1、SMT回流焊接技術(shù)及應(yīng)用,內(nèi)部培訓(xùn)資料 生產(chǎn)設(shè)備部 2014年7月編制,內(nèi)容提要,回流焊接技術(shù)基礎(chǔ)介紹 回流焊接工藝分析 回流焊接質(zhì)量判定 回流焊接缺陷分析,SMT 工藝流程,一、單面加工工藝： 絲印焊膏(紅膠)= 貼片 = 回流焊接(固化) = 檢測 = 返修 二、雙面加工工藝； PCB的A面絲印焊膏 = 貼片 =回流焊接 = PCB的B面絲印焊膏(紅膠) = 貼片 =回流焊接(固化) = 檢測(AOI, ICT, FCT) = 返修 在有THT插件工藝的PCB中應(yīng)在完成THT工藝后進(jìn)行檢測及返修。,SMT 生產(chǎn)線配置,Screen Printer,Component Mounter,Ref

2、low Oven,AOI,回流焊接的定義,在電子板組裝焊接技術(shù)中存在兩大類別。 一是單流焊接工藝技術(shù)（Flow Soldering Process） 另一就是回流或再流焊接工藝技術(shù)（Reflow Soldering Process）。 這兩大類技術(shù)的主要差別在于焊接過程中的焊料和形成焊點(diǎn)的熱能是否分開或同時(shí)出現(xiàn)。在單流焊接中，焊料和熱能是同時(shí)加在焊點(diǎn)上的，例如手工錫絲焊接和波峰焊接就是屬于這種分類。而在回流焊接中，焊料（一般是錫膏）卻是和熱能（如回流爐子的熱風(fēng)）在不同的工序中加入的。,回流焊接技術(shù)的種類,回流焊接工藝的種類比起單流焊接工藝種類的多，而且各有其能力上的優(yōu)點(diǎn)和相對的應(yīng)用范圍。 按照

3、熱的傳遞方式分類： 傳導(dǎo)類：熱板技術(shù)，熱壓技術(shù)； 輻射類：發(fā)熱光（白光）技術(shù)，激光技術(shù)，紅外線技術(shù)； 對流類：熱風(fēng)/熱氣技術(shù)； 特別焊接技術(shù) ：電感發(fā)熱技術(shù)，火炬技術(shù)。 熱風(fēng)回流設(shè)備是目前絕大多數(shù)用戶使用的回流爐。,回流焊接設(shè)備介紹,與錫膏印刷機(jī)以及貼片機(jī)連線的大型回流焊接爐，原有輻射加熱和對流加熱兩大類，現(xiàn)輻射加熱已基本淘汰。 目前熱風(fēng)回流技術(shù)成為主流技術(shù)。其實(shí)熱風(fēng)技術(shù)和較前的輻射技術(shù)比較下具有好些弱點(diǎn)。例如加熱效率和速度較差，重復(fù)性較低，設(shè)備成本較高等問題。但它由于在溫度均衡性的控制以及超溫限制能力較強(qiáng)的關(guān)系，尤其是前者，它是焊接工藝中一個(gè)十分關(guān)鍵的要求。輻射技術(shù)難以確保溫差最小的需求。

4、一臺熱風(fēng)回流爐的性能，在很大程度上是決定于該爐子對氣流的控制設(shè)計(jì)以及溫度控制設(shè)計(jì)來決定?？諝饬鲃拥目刂剖莻€(gè)高難度的技術(shù)，尤其是要對像PCBA上那樣密度高，距離小，體積細(xì)小而又有不同熱容量特性的焊點(diǎn)進(jìn)行良好的溫控，可以說是很不容易的工作，必須對爐子進(jìn)行加熱性能方面的測試。,設(shè)備介紹,名 稱：回流焊裝置 型 號：1809MKIII 廠 家：HELLER 控制編號：E003,1809MKIII 的操作界面,回流焊爐的組成,一臺典型的熱風(fēng)回流爐，包括以下4個(gè)主要部分： PCBA傳送控制； 加熱控制； 冷卻控制； 排氣處理。 前3者的作用在于提供工藝（溫度/時(shí)間曲線控制）的需求，第4項(xiàng)則是確保性能的維護(hù)

5、，以及避免操作使用者受到健康方面的危害。,錫膏回流基本工藝過程,升溫 恒溫（也稱預(yù)熱或揮發(fā)） 助焊 焊接 冷卻,整個(gè)回流焊接過程可以分5個(gè)工序：,工藝分區(qū),升溫 升溫目的是在不損害產(chǎn)品的情況下，盡快使PCBA上的各點(diǎn)的溫度進(jìn)入工作狀態(tài)。所謂工作狀態(tài)，即開始對無助于焊接的錫膏成份進(jìn)行揮發(fā)處理。,恒溫 具有三方面的作用： 一是恒溫，就是提供足夠的時(shí)間讓冷點(diǎn)的溫度追上熱點(diǎn)，當(dāng)焊點(diǎn)的溫度越接近熱風(fēng)溫度時(shí)，其升溫速率就越慢。使熱冷點(diǎn)溫度接近的目的，是為了減少進(jìn)入助焊和焊接區(qū)時(shí)峰值溫差的幅度，便于控制個(gè)焊點(diǎn)的質(zhì)量和確保一致性。 二是對錫膏中已經(jīng)沒有用的化學(xué)成份進(jìn)行揮發(fā)處理。 三是避免在進(jìn)入下個(gè)回流工序高溫

6、時(shí)受到太大的熱沖擊。,助焊 助焊工序是錫膏中的活性材料（助焊劑）發(fā)揮作用的時(shí)候。此刻的溫度和時(shí)間提供助焊劑清洗氧化物所需的活化條件。,焊接 當(dāng)進(jìn)入焊接區(qū)后，所提供的熱量足以熔化錫膏的金屬顆粒。一般器件焊端和PCB焊盤所使用的材料，其熔點(diǎn)都高于錫膏，所以本區(qū)的開始溫度由錫膏特性決定。對無鉛錫膏來說，此溫度約為217oC，升溫超過此溫度后，溫度繼續(xù)上升，并保持足夠的時(shí)間使熔化的錫膏有足夠的潤濕性，以及能夠和各器件焊端以及PCB焊盤間形成適當(dāng)?shù)腎MC (Intermetallic compound)為準(zhǔn)。,冷卻 最后的冷卻區(qū)作用，除了使PCBA回到室溫便于后工序的操作外，冷卻速度也可以控制焊點(diǎn)內(nèi)部的

7、微結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這影響焊點(diǎn)的壽命。,無鉛錫膏TF-2600 (Sn96.5/Ag3/Cu0.5),回流焊接中的質(zhì)量問題處理,在SMT應(yīng)用中，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量可以定義為： 在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用條件下，滿足一定程度的機(jī)械和電氣性能。使用條件包括使用環(huán)境條件，產(chǎn)品的工作（通電）方式以及使用壽命等。由于檢測技術(shù)手段，以及成本和知識等的限制，通常對于產(chǎn)品的壽命（可靠性）會較易忽略。 焊接質(zhì)量還分成焊點(diǎn)和非焊點(diǎn)質(zhì)量。 在回流焊接中，整個(gè)產(chǎn)品包括所有PCB上的器件和基板等材料都會經(jīng)過高溫焊爐，而不匹配的高溫控制可能會對這些材料進(jìn)行破壞，這就可能會出現(xiàn)非焊點(diǎn)質(zhì)量。典型的非焊點(diǎn)質(zhì)量問題如器件封裝的爆裂或分層，材料熔化等等

8、。,影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素,外部因素： 足夠和良好的潤濕； 足夠和良好的潤濕，是讓我們知道可焊性狀況的重要指示。 IMC形成的程度是決定焊點(diǎn)可靠性的關(guān)鍵。 適當(dāng)?shù)暮更c(diǎn)大?。?焊點(diǎn)的大小，直接決定焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度以及承受疲勞斷裂和蠕變的能力。焊點(diǎn)的由焊盤形狀及錫膏的印刷量決定。 良好的外形輪廓。 焊點(diǎn)的外形輪廓也很重要，影響焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分所承受的應(yīng)力。,內(nèi)部因素： 適當(dāng)?shù)慕饘匍g合金層； 金屬間合金IMC的形成狀況，是決定焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)鍵。通過焊接工藝的控制，使IMC形成良好的厚度了。IMC未形成時(shí)我們稱該焊點(diǎn)為虛焊，其結(jié)構(gòu)是不堅(jiān)固的。 充實(shí)的焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 在回流焊接工藝中，錫膏和PCB材料等會

9、有發(fā)出氣體的現(xiàn)象，焊點(diǎn)外觀看來合格，其內(nèi)部有可能出現(xiàn)一些大大小小的氣孔，使焊點(diǎn)的可靠性受到威脅。 焊點(diǎn)內(nèi)部的微晶結(jié)構(gòu)。 焊點(diǎn)的微晶結(jié)構(gòu)，受到加熱溫度、時(shí)間以及熱冷速率的影響。不同粗細(xì)的結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)不同的抗疲勞能力。,焊點(diǎn)質(zhì)量的判斷方法,目前對焊點(diǎn)的質(zhì)量判斷一般只針對焊點(diǎn)質(zhì)量的外部因素，包括：MVI（目視），AOI（自動光學(xué)檢測），配合以ICT（在線電性測試）和FCT（功能測試）。前者屬于外觀檢驗(yàn)，雖然可以檢出部分工藝問題，但還不能覆蓋所有的外觀故障模式。能力較強(qiáng)的是使用顯微鏡人工目檢的做法，但受到速度和成本的限制。AOI速度效率雖然較好，但檢出率還不太理想。ICT和FCT屬于電性檢測而非工藝檢測

10、，工藝問題必須要嚴(yán)重到在功能失效時(shí)才能被檢出。 在內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素上，這些常用的做法都缺乏檢驗(yàn)?zāi)芰Α?影響焊接性能的因素,可制造性設(shè)計(jì)因素DFM (Design for manufacturability ) 鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)、焊盤設(shè)計(jì)、PCB布局設(shè)計(jì) 材料因素 焊料（錫膏）、PCB基材、元器件 主要考慮材料的 可焊性、耐熱性、庫存壽命 。 設(shè)備因素 通過正確的操作和調(diào)整方法及保養(yǎng)維護(hù)，提供滿足使用的性能指標(biāo),回流焊接的故障模式,回流焊接工序后通常進(jìn)行目視檢查，出現(xiàn)的故障模式實(shí)際上是包括回流和非回流工藝甚至包括線上和線外的因素造成的，若只針對回流焊接工藝，常見故障模式有下列幾種： 潤濕不良或不足； 虛焊

11、/ 弱焊（包括因?yàn)闊崮懿蛔阍斐傻模?回流不足（焊料未全熔化）； 少錫； 橋接 / 短路 / 連錫； 錫球 / 錫珠； 器件的熱損壞； 焊點(diǎn)內(nèi)出現(xiàn)氣孔或真空孔； 焊點(diǎn)粗糙； 焊點(diǎn)表面出現(xiàn)裂痕或斷裂； 二次溶化（出現(xiàn)在混裝工藝或雙回流工藝上）。,回流焊接故障和溫度曲線的關(guān)系,以上提到的5個(gè)回流焊接工序中，每一部分都有它的作用，而相關(guān)的故障模式也不同。 比如第一個(gè)升溫工序，如果設(shè)置不當(dāng)造成的故障將可能是濺錫引起的焊球、材料受熱沖擊損壞等問題。第二段的恒溫工序可能造成的問題卻不盡相同，可能是熱坍塌、連錫橋接、高殘留物、焊球、潤濕不良、氣孔、立碑等等。在焊接過程中，爐子的特定溫區(qū)負(fù)責(zé)處理曲線中的某一時(shí)

12、間段或工序，但由于無法看到焊接的真正過程，而只能見到焊后的結(jié)果。如果要解決問題，必須要具備能夠從故障模式推斷出相關(guān)工藝工序的能力，即需要有很好的現(xiàn)象觀察能力和對各種故障現(xiàn)象的原理有很具體的認(rèn)識。,焊接缺陷及其解決措施,SMT技術(shù)中，幾乎所有故障模式（包括焊接缺陷）都不是由單一因素造成的，需要把各種因素找出來并進(jìn)行研究分析才能有效解決問題。 以下對一些常見的實(shí)例進(jìn)行分析。,錫球 / 錫珠,錫球的形成： 回流焊接中出現(xiàn)的錫球，常藏于矩形片式元件兩端之間的側(cè)面或細(xì)距引腳之間。在元件貼裝后，焊膏在片式元件的引腳與焊盤之間，隨著印制板通過回流焊爐，焊膏進(jìn)入熔融狀態(tài)，如果與焊盤和器件引腳等潤濕不良，液態(tài)焊

13、錫會因收縮而使焊縫填充不充分，所有焊料顆粒不能聚合成一個(gè)焊點(diǎn)。部分液態(tài)焊錫會從焊縫流出，形成錫球。因此焊錫與焊盤和器件引腳潤濕性差是導(dǎo)致錫球形成的根本原因。,焊接產(chǎn)生錫球的原因包括： 錫膏印刷的厚度太高； 焊點(diǎn)和元件重疊太多； 鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理，減錫工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)； 元件貼裝的壓力太大； 錫膏型號不匹配； 錫膏成份失效； 有濕氣從元件或PCB中釋放出來。,原因分析及解決措施： a) 回流溫度曲線設(shè)置不當(dāng)。焊膏的回流遵從合適的溫度與時(shí)間對應(yīng)關(guān)系，預(yù)熱區(qū)溫度上升速度過快，達(dá)到平頂溫度的時(shí)間過短，使焊膏內(nèi)部的水分、溶劑未完全揮發(fā)出來，到達(dá)回流焊溫區(qū)時(shí)，引起水分、溶劑沸騰，濺出焊錫球。實(shí)踐證明，將預(yù)熱區(qū)溫

14、度的上升速度控制在14C/s是較理想的。 b) 如果總在同一位置上出現(xiàn)焊球，也應(yīng)檢查非回流工藝因素設(shè)計(jì)。鋼網(wǎng)的開孔形狀及大小，印刷錫膏的質(zhì)量是否輪廓清晰及厚度適中，有沒有造成漏印或橋連或其它錫粉污染，因此應(yīng)針對PCB焊盤的不同形狀、大小和間距，使用合適的鋼網(wǎng)模板，調(diào)整印刷機(jī)參數(shù)以保證錫膏的印刷質(zhì)量。,c) 如果PCB在錫膏印刷、貼片至進(jìn)入回流焊前的時(shí)間過長，有可能令錫膏中焊料氧化，焊劑變質(zhì)、活性降低，會導(dǎo)致焊膏回流能力降低，焊球則會產(chǎn)生。選用工作壽命長一些的焊膏，并盡量縮短單一產(chǎn)品的循環(huán)周期。 d) 另外，在錫膏印刷NG的PCB進(jìn)行清洗時(shí)，由于清洗不充分，使錫膏殘留于印制板表面及通孔中，這也是

15、造成回流后小錫球產(chǎn)生的原因。應(yīng)加強(qiáng)操作者操作規(guī)范要求。,立碑 / 側(cè)立（曼哈頓現(xiàn)象）,矩形片式元件的一端焊接在焊盤上，而另一端則翹立的現(xiàn)象稱為立碑。引起該現(xiàn)象主要原因是元件兩端受熱不均勻，錫膏熔化先后不對稱所致。,原因分析及解決措施： 元件貼裝方向與受熱溫差的影響 片狀元件以軸向方向進(jìn)入回流焊時(shí)，由于元件兩端引腳受熱不均（可能是流入方向的先后、板材線路差異、熱風(fēng)對流差異等影響），元件的一端先進(jìn)入回流狀態(tài)，錫膏先熔化潤濕，具有液態(tài)表面張力，而另一端未達(dá)到錫膏液相溫度，只有焊劑的粘接力，該力小于再流焊焊膏的表面張力，而對于重量很輕的片狀元件，該表面張力足以將元件拉起形成立碑，并保持在某一角度凝結(jié)冷

16、卻。 通過提高預(yù)熱區(qū)溫度，使元件在進(jìn)入回流前盡量保持較高熱量，減少元件跨距的溫度差異，使元件同步回流。在條件許可下也可以變換PCB的流水方向。,元件引腳潤濕性的影響 若元件引腳存在氧化，則其潤濕性將顯著降低，在過回流焊中會出現(xiàn)潤濕不良，嚴(yán)重時(shí)則會出現(xiàn)立碑現(xiàn)象，甚至對于重量較大的IC類元件，由于整排引腳的潤濕不良，導(dǎo)致整個(gè)IC元件的一側(cè)翹起。 通過一定程度的提高回流焊工藝溫度可以提高元件的潤濕能力，但應(yīng)注意高溫界限。 對于物料問題的定性需要審慎對待，因欠缺確切的檢測手段，除非能明顯判斷，一般在排除其它工藝因素后才考慮物料因素。,焊盤設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響 若片式元件兩端的焊盤大小不同或不對稱，也會引起印

17、刷的焊膏量不一致，焊盤對溫度響應(yīng)速度有差異焊膏熔化產(chǎn)生的表面張力也有差異，容易造成立碑現(xiàn)象。同時(shí)焊盤的寬度或間隙過大也可能會出現(xiàn)立碑現(xiàn)象。,元件貼裝質(zhì)量的影響 若片式元件貼裝軸向偏移太大，元件兩端覆蓋焊盤大小嚴(yán)重不對稱，一端引腳與焊盤接觸太小而潤濕不良，也容易造成立碑現(xiàn)象，對于潤濕能力稍差的元件尤為明顯。,橋接 / 短路 / 連錫,導(dǎo)致細(xì)間距元器件引腳橋接缺陷的主要因素有： 印刷的錫膏成型輪廓不清晰，印刷偏位等； PCB上細(xì)間距元件貼裝偏位； 當(dāng)錫球出現(xiàn)在細(xì)間距IC引腳也會誘發(fā)短路； 不恰當(dāng)?shù)幕亓骱笢囟惹€設(shè)置等。 因而應(yīng)從絲印工藝、貼裝工藝、回流焊工藝多方面的質(zhì)量進(jìn)行控制。,氣孔 / 空洞,

18、是指焊點(diǎn)中的氧體在硬化前未及時(shí)逸出所致，將使得焊點(diǎn)的強(qiáng)度不足，將衍生而致破裂。 調(diào)整預(yù)熱使盡量趕走錫膏中的氣體； PCB在上線前進(jìn)行烘烤處理； 增加錫膏的粘度； 增加錫膏中金屬含量百分比。,冷焊（錫未熔）,原因分析： 焊點(diǎn)發(fā)黑，焊膏未完全熔化。 焊接溫度太低，傳送速度太快，印制板相隔太近。 措施： 嚴(yán)格按焊膏生產(chǎn)廠家提供的或經(jīng)試驗(yàn)認(rèn)可的的回流爐溫度曲線焊接電路板； 人工維修冷焊焊點(diǎn)或?qū)㈦娐钒逶谡_的工藝下再回流一次。,多錫,焊點(diǎn)焊料過量 原因分析： 焊點(diǎn)焊料凸出，焊料高度超過了元件焊端厚度。 焊膏印刷太厚。 措施： 改進(jìn)焊膏印刷質(zhì)量；人工去除焊點(diǎn)上多余的焊料。,潤濕不良 / 虛焊,元件引腳未潤濕 原因分析： 焊料能潤濕焊盤，但不能潤滑濕元件引腳，焊點(diǎn)表面沒有彎月反射面，潤濕角大于90度 元件引腳氧化嚴(yán)重；元件引腳已被污染物污染。 措施： 保證元件可焊性；改善元件儲