SMT回流焊接温度曲线控制

在 SM T工艺中回流焊接是核心工艺,回流焊接温度曲线控制,变得至关重要;因为表面组装 PCB设计 ,焊膏印刷和元器件贴装产生的缺陷 ,最终都将集中表现在焊接中。因此 ,如果没有合理可行的回流焊接工艺 ,前面任何工艺控制都将失去意义。

1 引　言

回流焊机作为集成电路表面贴装工艺生产的一个主要设备 ,它的正确使用无疑能够进一步确保焊接质量和产品质量。在回流焊机的使用中 ,最难把握的就是回流焊温度曲线的设定。实践表明 ,严格控制温度过程可大大减少焊接缺陷 ,提高产品的直通率。下面列出的是不良温度曲线所引起的回流焊接缺陷。

• 焊点灰暗 :冷却段冷却速度过缓。
• 不沾锡 :焊接段熔焊温度低 ;活性段保温周期过长 ;活性段温度过高。
• 焊后断开 :活性段保温周期短。
• 锡珠 :活性段温度上升速度过快 ;活性段温度低 ;活性周期短。
• 空洞 :活性段温度低 ;活性周期短。
• 生焊 :焊接段熔焊温度低 ;焊接段熔焊周期短。
• 锡桥 :焊接段熔焊峰值温度过高 ;
• 板面或元件变色 :焊接段熔焊温度过高 ;焊接段熔焊周期太长。

2 回流温度曲线的技术要求

2. 1 温度曲线的分段解析

 

对任何焊膏来说并没有唯一的温度曲线 ,一种焊膏的温度曲线必须综合考虑焊膏、完全装配过的电路板和设备等因素 ,良好的温度曲线必须经过反复试验才能获得较为满意的结果。

以图 1的温度曲线为例 ,为充分理解曲线的各阶段对焊膏成分的影响 ,将曲线分成这样四段 :预热段、性段、流段和冷却段。

( 1)预热段

该段的目的是把室温电路板尽快加热 ,但快速加热不能快到板子或零件的损坏及导致助焊剂中溶剂的丧失。而温度上升太慢 ,锡膏会感温过度 ,没有足够的时间使 PCB达到活性温度。通常的加热速率为 1℃～3℃ /秒。

 

( 2)活性段

溶剂的沸点在 125℃～150℃之间 ,从活性段开始溶剂将不断蒸发 ,树脂或松香在 70℃～100℃开始软化和流动。一旦熔化 ,树脂或松香能在被焊表面迅速扩散 ,溶解于其中的活性剂随之流动并与铅锡粉末的表面氧化物进行反应 ,以确保铅锡粉末在焊接段熔焊时是清洁的。活性段的更主要目的是保证电路板上的全部元件在进入焊接段之前达到相同的温度。电路板上的元件吸热能力通常有很大差别 ,有时需要延长活性周期 ,减少形成峰值回流温度之前元件之间的温度差。但是太长的活性周期可能导致助焊剂蒸发太快 ,以致在熔焊区无法充分结合与润湿 ,引起引脚与焊盘的氧化 ,减弱焊膏的上锡能力。太快的温度上升速率则会导致溶剂的快速气化 ,可能引起锡珠等缺陷 ,而过短的活性周期又无法使活性剂充分发挥功效 ,也可能造成整个电路板预热温度的不平衡 ,从而导致不沾锡、焊后断开、焊点空洞等缺陷 ,所以应根据电路板的设计情况及回流炉的对流加热能力来决定活性周期的长短及温度值。一般活性段的温度在 80℃～160℃之间 ,上升速率低于每秒 2度 ,并在 150℃左右有一个 0. 5 – 1分钟左右的平台 ,有助于把焊接段的尖端区域降低到最小。

( 3)回流段

这一段把电路板带入铅锡粉末熔点之上 ,让铅锡粉末微粒结合成一个锡球并让被焊金属表面充分润湿。结合和润湿是在助焊剂帮助下进行的 ,温度越高助焊剂效率越高 ,粘度及表面张力则随温度的升高而下降 ,这促使焊锡更快地湿润。但过高的温度可能使板子承受热损伤 ,并可能引起铅锡粉末再氧化加速、膏残留物烧焦、板子变色、元件失去功能等问题 ,而过低的温度会使助焊剂效率低下 ,可能使铅锡粉末处于非焊接状态而增加生焊、虚焊发生的机率 ,因此应找到理想的峰值与时间的最佳结合 ,一般应使曲线的尖端区覆盖面积最小。曲线的峰值 一般为 210℃～230℃,达到峰值温度的持续时间为3秒～5秒 ,超过铅锡合金熔点温度 183℃的持续时间维持在 20秒～50秒之间。

( 4)冷却段

这一段焊膏中的铅锡粉末已经熔化并充分润湿到焊接表面 ,快速度的冷却会得到明亮的焊点并有好的外形及低的接触角度 ,但冷却速度过快 ,也将导致元件与基板间太高的温度梯度 ,产生热膨胀的不匹配 ,导致焊点与焊盘的分裂及基板变形 ;缓慢冷却会使板材溶于焊锡中 ,而生成灰暗和毛糙的焊点 ,并可能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。综合以上因素 ,冷却区降温速率一般在 4℃ /秒 ,冷却至 75℃即可。

在实际生产中 ,并不能要求所选择每一点的曲线均达到较为理想的情况 ,有时由于元件密度、承受最高温度的不同及热特性的巨大差异或由于板材的不同及回流炉能力的限制 ,而导致有些点的温度曲线无法满足要求 ,这时必须综合各元件对整个电路板功能的影响从而选择最为有利的回流参数。