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1、1,回流焊工艺流程,SMT 石洋 13480175390,2,目录,一、回流焊定义,二、回流焊原理,三、回流焊特点,四、回流焊分类,五、影响回流焊的质量因素,六、回流焊profile工艺工艺要求,七、通过DOE试验,找出最佳炉温曲线,八、总结,3,一、 回流焊定义 回流焊，也称为 Reflow ，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。,4,二、 回流焊原理,5,A：当 PCB 进入升温区（干燥区）时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器
2、件引脚与氧气隔离；,6,B： 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；,7,C：当 PCB 进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对 PCB 的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点；,8,C：PCB 进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了回流焊。,9,1 ) 不像波峰焊那样，要把元器件直接 浸渍在熔融的焊料中，所以元器件受到的热冲击小。但由于回流焊加热方法不同，有时会施加给器件较大的热应力； 2 ) 只需要在焊盘上施加焊料，并且能控制焊料的施加量，避免了虚焊、桥接等焊接缺陷的产生，因
3、此焊接质量好，可靠性高；,三、回流焊工艺特点（ 与波峰焊技术相比）,波 峰 焊,回 流 焊,10,3 ) 有自定位效应（ 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；4 ) 焊料中不会混入不纯物，使用焊膏时，能正确地保证焊料的成分；,11,1） 按回流焊加热区域 可分为两大类：一类是对 PCB 整体加热进行回流焊，另一类是对 PCB 局部加热进行回流焊。 2） 对 PCB 整体加热再流 焊可分为：热板回流焊、热风回流焊、热风加红外回流焊、气相回流焊。 3）
4、 对 PCB 局部加热再流 焊可分为：激光回流焊、红外回流焊、聚焦红外回流焊、光束回流焊 、 热气流回流焊 。,四、回流焊的分类,热风回流焊,红外回流焊,12,五、影响回流焊的质量因素,1、钢网设计2、印刷参数设定3、锡膏的选用4、环境温度与湿度的控制5、贴片元件的氧化程度6、PCB表面的处理与氧化程度7、贴装精度与效果的确认8、回流参数的设计与PROFILE的测量标准9、其它,13,六、回流焊Profile工艺要求,1）锡膏供应商推荐之Profile参考2）客户工艺要求之Profile 参数3）我司自制Profile 要求4）IPC/JEDEC J-STD-020C,1、曲线标准来源,14,
5、2、曲线分类,2-1)RSS:Ramp soak spike 升温-保温-回流,A、升温-保温-回流(RSS)温度曲线可用于RMA或免洗化学成分，但一般不推荐用于水溶 化学成分，因为RSS保温区可能过早地破坏锡膏活性剂，造成不充分的湿润。使用 RSS温度曲线的唯一目的是消除或减少T。B、整个温度曲线应该从45 C到峰值温度215( 5) C持续3.54分钟。冷却速率应 控制在每秒4 C。一般，较快的冷却速率可得到较细的颗粒结构和较高强度与较 亮的焊接点。可是，超过每秒4 C会造成温度冲击。,15,2-2）RTS:Ramp to spike 升温到回流,A、RTS温度曲线可用于任何化学成分或合金
6、，为水溶锡膏和难于焊接的合金与零件所 首选。 RTS温度曲线比RSS有几个优点。RTS一般得到更光亮的焊点，可焊性问题 很少，因为在RTS温度曲线下回流的锡膏在预热阶段保持住其助焊剂载体。这也将 更好地提高湿润性，因此，RTS应该用于难于湿润的合金和零件。B、因为RTS曲线的升温速率是如此受控的，所以很少机会造成焊接缺陷或温度冲击。 另外，RTS曲线更经济，因为减少了炉前半部分的加热能量。此外，排除RTS的故 障相对比较简单，有排除RSS曲线故障经验的操作员应该没有困难来调节RTS曲线 ，以达到优化的温度曲线效果。,16,3、曲线设计,A：理想的温度曲线由四个部分组成,前面三个区加热和最后一个
7、区冷却。B：一个典型的温度曲线如图所示 ,其包含回流持续时间、锡膏活性温度、合金熔点和 所希望的回流最高温度等。C：回流焊炉的温区越多 ,越能使实际温度曲线的轮廓达到理想的温度曲线。大多数锡 膏都能用有四个基本温区的温度曲线完成回流焊工艺过程。,3-1）曲线整体区域,17,A:预热区 ,也叫斜坡区 ,用来将 PCB 的温度从周围环 境温度提升到所须的活性温度。在这个区域电路板 和元器件的热容不同 ,他们的实际温度提升速率不 同。B:电路板和元器件的温度应不超过每秒 25 速度 连续上升 ,如果过快 ,会产生热冲击 ,电路板和元器 件都可能受损 ,如陶瓷电容的细微裂纹而温度上升 太慢 ,锡膏会感
8、温过度 ,溶剂挥发不充分 ,影响焊接 质量。炉的预热区一般占整个加热区长度的1525 %。,3-2）预热区域,18,A:活性区 ,有时叫做恒温区 ,这个区一般占加热区 的 3050 %。活性区的主要目的是使SMA内各 元件的温度趋于稳定 ,尽量减少温差。在这个区 域里给予足够的时间使热容大的元器件的温度赶 上较小元件 ,并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥 发。到活性区结束 ,焊盘、焊料球及元件引脚上 的氧化物被除去 ,整个电路板的温度达到平衡。 应注意的是 SMA上所有元件在这一区结束时应 具有相同的温度 ,否则进入到回流区将会因为各 部分温度不均产生各种不良焊接现象。B:一般普遍的活性温度范围是
9、120150 ,如果活 性区的温度设定太高 ,助焊剂没有足够的时间活 性化 ,温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率.虽 然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增 加 ,但是理想的温度曲线应当是平稳的温度。,3-3）活性区域（恒温区）,19,A:回流区 ,有时叫做峰值区或最后升温区 ,这个区的作 用是将 PCB 的温度从活性温度提高到所推荐的峰值 温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点 ,而峰 值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是焊膏合 金的熔点温度加 40 左右.B:这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒 2 5 ,或使回流峰值温度比推荐的高 ,或工作时间太长 可能引起 PCB 的过
10、分卷曲、脱层或烧损 ,并损害元 件的完整性。回流峰值温度比推荐的低 ,工作时间太 短可能出现冷焊等缺陷。,3-4）回流区域,20,A:冷却区 ,这个区中焊膏的锡合金粉末已经熔化并 充分润湿被连接表面 ,应该用尽可能快的速度来 进行冷却 ,这样将有助于合金晶体的形成 ,得到 明亮的焊点 ,并有较好的外形和低的接触角度。B:缓慢冷却会导致电路板的杂质更多分解而进入锡 中 ,从而产生灰暗粗糙的焊点。在极端的情形下 , 其可能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段 降温速率一般为-1 -4 / S。,3-5）冷却区域,21,4、炉温曲线的测试,4-1)测定时 ,尽量使用已完全装配过的板。首先对印制板元器
11、件进行热特性分析 ,由 于印制板受热性能不同 ,元器件体积大小及材料差异等原因 ,各点实际受热升温 不相同 ,找出最热点、最冷点 ,分别设置热电偶便可测量出最高温度与最低温度。4-2)尽可能多设置热电偶测试点 ,以求全面反映印制板各部分真实受热状态。例如印 制板中心与边缘受热程度不一样 ,大体积元件与小型元件热容量不同及热敏感元 件都必须设置测试点。4-3)热电偶探头外形微小 ,必须用指定胶粘剂固定在测试位置 ,否则受松动 ,偏离预 定测试点 ,引起测试误差。,胶粘剂固定,完全装配过的板,22,5、小结,5-1）在 SMT回流焊工艺造成对元件加热不均匀的 原因主要有:回流焊元件热容量的差别 ,
12、传送 带或加热器边缘影响 ,回流焊炉上的负载等三 个方面。通常 PLCC、QFP、BGA、屏蔽罩 等器件热容量大 ,焊接面积大 ,焊接困难;,5-2）与回流焊相关的焊接缺陷很多 ,主要有:桥接、 立碑(曼哈顿现象) 、润湿不良等。究其原因 多数与温度曲线有关。设定合理的焊接温度 曲线 ,选择合适的焊料 ,应用合理的工艺是保 证质量的关键。,桥接,立碑,空洞,23,七、通过DOE试验,找出最佳炉温曲线,DOE (Design of Experiments) 实验设计,DOE是一系列实验设计及分析方法集，通过有目的地改变一个系统输入来观察系统输出的改变情况。,24,1、DOE实验目的,A:确定那些
13、输入对输出影响最大(确定曲线参数对品质影响)B:确定什么样的曲线参数能产生理想的输出结果C:怎样设置曲线参数以减少对品质的变化,2、DOE基本术语,因子 (可控因子,非可控因子) 水平: 为了研究因子对响应的影响,需要用到因子的两个或更多的不 同的取值,这些取值称为因子的水平(level)或设定(Setting).主效应: 某因子处于不同水平时响应变量的差异.,25,回流温度曲线的主要工艺参数峰值温度（Peak）：回流焊接中测试点的最高温度。回流时间（Reflow time）：回流焊中焊料液相线以上的时间。均热时间（Soak time）：回流焊中使溶剂挥发且活化助焊剂温度段的时间。升温斜率（P
14、reheat ramp） ：回流焊中温度上升的斜率（有预热阶段和回流阶段两种升温斜率）。降温斜率(Cooling ramp) ：回流焊中冷却阶段温度下降的斜率。,26,3、因子与水平（以下数据为设计数据不 作为真实考证）,27,4、DOE田口试验,找出影响炉温曲线的主要因素,实验次数,水平,因子,正交实验,1）实验次数与数据,28,2）实验结果,A:可通过三次整体实验得出良率数据,29,B:K1/K2/K3为各 因子分别在 1/2/3水平时 之良率和C:k1=K1/3 k2=K2/3 k3=k3/3 (即为均值）D:极差为均值最 大值与最小值 之差F:极差最大时表 明为影响良之 最大因子。,G
15、:通过上表数据得出影响品质最大之因素为峰值温度与回流时间； 最佳匹配方案为A3B2C3 寻找实验目中第8项较为接近最佳方案,30,3）软件分析,A：上述分析数据均为手动运算得出，也可能过 软件进行分析。B: 分析软件 MINITAB C: 将上述数据导入 MINITAB,31,D:经DOE田口 设计分析得 出均值主效 应图。E：分析结论 为峰值温 度与回流 时间为影 响品质最 大因素， 与手动分 析结果一 致。,32,总结： 回流焊接是 SMT工艺中复杂而关键的工艺 ,涉 及到自动控制、材料、流体力学和冶金学等多 种科学。要获得优质的焊接质量 ,必须深入研 究回流焊接工艺参数的设计、温度场的影响、 元器件的影响、焊接材料影响、焊接设备等方 方面面；须保持良好面对问题的心态，持续改 善，达到理想品质目标。,33,谢谢观看,
