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1、再流焊工艺技术基础知识 及其锡膏的应用,reflow soldering,一、再流焊技术概述,再流焊是表面组装技术的关键核心技术之一，再流焊又被称为：“回流焊”或“重熔群焊”，它是适应SMT而研制的一种新型的焊接方法，它适用于焊接全表面安装组件。焊接是SMT中最主要的工艺技术，焊接质量是SMA可靠性的关键，它直接影响电子装备的性能可靠性和经济利益，而焊接质量取决于所用的的焊接方法、焊接材料、焊接工艺技术和焊接设备。 SMT中采用的焊接技术主要有波峰焊和再流焊。一般情况下，波峰焊用于混合组装方式，再流焊用于全变面组装方式。 波峰焊与再流焊之间的基本区别在于热源与焊料供给方式不同。,再流焊工艺概述
2、,在表面贴装的连接材料是焊料膏（又称为锡膏），通过印刷或者滴注等方法将锡膏涂敷在PCB的焊盘（连接盘）上，再用专用设备 贴片机在上面放置SMD，然后加热使得焊膏熔化，再次流动，从而实现连接。所以顾名思义叫：“回流焊”（又称为“回流焊”）。 当在PCB上贴装好元器件后，将它通过自动传动运输装置，经过回流焊炉内而进行加热。 一般使用的回流焊炉，多采用红外辐射加热和强制热风对流加热两种并用的加热方式。较先进的回流焊炉的加热箱部分，一般分为6个以上的单独控温室，这有利于回流焊温度曲线的再现性。，完成焊接加工。,再流焊过程,再流焊是表面组装技术的关键核心技术之一，再流焊又被称为：“回流焊”或“重熔群焊”
3、，它是适应SMT而研制的一种新型的焊接方法，它适用于焊接全表面安装组件。,再流焊设备,再流焊技术的特点及技术演变,元器件受到的热冲击小，但有时会给器件较大的热应力。仅在需要部位施放焊膏，能控制焊膏施放量，能避免桥接等缺陷的产生。熔融焊料的表面张力能够校正元器件的贴放位置的微小偏差。可以采用局部加热热源，从而在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接。焊料中一般不会混入不纯物。使用焊膏时，能正确的保持焊料的组成。,热传导方式,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 ！,第一代：热板式再流焊炉它是利用热板的传导热来
4、加热的再流焊，是最早应用的再流焊方法。,第二代：红外再流焊炉一般采用隧道加热炉，热源以红外线辐射为主，适用于流水线大批量生产。红外线有远红外线和近红外线两种，前者多用于预热，后者多用于再流加热。,第三代：红外+热风再流焊炉对流传热的原理：是热能依靠媒介的运动而发生传递，在红外热风再流焊炉中，媒介是空气或氮气，对流传热的快慢取决于热风的的速度。通常风速控制在1.01.8m/s的范围之内。热风传热能起到热的均衡作用。在红外热风再流焊炉中，热量的传递是以辐射导热为主。,再流焊温度曲线与温度区,再流焊与波峰焊不同的是焊接时的助焊剂与焊料（焊膏）已预先涂敷在焊接部位,而再流焊设备只是向SMA提供一个加温
5、的通道。 所以再流焊过程中需要控制的参数只有一个，就是SMA表面温度随时间的变化，通常用一条“温度曲线”来表示（横坐标为时间，纵坐标为SMA的表面温度）。,从焊点形成机理来看它是经过三个过程：预热、焊接、冷却，这三个过程有着不同的温度要求，所以我们可将焊接全过程分为三个温区：预热区、再流区和冷却区。,焊接时PCB板面温度要高于焊料熔化温度约30 40。温度不正确会导致元件焊接质量差，甚至会损毁元件。,升温区,通常指由室温升到150 左右的区域。在这个区域里，SMA平稳升温，焊膏中的部分溶剂开始挥发，元器件特别是IC器件缓缓升温，以适应以后的高温。升温过快，会导致元器件开裂、PCB变形、IC芯片
6、损坏，同时焊膏中溶剂挥发太快，导致锡珠产生。通常升温速率控制在2 /s以下为最佳。确定的具体原则是： 预热结束时温度：140-160； 预热时间：160-180 S； 升温的速率3/s；,再流焊区,在再流焊区的保温区，温度通常维持在150 10 的区域。此时焊膏处于熔化前夕，焊膏中的挥发物进一步被除去，活化剂开始激活，并有效地去除焊接表面的氧化物。SMA表面温度受热风影响，不同大小、不同质地的元器件温度能保持均匀，板面温差达到最小值。保温区曲线形态是评估再流焊炉工艺性的一个窗口。保温时间一般为6090s。,SMA进入再流焊区的焊接区后迅速升温，并超出焊膏熔点约30 40，即板面温度瞬时达到21
7、5225 （峰值温度），处在峰值温度的时间为510s。在焊接区，焊膏很快融化，并迅速润湿焊盘。随着温度进一步升高，焊料表面张力降低，会爬至元器件引脚的一定高度，并形成一个“弯月面”。在焊接区，焊膏溶化后产生的表面张力能适度的校准由贴片过程中产生的元器件引脚偏移；同时也会由于焊盘设计不正确引起多种焊接缺陷，如立碑、桥连等。,焊接区,峰值温度：一般推荐为焊膏合金熔点温度加20-40，红外焊为210230；汽相焊为205-215； 焊接时间：控制在1560s，最长不要超过90s，其中，处于225以上的时间小于10s，215以上的时间小于20s。,冷却区,SMA运行到冷却区后，焊点迅速降温，焊料凝固。
8、焊点迅速冷却可使焊料晶格细化，提高结合强度，使焊点光亮，表面连续，呈“弯月面”。风冷和水冷。理想的冷却曲线与焊接区升温曲线呈镜面对称分布。,降温速率大于10/S； 冷却终止温度不大于75。,无铅焊的工艺特点,采用无铅焊料，焊接工艺上的改变对基板材料的性能影响方面,图. JEITA提出的对回流焊中无铅化基板耐热性评价的指导性工艺条件要点（图中的实线是指在波峰焊方式下，图中的虚线是指在回流焊方式下）,装载有表面贴装元器件的PCB，通过传送装置连续在再流焊炉内进行加热的过程中，其加热温度随着加热时间的延续分为四个阶段：（1）预热阶段；（2）温度保持阶段；（3）再次升温至峰值温度；（4）冷却。“快速升
9、温，再长时间保持”的再流焊温度曲线，已得到了业界的广泛应用。 表 三个国际（或国家）机构所推荐的无铅化回流焊工艺温度曲线参数,IEC- 国际电工委员会 JEITA-日本电子信息技术产业协会,二、再流焊的焊膏印刷工艺,焊膏印刷是SMT 生产中关键工序之一，其控制直接影响着组装板的质量。,焊膏印刷,1. 锡膏,丝网漏印焊锡膏,手动刮锡膏,自动刮锡膏,自动刮锡膏,焊膏印刷的新技术,锡膏喷印技术 锡膏喷印技术是最近几年SMT 设备领域中最具革命性的新技术。在最新推出的焊膏喷印机上，机器以每秒500点的速度在电路板的焊盘上滑动，喷印焊膏。锡膏通过一个螺旋杆进入到一个密封的压力舱，然后由一个压杆压出。由于
10、无需网板，使它具备众多优点，极大地减少了生产转换和交货的时间。如同计算机的喷墨打印机一样。 在生产过程中，你不必再调整刮刀压力、速度或其他的丝网印刷参数。 因为程序完全由软件控制，你可以根据需要随时调整焊膏量，也可以控制每个元件或个别焊盘的焊膏量，而这在传统丝网印刷机中是无法实现的。,封闭式印刷技术,焊膏喷印技术,印刷时的不良与对策,38,三. 再流焊用焊膏的主要性能要求及种类,焊膏产品概述 焊膏(Solder ）。它是由粉末状焊料合金、焊剂和一些起粘性作用及其他作用的添加剂混合制成具有一定粘度和良好触变性的焊料膏。简称焊膏(又叫锡膏 ） 。,锡膏的主要成分：,40,（1）合金焊粉颗粒 焊膏颗
11、粒的形状、表面氧化程度对焊膏性能影响很大。 由于球形颗粒表面积小，氧化程度低，印刷性能良好，故广泛采用。球形颗粒的大小用目数来表示。 目数的定义：每英寸长度（25.4mm）中网眼的数目。也可以直接用球径大小表示，单位为m 。,焊膏主要性能要求,41,（2）焊膏粘度,粘度是焊膏的一个重要指标，不同的涂布方法，使用不同粘度的焊膏。 700 Pa.s 1200 Pa.s 模板印刷： 适合间距 0.5mm 400 Pa.s 600 Pa.s 丝网印刷：适合间距 1.27mm 350 Pa.s 450 Pa.s 分配器：适合间距 1.27mm 焊膏粘度测量按照IPCSP819进行。 焊膏 25 -5r/
12、min,42,（3）焊膏的印刷性,焊膏的印刷性是指焊膏多次从模板、分配器上顺利地漏印到PCB上的性能。焊膏的印刷性不好，会堵塞模板的孔眼，影响到整条生产线的生产。 影响焊膏的印刷性的原因： a) 焊膏中缺少阻印剂。 b) 焊膏用量不足。 c) 焊膏颗粒粗大，与开口不相匹配。（开口内 装 5个小球） d) 球径分布不符合要求。80合金粉在规定范围内。 如何测试焊膏的印刷性：,43,（4）焊膏的黏结力 焊膏的黏结力是保持元件在贴装后不位移的能力。 （5）焊膏的塌陷度 焊膏印刷到PCB后，经过一段时间高温后保持原来形状的程度。再流焊后出现的桥连、焊球现象与其有关。 按有关标准进行，也可用已由模板试验
13、。（6）焊球状态 如果焊球氧化或含有水份，过再流焊时会造成飞溅，形不成圆球。,44,（7）焊膏的扩展率（润湿性） 焊膏的扩展率是检查焊膏的活性程度，即焊膏在氧化的铜皮上的润湿和铺展能力，反应焊膏的焊接性能指标。 方法：印刷直径6.5mm，厚0.2mm的焊膏，再流焊后其直径应扩大1020。 （8）焊膏中的合金含量（90） 合金含量高，粘度高，印刷图形较厚，塌陷小。 印刷时间长，会产生助焊剂挥发，粘度增高引起焊接 缺陷，如桥接、漏印等。,45,（9）焊膏的腐蚀性能 焊膏不仅可焊性好，同时要求焊后对板的腐蚀性要小，特别是采用免清洗技术，更应有一定要求。焊膏的腐蚀性能指标有：干燥度、 含氯量、铜镜试验
14、、水溶液电阻、绝缘电阻、酸酯。,46,焊剂的主要性能要求及种类,焊剂是焊膏载体的主要组分之一，现有的焊膏焊剂有三大类型：R型（松香焊剂），RMA型（适度活化的松香）以用RA型（全部活化的松香）。 一般采用的是含有RMA型焊剂是以松香和称为活化剂的盐溶液组成的。这种焊剂靠盐激活，适合于消除轻微的氧化膜及其它污染，增加了熔化的焊料与焊盘、元件端焊头或孔线之间的润湿作用。,47,常用焊剂品种,松香型：助焊剂主要成分为松香。由于松香有优良的助焊性能，焊后残留物成膜性好，对焊点有保护作用；松香第二个作用是增加焊膏的黏接力，使贴装的元件不产生位移；第三个作用是和松香和其他成分混合，起到调节粘度的作用，使金
15、属粉末不沉淀、不分层。松香型焊膏主要有两大类：中等活性松香（RMA）和活性松香型（RA）。 水溶型（WS或OA） ：助助焊剂主要成分为有机的水溶性物质，焊后可水清洗，有利于环保，但由于无松香，焊膏黏性不够大，应用收到一定限制。,48,免清洗型（NC） ：助焊剂中不含卤素，同时尽量减少的松香含量，增加其他有机物的用量，但松香含量减少到一定程度，焊剂的活性就会降低，防止焊接区二次氧化的作用也会降低，采用氮气保护焊接解决问题。免清洗工艺虽然是发展方向，但军品慎重使用。,49,各类型焊剂的成分比较,中等活性松香（RMA）和活性松香型（RA）配方是相似的。然而，RA 含有卤化物活性剂。 水溶性助焊剂（W
16、S或OA）含有高的活化剂。 免洗类型（NC）似于RA、RMA，除在松香树脂含量上不同。 其它成份是表面活化剂、增稠剂、增韧剂等,常见主要焊锡膏的种类 :,无铅焊膏也越来越应用广泛，目前已有13的产品使用无铅焊接。最常用焊膏的是无铅焊料成份加各种焊剂组成,四、再流焊中因焊膏引起的主要质量问题,焊盘外锡球元器件中部锡珠立碑细间距搭桥/短路焊接点开路焊点表面粗糙不光滑,桥连SMT生产中常见缺陷之一，会引起元件之间的短路，遇到桥连必须返修。,焊接质量缺陷及解决办法,焊膏中金属含量偏高，导致IC引脚桥连；焊膏粘度低或塌落度差，预热后漫流到焊盘外。,53,焊盘外锡球,元器件中部锡珠,54,立碑,焊盘之间印膏量不同,立碑现象再流焊中，片式元器件经常出现立起的现象，成为立碑，又称为吊桥、曼哈顿现象。,立碑现象发生的根本原因是元件两边的润湿力不平衡，因而元件两端的力矩也不平衡，从而导致立碑现象的发生。,56,细间距搭桥/短路,焊锡膏外溢或锡膏成形对位不良,过量锡膏崩塌印膏过厚锡膏印刷效果不良,焊接点开路,可焊性不良助焊剂活性不足,57,细间距搭桥/短路,焊锡膏外溢或锡膏成形对位不良,过量锡膏崩塌印膏过厚锡膏印刷效果不良,焊接点开路,可焊性不良助焊剂活性不足,
