元器件溫度能保持均勻，板面溫差達到最小值。保溫區(qū)曲線形態(tài)是評估再流焊爐工藝性的一個窗口。保溫時間一般為60~90s。16SMA進入再流焊區(qū)的焊接區(qū)后迅速升溫，并超出焊膏熔點約30~40℃，即板面溫度瞬時達到215~225℃（峰值溫度），處在峰值溫度的時間為5~10s。在焊接區(qū)，焊膏很快融化，并迅速潤濕焊盤。隨著溫度進一步升高，焊料表面張力降低，會爬至元器件引腳的一定高度，并形成一個“彎月面”。在焊接區(qū)，焊膏溶化后產(chǎn)生的表面張力能適度的校準(zhǔn)由貼片過程中產(chǎn)生的元器件引腳偏移；同時也會由于焊盤設(shè)計不正確引起多種焊接缺陷，如立碑、橋連等。17焊接區(qū)峰值溫度：一般推薦為焊膏合金熔點溫度加20℃-40℃，紅外焊為210230℃；汽相焊為205-215℃；焊接時間：控制在1560s，最長不要超過90s，其中，處于225℃以上的時間小于10s，215℃以上的時間小于20s。18冷卻區(qū)SMA運行到冷卻區(qū)后，焊點迅速降溫，焊料凝固。焊點迅速冷卻可使焊料晶格細(xì)化，提高結(jié)合強度，使焊點光亮，表面連續(xù)，呈“彎月面”。風(fēng)冷和水冷。理想的冷卻曲線與焊接區(qū)升溫曲線呈鏡面對稱分布。降溫速率大于10℃/S；冷卻終止溫度不大于75℃。19無鉛焊的工藝特點采用無鉛焊料，焊接工藝上的改變對基板材料的性能影響方面焊料類別性能項目性能對比焊接工藝上改變對基板材料的性能影響SAC305Sn63-Pb37熔點（mp）217℃183℃比有鉛焊料提高了34℃。在回流焊方面至少提高25℃。波峰焊提高20℃，達到270℃2．液態(tài)經(jīng)歷時間（TAL）90秒60秒板材在TAL延長了30秒的情況下，在高溫?zé)釠_擊的時間拉長3．蘸錫時間2秒0.6秒使得焊接行程緩慢4.焊后降溫速度為減少裂紋發(fā)生需要迅速降溫:6℃/秒升溫與降溫的速率,可保持同步:3℃/秒無鉛化的快速降溫工藝,對板的尺寸穩(wěn)定性、層間粘接性、平整度等都構(gòu)成威脅20圖.JEITA提出的對回流焊中無鉛化基板耐熱性評價的指導(dǎo)性工藝條件要點（圖中的實線是指在波峰焊方式下，圖中的虛線是指在回流焊方式下）21裝載有表面貼裝元器件的PCB，通過傳送裝置連續(xù)在再流焊爐內(nèi)進行加熱的過程中，其加熱溫度隨著加熱時間的延續(xù)分為四個階段：（1）預(yù)熱階段；（2）溫度保持階段；（3）再次升溫至峰值溫度；（4）冷卻?！翱焖偕郎?，再長時間保持”的再流焊溫度曲線，已得到了業(yè)界的廣泛應(yīng)用。

表三個國際（或國家）機構(gòu)所推薦的無鉛化回流焊工藝溫度曲線參數(shù)IEC-國際電工委員會JEITA-日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會22二、再流焊的焊膏印刷工藝

焊膏印刷是SMT生產(chǎn)中關(guān)鍵工序之一，其控制直接影響著組裝板的質(zhì)量。

23焊膏印刷

24251.錫膏

26②絲網(wǎng)漏印焊錫膏

手動刮錫膏27自動刮錫膏28自動刮錫膏2930焊膏印刷的新技術(shù)錫膏噴印技術(shù)

錫膏噴印技術(shù)是最近幾年SMT設(shè)備領(lǐng)域中最具革命性的新技術(shù)。在最新推出的焊膏噴印機上，機器以每秒500點的速度在電路板的焊盤上滑動，噴印焊膏。錫膏通過一個螺旋桿進入到一個密封的壓力艙，然后由一個壓桿壓出。由于無需網(wǎng)板，使它具備眾多優(yōu)點，極大地減少了生產(chǎn)轉(zhuǎn)換和交貨的時間。如同計算機的噴墨打印機一樣。在生產(chǎn)過程中，你不必再調(diào)整刮刀壓力、速度或其他的絲網(wǎng)印刷參數(shù)。因為程序完全由軟件控制，你可以根據(jù)需要隨時調(diào)整焊膏量，也可以控制每個元件或個別焊盤的焊膏量，而這在傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷機中是無法實現(xiàn)的。31

封閉式印刷技術(shù)

32焊膏噴印技術(shù)33

印刷時的不良與對策3435363738三.再流焊用焊膏的主要性能要求及種類焊膏產(chǎn)品概述

焊膏(Solder）。它是由粉末狀焊料合金、焊劑和一些起粘性作用及其他作用的添加劑混合制成具有一定粘度和良好觸變性的焊料膏。簡稱焊膏(又叫錫膏）

。38錫膏的主要成分：成分焊料合金粉末助焊劑主要材料作用Sn/PbSn/Pb/Ag活化劑增粘劑溶劑搖溶性附加劑SMD與電路的連接松香，甘油硬脂酸脂鹽酸，聯(lián)氨，三乙醇酸金屬表面的凈化松香，松香脂，聚丁烯凈化金屬表面，與SMD保持粘性丙三醇，乙二醇對焊膏特性的適應(yīng)性Castor石臘（臘乳化液）軟膏基劑防離散，塌邊等焊接不良3940（1）合金焊粉顆粒焊膏顆粒的形狀、表面氧化程度對焊膏性能影響很大。由于球形顆粒表面積小，氧化程度低，印刷性能良好，故廣泛采用。球形顆粒的大小用目數(shù)來表示。目數(shù)的定義：每英寸長度（25.4mm）中網(wǎng)眼的數(shù)目。也可以直接用球徑大小表示，單位為μm。焊膏主要性能要求4041（2）焊膏粘度

粘度是焊膏的一個重要指標(biāo)，不同的涂布方法，使用不同粘度的焊膏。700Pa.s－1200Pa.s模板印刷：適合間距0.5mm400Pa.s－600Pa.s絲網(wǎng)印刷：適合間距1.27mm350Pa.s－450Pa.s分配器：適合間距1.27mm焊膏粘度測量按照IPC－SP－819進行。焊膏－25℃-5r/min4142（3）焊膏的印刷性

焊膏的印刷性是指焊膏多次從模板、分配器上順利地漏印到PCB上的性能。焊膏的印刷性不好，會堵塞模板的孔眼，影響到整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)。影響焊膏的印刷性的原因：a)焊膏中缺少阻印劑。b)焊膏用量不足。c)焊膏顆粒粗大，與開口不相匹配。（開口內(nèi)裝5個小球）d)球徑分布不符合要求。80％合金粉在規(guī)定范圍內(nèi)。如何測試焊膏的印刷性：4243（4）焊膏的黏結(jié)力

焊膏的黏結(jié)力是保持元件在貼裝后不位移的能力。

（5）焊膏的塌陷度

焊膏印刷到PCB后，經(jīng)過一段時間高溫后保持原來形狀的程度。再流焊后出現(xiàn)的橋連、焊球現(xiàn)象與其有關(guān)。

按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行，也可用已由模板試驗。

（6）焊球狀態(tài)

如果焊球氧化或含有水份，過再流焊時會造成飛濺，形不成圓球。

4344（7）焊膏的擴展率（潤濕性）

焊膏的擴展率是檢查焊膏的活性程度，即焊膏在氧化的銅皮上的潤濕和鋪展能力，反應(yīng)焊膏的焊接性能指標(biāo)。

方法：印刷直徑6.5mm，厚0.2mm的焊膏，再流焊后其直徑應(yīng)擴大10％－20％。

（8）焊膏中的合金含量（90％）

合金含量高，粘度高，印刷圖形較厚，塌陷小。

印刷時間長，會產(chǎn)生助焊劑揮發(fā)，粘度增高引起焊接缺陷，如橋接、漏印等。

4445（9）焊膏的腐蝕性能

焊膏不僅可焊性好，同時要求焊后對板的腐蝕性要小，特別是采用免清洗技術(shù)，更應(yīng)有一定要求。

焊膏的腐蝕性能指標(biāo)有：

干燥度、含氯量、銅鏡試驗、水溶液電阻、絕緣電阻、酸酯。

4546焊劑的主要性能要求及種類焊劑是焊膏載體的主要組分之一，現(xiàn)有的焊膏焊劑有三大類型：R型（松香焊劑），RMA型（適度活化的松香）以用RA型（全部活化的松香）。一般采用的是含有RMA型焊劑是以松香和稱為活化劑的鹽溶液組成的。這種焊劑靠鹽激活，適合于消除輕微的氧化膜及其它污染，增加了熔化的焊料與焊盤、元件端焊頭或孔線之間的潤濕作用。4647常用焊劑品種松香型：助焊劑主要成分為松香。由于松香有優(yōu)良的助焊性能，焊后殘留物成膜性好，對焊點有保護作用；松香第二個作用是增加焊膏的黏接力，使貼裝的元件不產(chǎn)生位移；第三個作用是和松香和其他成分混合，起到調(diào)節(jié)粘度的作用，使金屬粉末不沉淀、不分層。松香型焊膏主要有兩大類：中等活性松香（RMA）和活性松香型（RA）。水溶型（WS或OA）

：助助焊劑主要成分為有機的水溶性物質(zhì)，焊后可水清洗，有利于環(huán)保，但由于無松香，焊膏黏性不夠大，應(yīng)用收到一定限制。

4748免清洗型（NC）

：助焊劑中不含鹵素，同時盡量減少的松香含量，增加其他有機物的用量，但松香含量減少到一定程度，焊劑的活性就會降低，防止焊接區(qū)二次氧化的作用也會降低，采用氮氣保護焊接解決問題。免清洗工藝雖然是發(fā)展方向，但軍品慎重使用。

4849各類型焊劑的成分比較中等活性松香（RMA）和活性松香型（RA）配方是相似的。然而，RA含有鹵化物活性劑。水溶性助焊劑（WS或OA）含有高的活化劑。免洗類型（NC）似于RA、RMA，除在松香樹脂含量上不同。其它成份是表面活化劑、增稠劑、增韌劑等49

常見主要焊錫膏的種類:4Sn-3.9Ag-0.6CuSn-3.8Ag-0.7Cu合金組成Sn-5.0SbSn-0.7CuSn-3.5AgSn-3.0Ag-0.5CuSn-8.8ZnSn-8.0Zn-3.0BiSn-58Bi熔點(℃

)243/236227/227221/221219/217219/217219/217199/199197/187138/138比重7.37.47.47.47.47.47.37.38.7拉力強度(Kgf/mm2)5.13.43.23.63.