在 SM T工藝中回流焊接是核心工藝,回流焊接溫度曲線控制,變得至關重要;因為表面組裝 PCB設計 ,焊膏印刷和元器件貼裝產生的缺陷 ,終都將集中表現在焊接中。因此 ,如果沒有合理可行的回流焊接工藝 ,前面任何工藝控制都將失去意義。 回流焊溫度曲線圖 回流焊溫度曲線圖 1 引　言 回流焊機作為集成電路表面貼裝工藝生產的一個主要設備 ,它的正確使用無疑能夠進一步確保焊接質量和產品質量。在回流焊機的使用中 ,難把握的就是回流焊溫度曲線的設定。實踐表明 ,嚴格控制溫度過程可大大減少焊接缺陷 ,提品的直通率。下面列出的是不良溫度曲線所引起的回流焊接缺陷。 焊點灰暗 :冷卻段冷卻速度過緩。 不沾錫 :焊接段熔焊溫度低 ;活性段保溫周期過長 ;活性段溫度過高。 焊后斷開 :活性段保溫周期短。 錫珠 :活性段溫度上升速度過快 ;活性段溫度低 ;活性周期短。 空洞 :活性段溫度低 ;活性周期短。 生焊 :焊接段熔焊溫度低 ;焊接段熔焊周期短。 錫橋 :焊接段熔焊峰值溫度過高 ; 板面或元件變色 :焊接段熔焊溫度過高 ;焊接段熔焊周期太長。 2 回流溫度曲線的技術要求 2. 1 溫度曲線的分段解析 對任何焊膏來說并沒有的溫度曲線 ,一種焊膏的溫度曲線必須綜合考慮焊膏、完全裝配過的電路板和設備等因素 ,良好的溫度曲線必須經過反復試驗才能獲得較為滿意的結果。 以圖 1的溫度曲線為例 ,為充分理解曲線的各階段對焊膏成分的影響 ,將曲線分成這樣四段 :預熱段、性段、流段和冷卻段。 ( 1)預熱段 該段的目的是把室溫電路板盡快加熱 ,但快速加熱不能快到板子或零件的損壞及導致助焊劑中溶劑的喪失。而溫度上升太慢 ,錫膏會感溫過度 ,沒有足夠的時間使 PCB達到活性溫度。通常的加熱速率為 1℃～3℃ /秒。 ( 2)活性段 溶劑的沸點在 125℃～150℃之間 ,從活性段開始溶劑將不斷蒸發 ,樹脂或松香在 70℃～100℃開始軟化和流動。一旦熔化 ,樹脂或松香能在被焊表面迅速擴散 ,溶解于其中的活性劑隨之流動并與鉛錫粉末的表面氧化物進行反應 ,以確保鉛錫粉末在焊接段熔焊時是清潔的。活性段的更主要目的是電路板上的全部元件在進入焊接段之前達到相同的溫度。電路板上的元件吸熱能力通常有很大差別 ,有時需要延長活性周期 ,減少形成峰值回流溫度之前元件之間的溫度差。但是太長的活性周期可能導致助焊劑蒸發太快 ,以致在熔焊區無法充分結合與潤濕 ,引起引腳與焊盤的氧化 ,減弱焊膏的上錫能力。太快的溫度上升速率則會導致溶劑的快速氣化 ,可能引起錫珠等缺陷 ,而過短的活性周期又無法使活性劑充分發揮功效 ,也可能造成整個電路板預熱溫度的不平衡 ,從而導致不沾錫、焊后斷開、焊點空洞等缺陷 ,所以應根據電路板的設計情況及回流爐的對流加熱能力來決定活性周期的長短及溫度值。一般活性段的溫度在 80℃～160℃之間 ,上升速率低于每秒 2度 ,并在 150℃左右有一個 0. 5 – 1分鐘左右的平臺 ,有助于把焊接段的區域降低到小。 ( 3)回流段 這一段把電路板帶入鉛錫粉末熔點之上 ,讓鉛錫粉末微粒結合成一個錫球并讓被焊金屬表面充分潤濕。結合和潤濕是在助焊劑幫助下進行的 ,溫度越高助焊劑效率越高 ,粘度及表面張力則隨溫度的升高而下降 ,這促使焊錫更快地濕潤。但過高的溫度可能使板子承受熱損傷 ,并可能引起鉛錫粉末再氧化加速、膏殘留物燒焦、板子變色、元件失去功能等問題 ,而過低的溫度會使助焊劑效率低下 ,可能使鉛錫粉末處于非焊接狀態而增加生焊、虛焊發生的機率 ,因此應找到理想的峰值與時間的結合 ,一般應使曲線的區覆蓋面積小。曲線的峰值 一般為 210℃～230℃,達到峰值溫度的持續時間為3秒～5秒 ,超過鉛錫合金熔點溫度 183℃的持續時間維持在 20秒～50秒之間。 ( 4)冷卻段 這一段焊膏中的鉛錫粉末已經熔化并充分潤濕到焊接表面 ,快速度的冷卻會得到明亮的焊點并有好的外形及低的接觸角度 ,但冷卻速度過快 ,也將導致元件與基板間太高的溫度梯度 ,產生熱膨脹的不匹配 ,導致焊點與焊盤的分裂及基板變形 ;緩慢冷卻會使板材溶于焊錫中 ,而生成灰暗和毛糙的焊點 ,并可能引起沾錫不良和減弱焊點結合力。綜合以上因素 ,冷卻區降溫速率一般在 4℃ /秒 ,冷卻至 75℃即可。 在實際生產中 ,并不能要求所選擇每一點的曲線均達到較為理想的情況 ,有時由于元件密度、承受較高溫度的不同及熱特性的巨大差異或由于板材的不同及回流爐能力的限制 ,而導致有些點的溫度曲線無法滿足要求 ,這時必須綜合各元件對整個電路板功能的影響從而選擇為有利的回流參數。 2. 2 回流溫度曲線的設定 溫度曲線是施加于電路板上的溫度對時間的函數 ,幾個參數影響曲線的形狀 ,其中關鍵的是傳送帶速度和每個區的溫度設定。帶速決定基板暴露在每個區所設定的溫度下的持續時間 ,增加持續時間可以允許更多時間使基板接近該區的溫度設定。 決定每個區的溫度設定 ,必須要了解實際的區間溫度不一定就是該區的顯示溫度。顯示溫度只是該區內熱敏電阻的溫度 ,如果熱電偶越靠近熱源 ,顯示的溫度將比區間溫度高 ,熱電偶越靠近電路板的直接通道 ,顯示的溫度將越能反映區間溫度。實際操作中要了解清楚顯示溫度與實際區間溫度的關系。錫膏特性參數表也是必要的 ,其包含的信息對溫度曲線至關重要。如 :所希望的溫度曲線持續時間、膏活性溫度、金熔點和所希望的回流較高溫度。大多數錫膏都能用四個溫區成功回流。當后的曲線圖盡可能與所希望的圖形相吻合時 ,應該把爐的參數記錄并儲存以備后用。 目前無鉛化集成電路產品的市場需求日趨高漲 ,傳統的 Sn63 / Pb37錫膏 ,熔點溫度為 183℃,而無鉛錫膏 ,比如 Sn /Ag成分的熔點變成216℃～221℃,相應的回流焊峰值溫度必須提高 ,以的連接。在實際工作中 ,對回流爐無鉛焊錫溫度曲線的設定基準如圖