SMT關(guān)鍵工序-再流焊工藝控制顧靄云1.再流焊定義

再流焊Reflowsoldring，通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏狀軟釬焊料，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊。再流焊2.再流焊原理

37Pb/63Sn鉛錫焊膏再流焊溫度曲線

從溫度曲線分析再流焊的原理：當(dāng)PCB進(jìn)入升溫區(qū)（干燥區(qū)）時，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤，將焊盤、元件焊端與氧氣隔離；PCB進(jìn)入保溫區(qū)時，使PCB和元器件得到充分的預(yù)熱，以防PCB突然進(jìn)入焊接高溫區(qū)而損壞PCB和元器件；在助焊劑活化區(qū)，焊膏中的助焊劑潤濕焊盤、元件焊端，并清洗氧化層；當(dāng)PCB進(jìn)入焊接區(qū)時，溫度迅速上升使焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫潤濕PCB的焊盤、元件焊端，同時發(fā)生擴(kuò)散、溶解、冶金結(jié)合，漫流或回流混合形成焊錫接點(diǎn)；PCB進(jìn)入冷卻區(qū)，使焊點(diǎn)凝固。此時完成了再流焊。

3.再流焊工藝特點(diǎn)自定位效應(yīng)（selfalignment）—當(dāng)元器件貼放位置有一定偏離時，由于熔融焊料表面張力作用，當(dāng)其全部焊端或引腳與相應(yīng)焊盤同時被潤濕時，在表面張力作用下，自動被拉回到近似目標(biāo)位置的現(xiàn)象；

自定位效應(yīng)（selfalignment）再流焊前再流焊后再流焊中4.再流焊的分類1)按再流焊加熱區(qū)域可分為兩大類：a對PCB整體加熱；b對PCB局部加熱。

2)對PCB整體加熱再流焊可分為：

熱板再流焊、紅外再流焊、熱風(fēng)再流焊、熱風(fēng)加紅外再流焊、氣相再流焊。3)對PCB局部加熱再流焊可分為：

激光再流焊、聚焦紅外再流焊、光束再流焊、熱氣流再流焊。5.再流焊的工藝要求1)設(shè)置合理的溫度曲線并定期做溫度曲線的實(shí)時測試。2)要按照PCB設(shè)計(jì)時的焊接方向進(jìn)行焊接。3)焊接過程中嚴(yán)防傳送帶震動。4)必須對首塊印制板的焊接效果進(jìn)行檢查。檢查焊接是否充分、焊點(diǎn)表面是否光滑、焊點(diǎn)形狀是否呈半月狀、錫球和殘留物的情況、連焊和虛焊的情況。還要檢查PCB表面顏色變化等情況。并根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)整溫度曲線。在整批生產(chǎn)過程中要定時檢查焊接質(zhì)量。高質(zhì)量＝高直通率＋高可靠（壽命保證）不提倡檢查-返修或淘汰的-貫做法，更不容忍錯誤發(fā)生。任何返修工作都可能給成品質(zhì)量添加不穩(wěn)定的因素。再流焊質(zhì)量要求返修的潛在問題返修工作都是具有破壞性的…

特別是當(dāng)前組裝密度越來越高，組裝難度越來越大盡量避免返修，或控制其不良后果！返修會縮短產(chǎn)品壽命過去我們通常認(rèn)為，補(bǔ)焊和返修，使焊點(diǎn)更加牢固，看起來更加完美，可以提高電子組件的整體質(zhì)量。但這一傳統(tǒng)觀念并不正確。6.影響再流焊質(zhì)量的因素再流焊是SMT關(guān)鍵工藝之一。表面組裝的質(zhì)量直接體現(xiàn)在再流焊結(jié)果中。但再流焊中出現(xiàn)的焊接質(zhì)量問題不完全是再流焊工藝造成的。因?yàn)樵倭骱附淤|(zhì)量除了與焊接溫度（溫度曲線）有直接關(guān)系以外，還與生產(chǎn)線設(shè)備條件、PCB焊盤和可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)、元器件可焊性、焊膏質(zhì)量、印制電路板的加工質(zhì)量、以及SMT每道工序的工藝參數(shù)、甚至與操作人員的操作都有密切的關(guān)系。(1)PCB焊盤設(shè)計(jì)對再流焊質(zhì)量的影響

SMT的組裝質(zhì)量與PCB焊盤設(shè)計(jì)有直接的、十分重要的關(guān)系。如果PCB焊盤設(shè)計(jì)正確，貼裝時少量的歪斜可以在再流焊時，由于熔融焊錫表面張力的作用而得到糾正（稱為自定位或自校正效應(yīng)）；相反，如果PCB焊盤設(shè)計(jì)不正確，即使貼裝位置十分準(zhǔn)確，再流焊后反而會出現(xiàn)元件位置偏移、吊橋等焊接缺陷。

(2)焊膏質(zhì)量、及焊膏的正確使用

對再流焊質(zhì)量的影響焊膏中的金屬微粉含量、顆粒度、金屬粉末的含氧量、黏度、觸變性都有一定要求。焊膏質(zhì)量如果金屬微粉含量高,再流焊升溫時金屬微粉隨著溶劑、氣體蒸發(fā)而飛濺；顆粒過大，印刷時會影響焊膏的填充和脫膜；如金屬粉末的含氧量高，還會加劇飛濺，形成焊錫球，同時還會引起不潤濕等缺陷；另外，如果焊膏黏度過低或焊膏的保形性（觸變性）不好，印刷后焊膏圖形會塌陷，甚至造成粘連，再流焊時也會形成焊錫球、橋接等焊接缺陷。焊膏使用不當(dāng)例如從低溫柜取出焊膏直接使用，由于焊膏的溫度比室溫低，產(chǎn)生水汽凝結(jié)，再流焊升溫時，水汽蒸發(fā)帶出金屬粉末，在高溫下水汽會使金屬粉末氧化，飛濺形成焊錫球，還會產(chǎn)生潤濕不良、等問題。(3)元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤質(zhì)量對再流焊質(zhì)量的影響當(dāng)元器件焊端和引腳、印制電路基板的焊盤氧化或污染，或印制板受潮等情況下，再流焊時會產(chǎn)生潤濕不良、虛焊，焊錫球、空洞等焊接缺陷。解決措施措施1：采購控制措施2：元器件、PCB、工藝材料的存放、保管、發(fā)放制度措施3：元器件、PCB、材料等過期控制（過期的物料原則上不允許使用，必須使用時需要經(jīng)過檢測認(rèn)證，確信無問題才能使用）采購控制

根據(jù)采購產(chǎn)品的重要性，將供方和采購產(chǎn)品分類。對供方要有一套選擇、評定和控制的辦法，采購合格產(chǎn)品。制定一套嚴(yán)格的進(jìn)貨檢驗(yàn)和驗(yàn)證制度。SMT主要控制：元器件、工藝材料、PCB加工質(zhì)量、模板加工質(zhì)量。來料檢測主要項(xiàng)目舉例1：元器件質(zhì)量控制(a)盡量定點(diǎn)采購——要與元件廠簽協(xié)議，必須滿足可貼性、可焊性和可靠性的要求；(b)如果分散采購，要建立入廠檢驗(yàn)制度，抽測以下項(xiàng)目：電性能、外觀（共面性、標(biāo)識、封裝尺寸、包裝形式）可焊性（包括潤濕性試驗(yàn)、抗金屬分解試驗(yàn)）。(c)防靜電措施。(d)注意防潮保存。(e)元器件的存放、保管、發(fā)放均有一套嚴(yán)格的管理制度，做到先進(jìn)先出、帳、物、卡相符，庫管人員受到培訓(xùn)、庫房條件能保證元器件的質(zhì)量不至于受損。表面組裝元器件(SMC/SMD)的來料檢驗(yàn)除了對關(guān)鍵元器件的電性能要進(jìn)行全檢外，其它只作抽檢。對元器件的可焊性、耐焊性引腳共面性和使用性進(jìn)行抽檢。a元器件焊端或引腳可焊性要求235℃±5℃，2±0.2s或230℃±5℃，3±0.5s，焊端90%沾錫；

b再流焊耐高溫焊接要求：235℃±5℃，2±0.2s；波峰焊：260℃±5℃，5±0.5s；c對以下項(xiàng)目做外觀檢查：①目視或用放大鏡檢查元器件的焊端或引腳表面是否氧化、有無污染物。②元器件的標(biāo)稱值、規(guī)格、型號、精度等應(yīng)與產(chǎn)品工藝文件要求相符。③SOT、SOP、QFP的引腳不能變形,對引線間距為0.65mm以下的多引線器件QFP其引腳共面性應(yīng)小于0.1mm（可通過貼裝機(jī)光學(xué)檢測）。④要求清洗的產(chǎn)品，清洗后元器件的標(biāo)記不脫落，且不影響元器件性能和可靠性?？珊感詼y試方法檢測的焊端表面組裝元器件的運(yùn)輸和存儲

（國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)）

不適合的運(yùn)輸和存儲條件會導(dǎo)致元器件質(zhì)量下降，引起可焊性差，造成各種焊接缺陷。

①運(yùn)輸條件應(yīng)帶包裝運(yùn)輸，避免超溫、超濕以及機(jī)械力的影響。最低溫度：－40℃溫度變化：在－40℃/30℃范圍內(nèi)低壓：30Kpa壓力變化：6Kpa/min運(yùn)輸時包裝箱不可變形，并不應(yīng)有直接作用在內(nèi)部包裝上的力?？傔\(yùn)輸時間（指不在受控的存儲時間）盡可能短。最好＜10天。運(yùn)輸條件取決于電子元器件的敏感性。優(yōu)先選擇受控的貨艙空運(yùn)。不建議海運(yùn)。②存儲條件溫度：－40℃~30℃相對濕度：10%~75%總共存儲時間：不應(yīng)超過2年（從制造到用戶使用）。到用戶手中至少有一年的使用期。存儲期間不應(yīng)打開最小包裝單元（SPU），SPU最好保持原始包裝。不要存儲在有害氣體和有害電磁場在環(huán)境中。③使用時遵循先到先用的原則④靜電敏感元器件（SSD）運(yùn)輸、存儲、使用要求(a)SSD運(yùn)輸過程中不得掉落在地，不得任意脫離包裝。(b)存放SSD的庫房相對濕度：30~40%RH。(c)SSD存放過程中保持原包裝，若須更換包裝時，要使用具有防靜電性能的容器。(d)庫房里，在放置SSD器件的位置上應(yīng)貼有防靜電專用標(biāo)簽。防靜電警示標(biāo)志(e)發(fā)放SSD器件時應(yīng)用目測的方法，在SSD器件的原包裝內(nèi)清點(diǎn)數(shù)量。SMD潮濕敏感等級敏感性芯片拆封后置放環(huán)境條件拆封后必須使用的期限（標(biāo)簽上最低耐受時間）1級≤30℃，<90%RH無限期2級≤30℃，<60%RH1年2a級≤30℃，<60%RH4周3級≤30℃，<60%RH168小時4級≤30℃，<60%RH72小時5級≤30℃，<60%RH48小時5a級≤30℃，<60%RH24小時（1）設(shè)計(jì)在明細(xì)表中應(yīng)注明元件潮濕敏感度（2）工藝要對潮濕敏感元件做時間控制標(biāo)簽（3）對已受潮元件進(jìn)行去潮處理aPCB的焊盤圖形及尺寸、阻焊膜、絲網(wǎng)、導(dǎo)通孔的設(shè)置應(yīng)符合SMT印制電路板設(shè)計(jì)要求。（例：檢查焊盤間距是否合理、絲網(wǎng)是否印到焊盤上、導(dǎo)通孔是否做在焊盤上等）bPCB的外形尺寸應(yīng)一致，PCB的外形尺寸、定位孔、基準(zhǔn)標(biāo)志等應(yīng)滿足生產(chǎn)線設(shè)備的要求。cPCB允許翹曲尺寸：0.0075mm/mm—向上/凸面：最大0.2mm/50mm長度凸面最大0.5mm/整塊PCB長度方向—向下/凹面：最大0.2mm/50mm長度凹面最大1.5mm/整塊PCB長度方向d預(yù)防PCB受潮或污染（對已受潮、污染的PCB作清洗和烘烤處理）舉例2：PCB質(zhì)量控制

由于一般中、小企業(yè)都不具備材料的檢測手段，因此對于焊膏、貼片膠、棒狀焊料、焊劑、清洗劑等表面組裝材料一般不作檢驗(yàn)，主要靠對焊膏、貼片膠等材料生產(chǎn)廠家的質(zhì)量認(rèn)證體系的鑒定，并固定進(jìn)貨渠道，定點(diǎn)采購。進(jìn)貨后主要檢查產(chǎn)品的包裝、型號、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期和有效使用期是否符號要求，檢查外觀、顏色、氣味等方面是否正常。另外，在使用過程中觀察使用效果，發(fā)現(xiàn)問題及時與供應(yīng)商或生產(chǎn)廠家取得聯(lián)系。首次使用的新焊膏，應(yīng)做一些常規(guī)檢測。如外觀、氣味、印刷性、觸變性、常溫使用壽命、焊點(diǎn)外觀質(zhì)量、焊后的錫球、殘留物、清洗性等是否能滿足要求。如高品質(zhì)要求的產(chǎn)品，還要在產(chǎn)品的電性能測試中做驗(yàn)證。舉例3：工藝材料質(zhì)量控制焊膏的正確使用與管理a)必須儲存在5~10℃的條件下；b)要求使用前一天從冰箱取出焊膏，待焊膏達(dá)到室溫后才能打開容器蓋，防止水汽凝結(jié)；c)使用前用不銹鋼攪拌棒將焊膏攪拌均勻，攪拌棒一定要清潔；d)添加完焊膏后，應(yīng)蓋好容器蓋；e)免清洗焊膏不能使用回收的焊膏，如果印刷間隔超過1小時，須將焊膏從模板上拭去。將焊膏回收到當(dāng)天使用的容器中；f)印刷后盡量在4小時內(nèi)完成再流焊。g)免清洗焊膏修板后不能用酒精檫洗；h)需要清洗的產(chǎn)品，再流焊后應(yīng)當(dāng)天完成清洗；i)印刷操作時，要求拿PCB的邊緣或帶手套，以防污染PCB。j)回收的焊膏與新焊膏要分別存放(4)焊膏印刷質(zhì)量據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在PCB設(shè)計(jì)正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證的前提下，表面組裝質(zhì)量問題中有70%的質(zhì)量問題出在印刷工藝。少印粘連塌邊錯位

保證貼裝質(zhì)量的三要素：a元件正確b位置準(zhǔn)確c壓力（貼片高度）合適。(5)貼裝元器件正確不正確貼片壓力（吸嘴高度）(6)再流焊溫度曲線溫度曲線是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，實(shí)時溫度曲線和焊膏溫度曲線的升溫斜率和峰值溫度應(yīng)基本一致。160℃前的升溫速率控制在1~2℃/s。如果升溫斜率速度太快，一方面使元器件及PCB受熱太快，易損壞元器件，易造成PCB變形。另一方面，焊膏中的熔劑揮發(fā)速度太快，容易濺出金屬成份，產(chǎn)生焊錫球；峰值溫度一般設(shè)定在比合金熔點(diǎn)高30~40℃左右（例63Sn/37Pb焊膏的熔點(diǎn)為183℃，峰值溫度應(yīng)設(shè)置在215℃左右），再流時間為60~90s。峰值溫度低或再流時間短，會使焊接不充分，不能生成一定厚度的金屬間合金層。嚴(yán)重時會造成焊膏不熔。峰值溫度過高或再流時間長，使金屬間合金層過厚，也會影響焊點(diǎn)強(qiáng)度，甚至?xí)p壞元器件和印制板。設(shè)置再流焊溫度曲線的依據(jù)：

a不同金屬含量的焊膏有不同的溫度曲線，應(yīng)按照焊膏加工廠提供的溫度曲線進(jìn)行設(shè)置（主要控制各溫區(qū)的升溫速率、峰值溫度和回流時間）。b根據(jù)PCB板的材料、厚度、是否多層板、尺寸大小。c根據(jù)表面組裝板搭載元器件的密度、元器件的大小以及有無BGA、CSP等特殊元器件進(jìn)行設(shè)置。d還要根據(jù)設(shè)備的具體情況，例如加熱區(qū)長度、加熱源材料、再流焊爐構(gòu)造和熱傳導(dǎo)方式等因素進(jìn)行設(shè)置。熱風(fēng)爐和紅外爐有很大區(qū)別，紅外爐主要是輻射傳導(dǎo)，其優(yōu)點(diǎn)是熱效率高，溫度陡度大，易控制溫度曲線，雙面焊時PCB上、下溫度易控制。其缺點(diǎn)是溫度不均勻。在同一塊PCB上由于器件的顏色和大小不同、其溫度就不同。為了使深顏色器件周圍的焊點(diǎn)和大體積元器件達(dá)到焊接溫度，必須提高焊接溫度。熱風(fēng)爐主要是對流傳導(dǎo)。其優(yōu)點(diǎn)是溫度均勻、焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)是PCB上、下溫差以及沿焊接爐長度方向溫度梯度不易控制。e還要根據(jù)溫度傳感器的實(shí)際位置來確定各溫區(qū)的設(shè)置溫度。f還要根據(jù)排風(fēng)量的大小進(jìn)行設(shè)置。g環(huán)境溫度對爐溫也有影響，特別是加熱溫區(qū)短、爐體寬度窄的再流焊爐，在爐子進(jìn)出口處要避免對流風(fēng)。(7)再流焊設(shè)備對焊接質(zhì)量的影響a溫度控制精度；b傳輸帶橫向溫度均勻；c加熱區(qū)長度越長、加熱區(qū)數(shù)量越多，越容易調(diào)整和控制溫度曲線，無鉛焊接應(yīng)選擇7溫區(qū)以上；d最高加熱溫度一般為300~350℃，考慮無鉛焊料或金屬基板，應(yīng)選擇350℃以上；e要求傳送帶運(yùn)行平穩(wěn)，震動會造成移位、吊橋、冷焊等缺陷；g應(yīng)具備溫度曲線測試功能，否則應(yīng)外購溫度曲線采集器。7.如何正確測試再流焊實(shí)時溫度曲線（1）利用再流焊爐自帶的具有耐高溫導(dǎo)線的熱電耦或溫度采集器，及溫度曲線測試軟件（KIC）進(jìn)行測試。（2）測試步驟①準(zhǔn)備一塊焊好的表面組裝板。②至少選擇三個以上測試點(diǎn)選取能反映出表面組裝板上高、中、低有代表性的三個溫度測試點(diǎn)。最高溫度部位一般在爐堂中間，無元件或元件稀少及小元件處；最低溫度部位一般在大型元器件處（如PLCC），傳輸導(dǎo)軌或爐堂的邊緣處。

③用高溫焊料將三根熱電耦的三個測試端焊在三個焊點(diǎn)上（必須將原焊點(diǎn)上的焊料清除干凈）?；蛴酶邷啬z帶紙將三根熱電耦的三個測試端粘在PCB的三個溫度測試點(diǎn)位置上，特別要注意，必須粘牢。如果測試端頭翹起，采集到的溫度不是焊點(diǎn)的溫度，而是熱空氣溫度。④將三根熱電耦的另外一端插入機(jī)器臺面的1、2、3插孔的位置上，或插入采集器的插座上。注意極性不要插反。并記住這三根熱電耦在表面組裝板上的相對位置。⑤將被測的表面組裝板置于再流焊機(jī)入口處的傳送鏈/網(wǎng)帶上，同時啟動測試軟件。隨著PCB的運(yùn)行，在屏幕上畫實(shí)時曲線。⑥當(dāng)PCB運(yùn)行過最后一個溫區(qū)后，拉住熱電耦線將表面組裝板拽回，此時完成了一個測試過程。在屏幕上顯示完整的溫度曲線和峰值表。（如果使用采集器，應(yīng)將采集器放在表面組裝板后面，略留一些距離，并在出口處接出，然后通過計(jì)算機(jī)軟件調(diào)出溫度曲線）8.如何正確分析與調(diào)整再流焊溫度曲線

測定實(shí)時溫度曲線后應(yīng)進(jìn)行分析和調(diào)整，以獲得最佳、最合理的溫度曲線。（1）根據(jù)焊接結(jié)果，結(jié)合實(shí)時溫度曲線和焊膏溫度曲線作比較。并作適當(dāng)調(diào)整（以Sn63/Pb37焊膏為例）a）實(shí)時溫度曲線和焊膏溫度曲線的升溫斜率和峰值溫度應(yīng)基本一致。b）從室溫到100℃為升溫區(qū)。升溫速度控制在＜2℃/s?；?60℃前的升溫速度控制在1℃~2℃/s。

37Pb/63Sn鉛錫焊膏再流焊溫度曲線

c）從100~150（160）℃為保溫區(qū)。約60~90s。如果升溫斜率速度太快，一方面使元器件及PCB受熱太快，易損壞元器件，易造成PCB變形。另一方面，焊膏中的熔劑揮發(fā)速度太快，容易濺出金屬粉末，產(chǎn)生錫球；如果預(yù)熱溫度太高、時間過長，容易使金屬粉末氧化，影響焊接質(zhì)量；d）從150~183℃為快速升溫區(qū)，或稱為助焊劑浸潤區(qū)。升溫速度應(yīng)控制在1.2℃~3.5℃/s。當(dāng)溫度升到150~160℃時，焊膏中的助焊劑迅速分解活化，如時間過長會使助焊劑提前失效，影響液態(tài)焊料浸潤性，影響金屬間合金層的生成；

e）183~183℃是焊膏從融化到凝固的焊接區(qū)，或稱為回流區(qū)。一般為60~90s。f）峰值溫度一般定在比焊膏熔點(diǎn)高30℃~40℃左右（Sn63/Pb37焊膏的熔點(diǎn)為183℃，峰值溫度為210~230℃左右）。這是形成金屬間合金層的關(guān)鍵區(qū)域。大約需要15~30s。焊接熱是溫度和時間的函數(shù)。溫度高，時間可以短一些；溫度低，時間應(yīng)長一些。峰值溫度低或再流時間短，會使焊接不充分，金屬間合金層太?。ǎ?.5μm），嚴(yán)重時會造成焊膏不熔；峰值溫度過高或再流時間長，造成金屬粉末嚴(yán)重氧化，合金層過厚（＞4μm），影響焊點(diǎn)強(qiáng)度，嚴(yán)重時還會損壞元器件和印制板，從外觀看，印制板會嚴(yán)重變色。

（2）調(diào)整溫度曲線時應(yīng)按照熱容量最大、最難焊的元件為準(zhǔn)。要使最難焊元件的焊點(diǎn)溫度達(dá)到210℃以上。

總結(jié)：從以上分析可以看出，再流焊質(zhì)量與PCB焊盤設(shè)計(jì)、元器件可焊性、焊膏質(zhì)量、印制電路板的加工質(zhì)量、生產(chǎn)線設(shè)備、以及SMT每道工序的工藝參數(shù)、甚至與操作人員的操作都有密切的關(guān)系。同時也可以看出PCB設(shè)計(jì)、PCB加工質(zhì)量、元器件和焊膏質(zhì)量是保證再流焊質(zhì)量的基礎(chǔ)，因?yàn)檫@些問題在生產(chǎn)工藝中是很難甚至是無法解決的。因此只要PCB設(shè)計(jì)正確，PCB、元器件和焊膏都是合格的，再流焊質(zhì)量是可以通過印刷、貼裝、再流焊每道工序的工藝來控制的。9.S