1、第八章 再流焊技術(shù)及設(shè)備,第八章 再流焊技術(shù)及設(shè)備,再流焊又稱“回流焊”， 是伴隨微型化電子產(chǎn)品的出現(xiàn)而發(fā)展起來的焊接技術(shù)，主要應(yīng)用于各類表面組裝元器件的焊接。 它是提供一種加熱環(huán)境，使預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏狀軟釬焊料重新熔化，從而讓表面貼裝的元器件和PCB焊盤通過焊錫膏合金可靠的給合在一起的焊接技術(shù)。再流焊操作方法簡單，效率高，質(zhì)量好，一致性好，節(jié)省焊料，是一種適合自動化生產(chǎn)的電子產(chǎn)品裝配技術(shù)，目前已成為SMT電路板組裝技術(shù)的主流。,第一節(jié) 再流焊技術(shù)概述,一再流焊技術(shù)概述 再流焊使用的焊料是焊錫膏。預(yù)先在電路板的焊盤上涂上適量和適當(dāng)形式的焊錫膏，再把SMT元器件貼放到相應(yīng)的位置；焊錫膏

2、具有一定粘性，使元器件固定；然后讓貼裝好元器件的電路板進(jìn)入再流焊設(shè)備實(shí)施再流焊，通過外部熱源加熱，使焊料熔化而再次流動浸潤，將元器件焊接到印制板上。,再流焊技術(shù)的一般工藝流程示：,與波峰焊技術(shù)相比，再流焊工藝具有以下技術(shù)特點(diǎn)：,(1) 元器件受到的熱沖擊小； (2) 能控制焊料的施加量； (3) 有自定位效應(yīng)（self alignment）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； (4) 焊料中不會混入不純物，能正確地保證焊料的組分； (5) 可在同一基板上，采用不同焊接工藝進(jìn)行焊接；

3、(6) 工藝簡單，焊接質(zhì)量高。,再流焊設(shè)備的外觀,再流焊設(shè)備可分為兩大類： （1）對PCB整體加熱 對PCB整體加熱再流焊又可分為：氣相再流焊、熱板再流焊、紅外再流焊、紅外加熱風(fēng)再流焊和全熱風(fēng)再流焊。 （2）對PCB局部加熱 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 。 目前比較流行和實(shí)用的大多是遠(yuǎn)紅外再流焊、紅外加熱風(fēng)再流焊和全熱風(fēng)再流焊。,二再流焊機(jī)系統(tǒng)組成,再流焊機(jī)的結(jié)構(gòu)主體是一個熱源受控的隧道式爐膛，沿傳送系統(tǒng)的運(yùn)動方向，設(shè)有若干獨(dú)立控溫的溫區(qū)，通常設(shè)定為不同的溫度，全熱風(fēng)對流再流焊爐一般采用上、下兩層的雙加熱裝置。電路板隨傳動機(jī)構(gòu)直線勻速

4、進(jìn)入爐膛，順序通過各個溫區(qū)，完成焊點(diǎn)的焊接。,再流焊機(jī)主要由以下幾大部分組成：加熱系統(tǒng)、熱風(fēng)對流系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、頂蓋升起系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氮?dú)庋b備、助焊劑回收系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。加熱系統(tǒng)、熱風(fēng)對流系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)三部分將在下節(jié)中詳述。本節(jié)對其他幾部分的功能及結(jié)構(gòu)作簡要介紹。 1. 頂蓋升起系統(tǒng) 2冷卻系統(tǒng) 3氮?dú)庋b備 4抽風(fēng)系統(tǒng) 5助焊劑回收系統(tǒng) 6控制系統(tǒng)（電氣控制加操作控制）,三 再流焊原理,電路板由入口進(jìn)入再流焊爐膛，到出口傳出完成焊接，整個再流焊過程一般需經(jīng)過預(yù)熱、保溫干燥、回流、冷卻溫度不同的四個階段。要合理設(shè)置各溫區(qū)的溫度，使?fàn)t膛內(nèi)的焊接對象在傳輸過程中所經(jīng)歷的溫度按合理的曲線規(guī)律變化，

5、這是保證再流焊質(zhì)量的關(guān)鍵。 電路板通過再流焊機(jī)時，表面組裝器件上某一點(diǎn)的溫度隨時間變化的曲線，稱為溫度曲線。,當(dāng)PCB進(jìn)入圖中所示的預(yù)熱階段時，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時，焊膏中的助焊劑潤濕焊盤、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤，將焊盤、元器件引腳與氧氣隔離；進(jìn)入保溫階段，PCB和元器件將得到充分的預(yù)熱，以防突然進(jìn)入焊接高溫區(qū)而損壞PCB和元器件；當(dāng)PCB進(jìn)入回流階段，溫度迅速上升使焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫對PCB的焊盤、元器件端頭和引腳潤濕、擴(kuò)散、漫流混合形成焊錫接點(diǎn)；PCB進(jìn)入冷卻階段，焊點(diǎn)凝固，此時完成了再流焊。 再流焊溫度曲線中的預(yù)熱、保溫干燥、回流、冷卻幾個區(qū)域，每

6、一部分對應(yīng)一個或幾個溫區(qū),第二節(jié) 再流焊機(jī)加熱系統(tǒng),一 全熱風(fēng)再流焊機(jī)的加熱系統(tǒng) 全熱風(fēng)再流焊機(jī)的加熱系統(tǒng)主要由熱風(fēng)馬達(dá)、加熱管、熱電耦、固態(tài)繼電器SSR、溫控模塊等部分組成。,再流焊機(jī)爐膛被劃分成若干獨(dú)立控溫的溫區(qū)，其中每個溫區(qū)又分為上、下兩個溫區(qū)。每個溫區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 8-4所示。溫區(qū)內(nèi)裝有發(fā)熱管，熱風(fēng)馬達(dá)帶動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，形成的熱風(fēng)通過特殊結(jié)構(gòu)的風(fēng)道，經(jīng)整流板吹出，使熱氣均勻分布在溫區(qū)內(nèi)。,二 紅外再流焊機(jī)的加熱系統(tǒng),外再流焊的原理是熱能通常有80的能量以電磁波的形式紅外線向外發(fā)射，焊點(diǎn)受紅外幅射后溫度升高，從而完成焊接過程。紅外線的波長通常在可見光波長的上限(0.70.8m)到毫米波之

7、間，其進(jìn)一步劃分可將0.721.5m稱為近紅外；1.55.6m稱為中紅外；5.61000m稱為遠(yuǎn)紅外 。 通常，波長在1.5l0m的紅外輻射能力最強(qiáng)，約占紅外總能量的8090，紅外輻射能的傳遞一般是非接觸式進(jìn)行。被輻射到的物體能快速升溫，其升溫的機(jī)理是：當(dāng)紅外波長的振動頻率與被它輻射物體分子問的振動頻率一致的時候，被它輻射到的物體的分子就會產(chǎn)生共振，引發(fā)激烈的分子振動，分子的激烈振動即意味著物體的升溫。,紅外再流焊爐通常每個溫區(qū)均有上下加熱器，每塊加熱器都是優(yōu)良的紅外輻射體，而被焊接的對象，如PCB基材、錫膏中的有機(jī)助焊劑、元件的塑料本體，均具有吸收紅外線的能力，因此這些物質(zhì)受到加熱器熱輻射后

8、，其分子產(chǎn)生激烈振動，迅速升溫到錫膏的熔化溫度之上，焊料潤濕焊區(qū)，從而完成焊接過程。 紅外加熱器的種類很多，大體可分和兩大類，一類是燈源輻射體，它們能直接輻射熱量，又稱為一次輻射體；另一類是面源板式輻射體，加熱器鑄造在陶瓷板、鋁板或不銹鋼板板內(nèi)，熱量首先通過傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移到板面上來。兩類熱源分別產(chǎn)生12.5m和2.55m波長的輻射。,第三節(jié) 再流焊機(jī)傳動系統(tǒng),傳動系統(tǒng)是將電路板，從再流焊機(jī)入口按一定速度輸送到再流焊機(jī)出口的傳動裝置，包括導(dǎo)軌、網(wǎng)帶（中央支撐）、鏈條、運(yùn)輸馬達(dá)、軌道寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸速度控制機(jī)構(gòu)等部分。 主要傳動方式有：（1）鏈傳動（Chain） （2）鏈傳動+網(wǎng)傳動(Mesh) （3

9、）網(wǎng)傳動 （4）雙導(dǎo)軌運(yùn)輸系統(tǒng) （5）鏈傳動+中央支撐系統(tǒng) 其中，比較常用的傳動方式為鏈條/網(wǎng)帶的傳動方式，即鏈傳動加網(wǎng)傳動,鏈條,網(wǎng)帶,鏈條/網(wǎng)帶傳動方式,一 運(yùn)輸速度控制,傳動系統(tǒng)的傳輸速度控制比較普遍采用的是變頻器+全閉環(huán)控制的方式。 控制流程圖：編碼器CPU變頻器運(yùn)輸馬達(dá)輸入檢測輸出控制 二 軌距調(diào)節(jié) 根據(jù)所生產(chǎn)PCB的不同寬度，軌道間距要做相應(yīng)的調(diào)整。再流焊機(jī)的加工尺寸范圍就是由設(shè)備所能調(diào)整到的最大軌距決定的。,寬窄調(diào)節(jié)開關(guān),調(diào)速器,調(diào)寬馬達(dá),第四節(jié) 再流焊工藝,一 溫度曲線與再流焊工藝要求 在再流焊過程中，調(diào)整好溫度曲線是關(guān)鍵。合理設(shè)置各溫區(qū)的溫度、軌道傳輸速度等參數(shù)，使?fàn)t膛內(nèi)的焊

10、接對象在傳輸過程中所經(jīng)歷的溫度按理想的曲線規(guī)律變化，是保證再流焊效果與質(zhì)量的關(guān)鍵。 溫度曲線的測試是通過溫度記錄測試儀器進(jìn)行的，儀器一般由多個熱電偶與記錄儀組成，幾個熱電偶分別固定在大小器件引腳處、BGA芯片下部、電路板邊緣等位置，連接記錄儀，一起隨電路板進(jìn)入爐膛，記錄時間-溫度參數(shù)。在爐子的出口取出后，把參數(shù)送入計算機(jī)，用專用軟件描繪出曲線，進(jìn)行分析。,1預(yù)熱階段： 預(yù)熱是為了使焊膏活性化，及避免浸錫時進(jìn)行急劇高溫加熱引起部品不良所進(jìn)行的加熱行為。該區(qū)域的目標(biāo)是把室溫的PCB盡快加熱，但升溫速率要控制在適當(dāng)范圍以內(nèi)，如果過快，會產(chǎn)生熱沖擊，電路板和元件都可能受損，過慢，則溶劑揮發(fā)不充分，影響

11、焊接質(zhì)量。由于加熱速度較快，在溫區(qū)的后段SMA內(nèi)的溫差較大。為防止熱沖擊對元件的損傷，一般規(guī)定最大升溫速度為4/S，通常上升速率設(shè)定為13/S。 2保溫階段： 保溫階段的主要目的是使SMA內(nèi)各元件的溫度趨于穩(wěn)定，盡量減少溫差。在這個區(qū)域里給予足夠的時間使較大元件的溫度趕上較小元件，并保證焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)。到保溫段結(jié)束，焊盤，焊料球及元件引腳上的氧化物在助焊劑的作用下被除去，整個電路板的溫度也達(dá)到平衡。應(yīng)注意的是SMA上所有元件在這一段結(jié)束時應(yīng)具有相同的溫度，否則進(jìn)入到回流段將會因?yàn)楦鞑糠譁囟炔痪a(chǎn)生各種不良焊接現(xiàn)象。,3回流階段： 當(dāng)PCB進(jìn)入回流區(qū)時，溫度迅速上升使焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)

12、。有鉛焊膏63sn37pb的熔點(diǎn)是183，無鉛焊膏96.5Sn3Ag0.5Cu的熔點(diǎn)是217。在這一區(qū)域里加熱器的溫度設(shè)置得最高，使組件的溫度快速上升至峰值溫度。再流焊曲線的峰值溫度通常是由焊錫的熔點(diǎn)溫度、組裝基板和元件的耐熱溫度決定的。在回流段其焊接峰值溫度視所用焊膏的不同而不同，一般無鉛最高溫度在230250，有鉛在210230。峰值溫度過低易產(chǎn)生冷接點(diǎn)及潤濕不夠；過高則環(huán)氧樹脂基板和塑膠部分焦化和脫層易發(fā)生，而且過量的共晶金屬化合物將形成，并導(dǎo)致脆的焊接點(diǎn)，影響焊接強(qiáng)度。 再流時間不要過長，以防對SMA造成不良影響。 4冷卻階段： 在此階段，溫度冷卻到固相溫度以下，使焊點(diǎn)凝固。冷卻速率將

13、對焊點(diǎn)的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。冷卻速率過慢，將導(dǎo)致過量共晶金屬化合物產(chǎn)生，以及在焊接點(diǎn)處易發(fā)生大的晶粒結(jié)構(gòu)，使焊接點(diǎn)強(qiáng)度變低，冷卻區(qū)降溫速率一般在4/S左右，冷卻至75即可。,二再流焊實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng),再流焊實(shí)時控制系統(tǒng)，能有效地解決以上所有問題，它就像一臺攝像機(jī)一樣，可以24小時對再流焊爐進(jìn)行監(jiān)視記錄，對制程中的每個產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤，并將爐內(nèi)溫度記錄在案。它能確保最佳工藝能力得以維持，在潛在缺陷發(fā)生前指出存在的問題,并隨時向工藝人員提供詳實(shí)客觀的數(shù)據(jù)，消除對爐溫曲線的模糊證實(shí)問題.,對于同一產(chǎn)品只需測一次溫度曲線作為基準(zhǔn)曲線，監(jiān)控系統(tǒng)會通過軌道兩側(cè)溫度探測管中的熱電偶實(shí)時監(jiān)控爐腔不同位置的溫度變化，從而推測

14、出PCB上每個測試點(diǎn)的實(shí)時溫度，以基準(zhǔn)曲線為標(biāo)準(zhǔn)，為制程中的每一塊PCB板推測出一個精確的仿真曲線。 而無需像傳統(tǒng)做法, 每天一次甚至幾次測溫度曲線。 仿真溫度曲線可永久保留，當(dāng)懷疑某時刻的SMA焊接質(zhì)量時，可以通過輸入加工時間即調(diào)出當(dāng)時的爐內(nèi)仿真溫度曲線，并以此查出爐溫是否異常，一目了然。,三再流焊缺陷分析,1 橋連 又稱橋接，指元件端頭之間、元器件相鄰的焊點(diǎn)之間以及焊點(diǎn)與鄰近的導(dǎo)線、過孔等電氣上不該連接的部位被焊錫連接在一起。橋連經(jīng)常出現(xiàn)在細(xì)間距元器件引腳間或間距較小的片式組件間，橋連的產(chǎn)生會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能，,導(dǎo)致橋聯(lián)缺陷的主要因素有： ( l ）溫度升速過快 ( 2 ）焊膏過量 (

15、3 ）模板孔壁粗糙不平 ( 4 ）貼裝偏移,或貼片壓力過大。 ( 5 ）焊膏的粘度較低，印制后容易坍塌。 ( 6 ）電路路板布線設(shè)計與焊盤間距不規(guī)范，焊盤間距過窄。 ( 7 ）錫膏印制錯位。 ( 8 ）過大的刮刀壓力，使印制出的焊膏發(fā)生坍塌。,2 立碑 立碑是指兩個焊端的表面組裝元件，經(jīng)過再流焊后其中一個端頭離開焊盤表面，整個元件呈斜立或直立，如石碑狀。又稱吊橋、曼哈頓現(xiàn)象。如圖8-13所示。該矩形片式組件的一端焊接在焊盤上，而另一端則翹立。,幾種常見的立碑狀況分析如下： ( l ) 貼裝精度不夠 ( 2 )焊盤尺寸設(shè)計不合理 ( 3 )焊膏涂覆得過厚 ( 4 )預(yù)熱不充分 ( 5 )組件排列

16、方向設(shè)計上存在缺陷 ( 6 )組件重量較輕,3 錫珠 錫珠指散布在焊點(diǎn)附近的微小珠狀焊料。錫珠是再流焊接中經(jīng)常碰到的焊接缺陷。 錫珠的產(chǎn)生意味著產(chǎn)品出廠后存在著短路的可能，因而必須去除。國際上對焊錫珠存在的認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)是：印制電路組件在 600mm范圍內(nèi)錫珠不能超過 5 個。,錫珠產(chǎn)生的常見原因： ( l )再流溫度曲線設(shè)置不當(dāng) ( 2 )焊劑未能發(fā)揮作用 ( 3 )模板的開孔過大或變形嚴(yán)重 ( 4 )貼片時放置壓力過大 ( 5 )焊膏中含有水分 ( 6 )印錯焊膏的印制板清洗不干凈，使焊膏殘留于印制板表面及通孔中。 ( 7 )采用非接觸式印刷或印刷壓力過大,4元件偏移 元件位置錯位或翹立不良現(xiàn)象

17、可能是由焊料潤濕不良，或設(shè)備因素等綜合性原因造成的。觀察缺陷發(fā)生時間，可分為兩種狀況加以分析解決。 ( l ）再流焊接前元件偏移 先觀察焊接前基板上組裝元件位置是否偏移，如果有這種情況，可檢查一下焊膏粘接力是否合乎要求。如果不是焊膏的原因，再檢查貼裝機(jī)貼裝精度、位置是否發(fā)生了偏移。貼裝機(jī)貼裝精度不夠或位置發(fā)生了偏移、焊膏粘接力不夠，可能會導(dǎo)致元件偏移。 ( 2 ）再流焊接時元件偏移 雖然焊料的潤濕性良好，有足夠的自調(diào)整效果，但最終發(fā)生了元件的偏移，這時要考慮再流焊爐內(nèi)傳送帶上是否有振動等影響，對再流焊爐進(jìn)行檢驗(yàn)。如不是這個原因，則可從元件曼哈頓不良因素加以考慮，是否是兩側(cè)焊區(qū)的一側(cè)焊料熔融快，

18、由熔融時的表面張力發(fā)生了元件的錯位。,5 潤濕不良 潤濕不良又稱不潤濕或半潤濕，是指焊接過程中焊料和電路基板的焊盤，或SMD的外部電極，經(jīng)浸潤后不生成金屬間的反應(yīng)層，而造成漏焊或少焊的故障。 原因大多是焊區(qū)表面受到污染或沾上阻焊劑，或是被接合物表面生成金屬化合物層而引起的。如銀的表面有硫化物，錫的表面有氧化物，都會產(chǎn)生潤濕不良。另外，焊料中殘留的鋁、鋅、鎘等超過 0 . 005 以上時，由于焊劑的吸濕作用使活化程度降低，也可能發(fā)生潤濕不良。,6裂紋 焊接PCB在剛脫離焊區(qū)時，由于焊料和被接合件的熱膨脹差異，在急冷或急熱作用下，因凝固應(yīng)力或收縮應(yīng)力的影響，會使SMD基體產(chǎn)生微裂，焊接后的PCB，

19、在沖切、運(yùn)輸過程中，也必須減少對SMD的沖擊應(yīng)力、彎曲應(yīng)力。,7氣孔 分布在焊點(diǎn)表面或內(nèi)部的氣孔、針孔或稱空洞。 空洞一般由三個曲線錯誤所引起： 不夠峰值溫度；回流時間不夠；升溫階段溫度過高,造成沒揮發(fā)的助焊劑被夾住在錫點(diǎn)內(nèi)。,第五節(jié) 典型再流焊機(jī)及再流焊設(shè)備的選用原則,一 勁拓GS-800/GS-800-N 二 HELLER-1707EXL 三再流焊機(jī)的選用原則,第六節(jié) 幾種常見的再流焊技術(shù),一. 熱板傳導(dǎo)再流焊 利用熱板傳導(dǎo)來加熱的焊接方法稱為熱板再流焊。 發(fā)熱器件為板型，放置在傳送帶下，傳送帶由導(dǎo)熱性能良好的材料制成。待焊電路板放在傳送帶上，熱量先傳送到電路板上，再傳至鉛錫焊膏與SMC/

20、SMD元器件上，焊膏熔化以后，再通過風(fēng)冷降溫，完成SMC/SMD與電路板的焊接。這種設(shè)備的熱板表面溫度不能大于300，適用于高純度氧化鋁基板、陶瓷基板等導(dǎo)熱性好的電路板單面焊接，對普通覆銅箔電路板的焊接效果不好。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；缺點(diǎn)是熱效率低，溫度不均勻，PCB板為非熱良導(dǎo)體稍厚就無法適應(yīng)，故很快被取代。,二 氣相再流焊,氣相再流焊又稱氣相焊（ Vapor Phase Soldering , VPS）、凝聚焊或冷聚焊，主要用于厚摸集成電路，是組裝片式元件和 PLCC 器件時最理想的焊接工藝。氣相再流焊最初是由美國一家電氣公司于 1973 年開發(fā)成功的，起初主要用于厚膜集成電路的焊接

21、。由于 VPS 具有升溫速度快和溫度均勻恒定的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛用于一些高難度電子產(chǎn)品的焊接中。但由于在悍接過程中需要大量使用形成氣相場的傳熱介質(zhì) FC-70 ，它價格昂貴，又是典型的臭氧層損耗物質(zhì)（ ODS ) ，其次在 VPS 過程中還需使用 FC-113 （典型的 ODS 物質(zhì)），所以 VPS 未能在 SMT 大批量生產(chǎn)中全面推廣應(yīng)用。 1氣相再流焊的原理 氣相再流焊是利用氟惰性液體由氣態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài)時放出的氣化潛熱來進(jìn)行加熱的一種焊接方法，其焊接原理如圖 8-23 所示。氣相再流焊接使用氟惰性液體作熱轉(zhuǎn)換介質(zhì)，加熱這種介質(zhì)，利用它沸騰后產(chǎn)生的飽和蒸氣的氣化潛熱進(jìn)行加熱。液體變?yōu)闅怏w時，液體

22、分子要轉(zhuǎn)變成能自由運(yùn)動的氣體分子，必須吸收熱量，這種沸騰的液體轉(zhuǎn)變成同溫度的蒸氣所需要的熱量氣化熱，又叫蒸發(fā)熱。反之，氣體相變成為同溫度的液體所放出的熱量叫凝聚熱，在數(shù)值上與氣化熱相等。由于這種熱量不具有提高氣體溫度的效果，因而被稱為氣化潛熱，氟惰性液體由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時就放出氣化潛熱。,2氣相再流焊的特點(diǎn) 與紅外再流焊相比較， VPS 具有如下優(yōu)點(diǎn)： （ l ）由于在SMC / SMD的所有表面上普遍存在凝聚現(xiàn)象，且置于恒定溫度的氣相場中，氣化潛熱的轉(zhuǎn)移對SMC / SMD的物理結(jié)構(gòu)和幾何形狀不敏感，因而可使組件均勻地加熱到焊接溫度。這對于超大型的 BCA 及形狀復(fù)雜的 SMC / SMD的焊

23、接十分有利。但是，加熱過程與 PCB 上的元器件數(shù)量、總表面積和元器件數(shù)量之比以及表面材料的熱傳導(dǎo)率有關(guān)。因此，加熱大而重的元器比加熱小而輕的元器件需要的時間長（約幾秒鐘）。同樣，元器件數(shù)量少的 SMC / SMD比元器件數(shù)量多的 SMC / S MD 達(dá)到焊接溫度的速度要快。 （ 2 ）由于加熱均勻，熱沖擊小，因而能防止元器件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。加熱不受 SMC / SMD 結(jié)構(gòu)影響，復(fù)雜和微小部分也能進(jìn)行焊接，焊料的橋連被控制到最小程度。 （ 3 ）焊接溫度保持一定。由于飽和蒸氣的溫度由氟惰性液體的沸點(diǎn)決定，在這種穩(wěn)定的飽和蒸氣中焊接，無需采用復(fù)雜的溫控手段就可以精確保持焊接溫度，不會發(fā)生過熱現(xiàn)象

24、并可以采用不同沸點(diǎn)的加熱介質(zhì)滿足不同溫度焊接的需要。 （ 4 ）在無氧氣的環(huán)境中進(jìn)行焊接,有利于形成高質(zhì)量的焊點(diǎn)。 （ 5 ）熱轉(zhuǎn)換效率高，加熱速度快。由于飽和蒸氣與被加熱的 SMC / SMD 接觸，氣化潛熱直接傳給 SMC/SMD ，因而熱轉(zhuǎn)換效率高。同時，氟惰性液體蒸氣的導(dǎo)熱系數(shù)大，這也有利于加熱速度的提高。 （ 6 ）氣相焊熱傳導(dǎo)效果好，溫度升高速度快，受熱均勻，并能精確控制最高溫度，能焊接 PLCC 、QFP 。,3氣相再流焊系統(tǒng)設(shè)備 將氣相再流焊接技術(shù)應(yīng)用于SMC / SMD上時，必須采用合適的氣相焊接系統(tǒng)。氣相再流焊接系統(tǒng)可分為批量式和連續(xù)式兩種類型。批量式是 1975 年開發(fā)成

25、功并被應(yīng)用的系統(tǒng)，屬于第 1 代氣相再流焊接系統(tǒng)。批量式VPS有普通式和 thermal mass 式兩種，適用于實(shí)驗(yàn)和小批量生產(chǎn)用，它體積小巧，通用性好，十分方便。連續(xù)式 V PS 是在 20 世紀(jì) 70 年代后期開發(fā)成功的，屬于第 2 代氣相再流焊接系統(tǒng)。連續(xù)式 VPS 適用于生產(chǎn)線工作，已成為 VPS 的主流，主要由氟惰性液體加熱槽、冷卻系統(tǒng)、開口系統(tǒng)、液體處理裝置和傳送機(jī)構(gòu)組成。目前，第 3 代氣相再流焊接系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)并投入應(yīng)用。 ( l ）批量式VPS系統(tǒng) l ）普通批量式 VPS 系統(tǒng) 2 ) thermal mass 批量式VPS系統(tǒng) ( 2）連續(xù)式 VPS 系統(tǒng),連續(xù)式 VPS

26、 系統(tǒng),三激光再流焊,激光再流焊是一種局部焊接技術(shù)，主要適用于軍事和航空航天電子設(shè)備中的電路組件的焊接。這些電路組件采用了金屬芯和熱管式 PCB ，貼裝有 QFP 和 PLCC 等多引腳表面組裝器件。由于這些器件比其他SMC / SMD的熱容量大，采用 VPS 需增加加熱時間，這將導(dǎo)致 PCB 和表面組裝器件出現(xiàn)可靠性問題。波峰焊接和紅外再流焊接技術(shù)也不適用于這種情形下的焊接，但激光再流焊接技術(shù)可快速在焊接部位局部加熱而使焊料再流，避免了用上述焊接技術(shù)的缺陷。同時，由細(xì)間距器件組裝的SMC / SMD在成組的再流焊接工藝中常出現(xiàn)大量橋連和開口。特別是隨著引腳數(shù)目的增加和引腳間距的縮小，引腳的非

27、共面性使這些焊接缺陷顯著增加。引起橋連的主要原因，是在精細(xì)的焊盤上均勻地印制焊膏圖形非常困難，還有當(dāng)引腳接觸涂有焊膏的焊盤和烘干期間會出現(xiàn)焊膏破裂和擴(kuò)展，這些都會導(dǎo)致焊接橋連和開口等缺陷的產(chǎn)生。采用激光再流焊接工藝可以消除上述焊接缺陷，實(shí)現(xiàn)多引腳細(xì)間距器件的可靠焊接。,1 激光再流焊的原理 激光焊接是利用激光束直接照射焊接部位，焊接部位（器件引腳和焊料）吸收激光能并轉(zhuǎn)成變熱能，溫度急劇上升到焊接溫度，導(dǎo)致焊料熔化，激光照射停止后，焊接部位迅速空冷，焊料凝固，形成牢固可靠的連接，其原理如下圖所示。影響焊接質(zhì)量的主要因素是：激光器輸出功率、光斑形狀和大小、激光照射時間、器件引腳共面性、引腳與焊盤接

28、觸程度、電路基板質(zhì)量、焊料涂敷方式和均勻程度、器件貼裝精度、焊料種類等。,2 激光再流焊的特點(diǎn) 激光再流焊主要適用于軍事電子設(shè)備中，它利用激光的高能密度進(jìn)行瞬時微細(xì)焊接，并且把熱量集中到焊接部位進(jìn)行局部加熱，對器件本身、PCB和相鄰器件影響很小，同時還可以進(jìn)行多點(diǎn)同時焊接。 激光焊接能在很短的時間內(nèi)把較大能量集中到極小表面，加熱過程高度局部化，不產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱敏性強(qiáng)的元器件不會受熱沖擊，同時還能細(xì)化焊接接頭的結(jié)晶晶粒度。激光再流焊適用于熱敏元器件、封裝組件及貴重基板的焊接。 該方法有顯著的優(yōu)點(diǎn)是：加熱高度集中，減少了熱敏器件損傷的可能性；焊點(diǎn)形成非常迅速，降低金屬間化合物形成的機(jī)會；與整體再流

29、法相比，減少了焊點(diǎn)的應(yīng)力；局部加熱，對PCB、元器件本身及周邊的元器件影響?。缓更c(diǎn)形成速度快，能減少金屬間化合物，有利于形成高韌性、低脆性的焊點(diǎn)；在多點(diǎn)同時焊接時，可使 PCB 固定而激光束移動進(jìn)行焊接，易于實(shí)現(xiàn)自動化。激光再流焊的缺點(diǎn)是初始投資大，維護(hù)成本高，而且生成速度較低。這是一種新發(fā)展的再流焊技術(shù)，它可以作為其他方法的補(bǔ)充，但不可能取代其他焊接方法。,3 激光再流焊的工藝流程 一種YAG 激光再流焊的工藝流程圖,四 再流焊接方法的性能比較 與加熱方法相對應(yīng)的再流焊接技術(shù)有：氣相、紅外、熱風(fēng)循環(huán)、熱板、光束、激光、工具加熱等再流焊接技術(shù)。各種再流焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較，如表所示。,第七節(jié)

30、再流焊技術(shù)的新發(fā)展,一無鉛再流焊 在世界范圍看，無鉛制造已成定局，勢在必行。由于無鉛合金與傳統(tǒng)的Sn-Pb共晶合金比較，熔點(diǎn)高，工藝窗口小，浸潤性差，因此工藝難度大，容易產(chǎn)生可靠性問題。無鉛不只是焊接材料的問題，還涉及到設(shè)計、元器件、PCB、設(shè)備、工藝、可靠性、成本等方面的挑戰(zhàn)。 1無鉛工藝與有鉛工藝比較 我們在實(shí)施無鉛工藝前，首先要了解無鉛工藝的特點(diǎn)，掌握正確的工藝方法，這樣才能確保無鉛工藝順利實(shí)施。下面將無鉛工藝與有鉛工藝的做一下比較。,2 無鉛再流焊接的特點(diǎn) 從無鉛焊接工藝和無鉛焊點(diǎn)兩方面分析，主要有以下特點(diǎn) ( 1 ）無鉛工藝溫度高，熔點(diǎn)比傳統(tǒng)有鉛共晶焊料高34 左右。 ( 2 ）表面

31、張力大、潤濕性差。 ( 3 ）工藝窗口小，質(zhì)量控制難度大。 ( 4 )無鉛焊點(diǎn)浸潤性差，擴(kuò)展性差。 ( 5 )無鉛焊點(diǎn)外觀粗糙，因此傳統(tǒng)的檢臉標(biāo)準(zhǔn)與AOI需要升級。 ( 6 ) 無鉛焊點(diǎn)中孔洞（氣孔）較多，尤其是有鉛焊端與無鉛焊料混用時，焊端上的有鉛焊料先熔，覆蓋焊盤，助焊劑排不出去，造成孔洞。一般情況下，BGA內(nèi)部的孔洞不影響機(jī)械強(qiáng)度，但是大孔洞及焊接界面的孔洞，特別是當(dāng)孔洞連成一片時會影響可靠性。 ( 7 ) 缺陷多。主要由于浸潤性差，使自定位效應(yīng)減弱造成的。,3正確設(shè)置無鉛再流焊溫度曲線 由于無鉛焊料高熔點(diǎn)、潤濕性差給再流焊帶來了焊接溫度高、工藝窗口小的工藝難題，使再流焊容易產(chǎn)生虛焊、氣

32、孔、立碑等缺陷，還容易引起損壞元器件、PCB 等可靠性問題。如何設(shè)置最佳的溫度曲線，既保證焊點(diǎn)質(zhì)量，又保證不損壞元器件和 PCB ，就是無鉛再流焊技術(shù)要解決的根本的問題。 結(jié)合美國某公司的 Sn -Ag-Cu 無鉛焊膏再流焊溫度曲線圖，分析如何運(yùn)用焊接理論正確設(shè)置無鉛再流焊溫度曲線。,4. 幾種典型的溫度曲線 (1) 三角形回流焊溫度曲線 (2) 升溫一保溫一峰值溫度曲線 ( 3) 低峰值溫度曲線,二氮?dú)舛栊员Ｗo(hù),使用惰性氣體，一般采用氮?dú)?，這種方法在回流焊工藝中已被采用了相當(dāng)長的一段時間，但它的價格還是一個問題。因?yàn)槎栊詺怏w可以減少焊接過程中的氧化，因此，這種工藝可以使用活性較低的焊膏材料。這一點(diǎn)對于低殘留物焊膏和免清洗尤為重要。另外，對于多次焊接工藝也相當(dāng)關(guān)鍵。比如：在雙面板的焊接中，氮?dú)獗Ｗo(hù)對于帶有OSP的板子在多次回流工藝中有很大的優(yōu)勢，因?yàn)樵贜2的保護(hù)下，板上的銅質(zhì)焊盤與線路的可焊性得到了很好的保護(hù)。使用氮?dú)獾牧硪粋€好處是增加表面張力，它使得制造商在選擇器件時有更大的余地（尤其是超細(xì)間距器件），并且增加焊點(diǎn)表面光潔度，使薄型材料不易褪色。 氮?dú)獗Ｗo(hù)的費(fèi)用取決于各種各樣的因素，包括氮?dú)庠跈C(jī)器中使用的位置，