回流焊工艺分析

回流焊工艺•1回流焊定义回流焊Reflowsoldring，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。回流焊2回流焊原理•图1回流焊温度曲线110℃130℃155℃185℃240℃250℃90℃PCB入口出口100℃130℃155℃175℃200℃210℃90℃传送带速度：60cm/min温度℃焊接时间峰值温度2301831501.2~3.5℃/s温度曲线10060~90s＜2℃/s1.2~3.5℃/s＜4℃/s升温区保温区焊接区冷却区时间min60~90s预热区快速升温区从温度曲线（见图1）分析回流焊的原理：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、元器件引脚与氧气隔离；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；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；PCB进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了回流焊。•3回流焊工艺特点（与波峰焊技术相比）•1)元器件受到的热冲击小；•2)能控制焊料的施加量；•3)有自定位效应（selfalignment）—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，能正确地保证焊料的组分；•5)可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接；•6)工艺简单，焊接质量高。•4回流焊的分类•1)按回流焊加热区域可分为两大类：•a对PCB整体加热；•b对PCB局部加热。•2)对PCB整体加热回流焊可分为：•热板回流焊、红外回流焊、热风回流焊、热风加红外回流焊、气相回流焊。•3)对PCB局部加热回流焊可分为：•激光回流焊、聚焦红外回流焊、光束回流焊、热气流回流焊。•5回流焊的工艺要求•1)要设置合理的回流焊温度曲线并定期做温度曲线的实时测试。•2)要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。•3)焊接过程中严防传送带震动。•4)必须对首块印制板的焊接效果进行检查。•检查焊接是否充分、焊点表面是否光滑、焊点形状是否呈半月状、锡球和残留物的情况、连焊和虚焊的情况。还要检查PCB表面颜色变化等情况。并根据检查结果调整温度曲线。•在整批生产过程中要定时检查焊接质量。•6影响回流焊质量的因素•回流焊是SMT关键工艺之一。表面组装的质量直接体现在回流焊结果中。但回流焊中出现的焊接质量问题不完全是回流焊工艺造成的。因为回流焊接质量除了与焊接温度（温度曲线）有直接关系以外，还与生产线设备条件、PCB焊盘和可生产性设计、元器件可焊性、焊膏质量、印制电路板的加工质量、以及SMT每道工序的工艺参数、甚至与操作人员的操作都有密切的关系。•(6)回流焊温度曲线•温度曲线是保证焊接质量的关键，实时温度曲线和焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致。160℃前的升温速度控制在1℃/s~2℃/s。如果升温斜率速度太快，一方面使元器件及PCB受热太快，易损坏元器件，易造成PCB变形。另一方面，焊膏中的熔剂挥发速度太快，容易溅出金属成份，产生焊锡球；峰值温度一般设定在比焊膏金属熔点高30℃~40℃左右（例如63Sn/37Pb焊膏的熔点为183℃，峰值温度应设置在215℃左右），再流时间为60s~90s。峰值温度低或再流时间短，会使焊接不充分，不能生成一定厚度的金属间化合物。严重时会造成焊膏不熔。峰值温度过高或再流时间长，使金属间化合物过厚，也会影响焊点强度，甚至会损坏元器件和印制板。•设置回流焊温度曲线的依据：•a不同金属含量的焊膏有不同的温度曲线，应按照焊膏加工厂提供的温度曲线进行设置（主要控制升温速率、峰值温度和回流时间）。•b根据PCB板的材料、厚度、是否多层板、尺寸大小。•c根据表面组装板搭载元器件的密度、元器件的大小以及有无BGA、CSP等特殊元器件进行设置。•d还要根据设备的具体情况，例如加热区长度、加热源材料、回流焊炉构造和热传导方式等因素进行设置。•热风炉和红外炉有很大区别，红外炉主要是辐射传导，其优点是热效率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双面焊时PCB上、下温度易控制。其缺点是温度不均匀。在同一块PCB上由于器件的颜色和大小不同、其温度就不同。为了使深颜色器件周围的焊点和大体积元器件达到焊接温度，必须提高焊接温度。•热风炉主要是对流传导。其优点是温度均匀、焊接质量好。缺点是PCB上、下温差以及沿焊接炉长度方向温度梯度不易控制。•e还要根据温度传感器的实际位置来确定各温区的设置温度。•f还要根据排风量的大小进行设置。•g环境温度对炉温也有影响，特别是加热温区短、炉体宽度窄的回流焊炉，在炉子进出口处要避免对流风。•(7)回流焊设备的质量•回流焊质量与设备有十分密切的关系。影响回流焊质量的主要参数：•a温度控制精度应达到±0.1—0.2℃（温度传感器的灵敏度）；•b传输带横向温差要求±5℃以下,否则很难保证焊接质量；•c传送带宽度要满足最大PCB尺寸要求；•d加热区长度——加热区长度越长、加热区数量越多，越容易调整和控制温度曲线。中小批量生产选择4—5温区，加热区长度1.8m左右即能满足要求。上、下加热器应独立控温，便以调整和控制温度曲线；•e最高加热温度一般为300—350℃，考虑无铅焊料或金属基板，应选择350℃以上；•f传送带运行要平稳，传送带震动会造成移位、吊桥、冷焊等缺陷；•g设备应具备温度曲线测试功能，否则应外购温度曲线采集器。•总结：•从以上分析可以看出，回流焊质量与PCB焊盘设计、元器件可焊性、焊膏质量、印制电路板的加工质量、生产线设备、以及SMT每道工序的工艺参数、甚至与操作人员的操作都有密切的关系。•同时也可以看出PCB设计、PCB加工质量、元器件和焊膏质量是保证回流焊质量的基础，因为这些问题在生产工艺中是很难甚至是无法解决的。•因此只要PCB设计正确，PCB、元器件和焊膏都是合格的，回流焊质量是可以通过印刷、贴装、回流焊每道工序的工艺来控制的。7SMT回流焊接中常见的焊接缺陷分析与预防对策(1)焊膏熔化不完全——全部或局部焊点周围有未熔化的残留焊膏。焊膏熔化不完全的原因分析预防对策a温度低——再流焊峰值温度低或再流时间短，造成焊膏熔化不充分。调整温度曲线，峰值温度一般定在比焊膏熔点高30℃~40℃左右，再流时间为30s~60s。b再流焊炉——横向温度不均匀。一般发生在炉体较窄，保温不良的设备适当提高峰值温度或延长再流时间。尽量将PCB放置在炉子中间部位进行焊接。cPCB设计——当焊膏熔化不完全发生在大焊点，大元件、以及大元件周围、或印制板背面有大器件。1尽量将大元件布在PCB的同一面，确实排布不开时，应交错排布。2适当提高峰值温度或延长再流时间。d红外炉——深颜色吸热多，黑色比白色约高30℃~40℃，PCB上温差大。为了使深颜色周围的焊点和大体积元器件达到焊接温度，必须提高焊接温度。e焊膏质量问题——金属粉含氧量高；助焊性能差；或焊膏使用不当：没有回温或使用回收与过期失效焊膏不使用劣质焊膏；制订焊膏使用管理制度：如在有效期内使用；从冰箱取出焊膏，达到室温后才能打开容器盖；回收的焊膏不能与新焊膏混装等。(2)润湿不良——又称不润湿或半润湿。元器件焊端、引脚或印制板焊盘不沾锡或局部不沾锡。润湿不良原因分析预防对策a元器件焊端、引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮。元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期。对印制板进行清洗和去潮处理。b焊膏中金属粉末含氧量高选择满足要求的焊膏c焊膏受潮、或使用回收焊膏、或使用过期失效焊膏回到室温后使用焊膏，制订焊膏使用条例。3焊料量不足与虚焊或断路——焊点高度达不到规定要求，会影响焊点的机械强度和电气连接的可靠性，严重时会造成虚焊或断路原因分析预防对策a整体焊膏量过少原因：①模板厚度或开口尺寸不够；开口四壁有毛刺；喇叭口向上，脱模时带出焊膏。②焊膏滚动（转移）性差。③刮刀压力过大，尤其橡胶刮刀过软，切入开口，带出焊膏。④印刷速度过快。①加工合格的模板，模板喇叭口向下，增加模板厚度或扩大开口尺寸。②更换焊膏。③采用不锈钢刮刀。④调整印刷压力和速度。⑤调整基板、模板、刮刀的平行度。b个别焊盘上的焊膏量过少或没有焊膏原因：①漏孔被焊膏堵塞或个别开口尺寸小。②导通孔设计在焊盘上，焊料从孔中流出。①清除模板漏孔中的焊膏，印刷时经常擦洗模板底面。如开口尺寸小，应扩大开口尺寸。②修改焊盘设计c器件引脚共面性差，翘起的引脚不能与相对应的焊盘接触。运输和传递SOP和QFP时不要破坏外包装，人工贴装时不要碰伤引脚。dPCB变形，使大尺寸SMD器件引脚不能完全与焊膏接触。①PCB设计要考虑长、宽和厚度的比例。②大尺寸PCB再流焊时应采用底部支撑。(4)吊桥和移位——吊桥是指两个焊端的表面组装元件，经过回流焊后其中一个端头离开焊盘表面，整个元件呈斜立或直立，如石碑状。又称墓碑现象、曼哈顿现象；移位是指元器件端头或引脚离开焊盘的错位现象。吊桥和移位原因分析预防对策aPCB设计——两个焊盘尺寸大小不对称，焊盘间距过大或过小，使元件的一个端头不能接触焊盘。按照Chip元件的焊盘设计原则进行设计，注意焊盘的对称性、焊盘间距=元件长度-两个电极的长度+K（0.25±0.05mm）b贴片质量——置偏移；元件厚度设置不正确；贴片头Z轴高度过高（贴片压力小），贴片时元件从高处扔下造成。提高贴装精度，精确调整首件贴装坐标，连续生产过程中发现位置偏移时应及时修正贴装坐标。设置正确的元件厚度和贴片高度。C元件质量——焊端氧化或被污染或端头电极附着力不良。焊接时元件端头不润湿或端头电极脱落。严格来料检验制度，严格进行首件焊后检验，每次更换元件后也要检验，发现端头问题及时更换元件。dPCB质量——焊盘被污染（有丝网、字符、阻焊膜或氧化等）严格来料检验制度，对已经加工好PCB的焊盘上的丝网、字符可用小刀轻轻刮掉。e印刷工艺——两个焊盘上的焊膏量不一致清除模板漏孔中的焊膏，印刷时经常擦洗模板底面。如开口过小，应扩大开口尺寸。f传送带震动会造成元器件位置移动。传送带太松，可去掉1~2节链条；检查入口和出口处导轨衔接高度和距离是否匹配。人工放置PCB要轻拿轻放。g风量过大。调整风量。(5)焊点桥接或短路——桥接又称连桥。元件端头之间、元器件相邻的焊点之间以及焊点与邻近的导线、过孔等电气上不该连接的部位被焊锡连接在一起（桥接不一定短路，但短路一定是桥接）。桥接原因分析预防对策a焊锡量过多：可能由于模板厚度与开口尺寸不恰当；模板与印制板表面不平行或有间隙。①减薄模板厚度或缩小开口或改变开口形状；②调整模板与印制板表面之间距离，使接触并平行。b由于焊膏黏度过低，触变性不好，印刷后塌边，焊膏图形粘连。选择黏度适当、触变性好的焊膏c印刷质量不好，焊膏图形粘连提高印刷精度并经常清洗模板d贴片位置偏移提高贴装精度，e贴片压力过大，焊膏挤出量过多，使图形粘连。提高贴片头Z轴高度，减小贴片压力。f由于贴片位置偏移，人工拨正后使焊膏图形粘连。提高贴装精度，减少人工拨正的频率。g焊盘间距过窄修改焊盘设计。总结：在焊盘设计正确、模板厚度及开口尺寸正确、焊膏质量没有问题的情况下，应通过提高印刷和贴装质量来减少桥接现象。(6)焊锡球——又称焊料球、焊锡珠。是指散布在焊点附近的微小珠状焊料。产生焊锡球的原因分析预防对策a焊膏本身质量问题：微粉含量高；黏度过低；触变性不好。控制焊膏质量，20μm微粉颗粒应少于10%。b元器件焊端和引脚、印制电路基板的焊盘氧化或污染，或印制板受潮。严格来料检验，如印制板受潮或污染，贴装前应清洗并烘干。c焊膏使用不当按规定要求执行d温度曲线设置不当：升温速率过快，金属粉末随溶剂蒸汽飞溅形成焊锡球；预热区温度过低，突然进入焊接区，也容易产生焊锡球。温度曲线