1、单元7 再流焊接技术,再流焊接原理与分类再流焊接工艺参数调整常见故障分析,再流焊,再流焊是表面组装技术的关键核心技术之一，再流焊又被称为：“回流焊”或“重熔群焊”，它是适应SMT而研制的一种新型的焊接方法，它适用于焊接全表面安装组件。,再流焊工艺的特点与要求,元件不直接浸渍在熔融的焊料中，所以元件受到的热冲击小 能在前导工序里控制焊料的施加量，减少了虚焊、桥接等焊接缺陷，所以焊接质量好，可靠性高。 假如贴片元件位置时有一些偏差 ，当焊盘浸润时，由于熔融焊料表面张力的作用，产生自定位效应（self-alignment），能够自动校正偏差。再流焊的焊料是能够保证正确组分的焊锡膏，一般不会混入杂质。
2、 可以采用局部加热的热源，因此能在同一基板上采用不同的焊接方法进行焊接。 工艺简单，返修的工作量很小。,再流焊设备的主要技术指标,温度控制精度（指传感器灵敏度）：应该达到0.10.2； 传输带横向温差：要求5以下； 温度曲线调试功能：如果设备无此装置，要外购温度曲线采集器； 最高加热温度：一般为300350，如果考虑温度更高的无铅焊接或金属基板焊接，应该选择350以上；,再流焊设备的主要技术指标,加热区数量和长度：加热区数量越多、长度越长，越容易调整和控制温度曲线。一般中小批量生产，选择45个温区，加热长度1.8m左右的设备，即能满足要求。 传送带宽度：根据最大和最宽的PCB尺寸确定。,回流炉
3、结构,外观,加热系统,控制系统,动力系统,助焊剂管理,氮气系统,冷却系统,其他,回流炉,再流焊类型 再流焊由于采用不同的热源，再流焊机有：热板再流焊机、热风再流焊机、红外再流焊机、红外热风再流焊机、汽相再流焊机、激光再流焊机等。,1.对流/红外再流焊（简称：IR） 加热方法:采用红外辐射及强制热风对流的复合加热方式。 优点： 可弥补下列问题 色彩灵敏度：基板组成材料和元件的包封材料对红外线的吸收比例不同； 阴影效应：辐射被遮挡而引起的升温不匀。,再流焊机,焊接原理: 焊接时，SMA随着传动链匀速地进入隧道式炉膛，焊接对象在炉膛内依次通过三个区域。 先进入预热区，挥发掉焊膏中的低沸点溶剂； 然后
4、进入再流区，预先涂敷在基板焊盘上的焊膏在热空气中熔融，润湿焊接面，完成焊接； 进入冷却区使焊料冷却凝固。 优点：预热和焊接可在同一炉膛内完成，无污染，适合于单一品种的大批量生产； 缺点：循环空气会使焊膏外表形成表皮，使内部溶剂不易挥发，再流焊期间会引起焊料飞溅而产生微小锡珠，需彻底清洗。 ,2热板再流焊 加热方法: SMA与热板直接接触传导热量。 与红外再流焊不同的是加热热源是热板。 焊接原理：与上述相同。 适用性：小型单面安装的基板，通常应用于厚膜电路的生产。3.汽相再流焊（简称：VPS） 加热方法： 通过加热一种氟碳化合物液体（俗称“氟油”），使之达到沸腾（约215）而蒸发，用高温蒸气来加
5、热SMA。 ,优点：是焊接温度控制方便，峰值温度稳定（等于工作液的沸点），因此更换产品花费的调机时间短（唯一需要调节的是传送速度），更适合于小批量多品种的生产。缺点：不能对焊件进行预热，因此焊接时元器件与板面温差大，容易发生因“吸吮现象”而引起的脱焊。 而且工作液（氟碳化合物）成本高，在工艺过程中容易损失，而且污染环境。,4激光再流焊 加热方法： 激光再流焊是一种新型的再流焊技术，它是利用激光光束直接照射焊接部位而产生热量使焊膏熔化, 而形成良好的焊点。激光焊是对其它再流焊方式的补充而不是替代，它主要应用在一些特定的场合。,优点： 可焊接在其他焊接中易受热损伤或易开裂的元器件； 可以在元器件密
6、集的电路上除去某些电路线条和增添某些元件，而无须对整个电路板加热； 焊接时整个电路板不承受热应力，因此不会使电路板翘曲； 焊接时间短，不会形成较厚的金属间化物层，所以焊点质量可靠。,缺点： 激光光束宽度调节不当时，会损坏相邻元器件； 虽然激光焊的每个焊点的焊接时间仅300ms，但它是逐点依次焊接，而不是整体一次完成，所以它比其它焊接方法缓慢， 设备昂贵，因此生产成本较高，阻碍了它的广泛应用。,再流焊与波峰焊不同的是焊接时的助焊剂与焊料（焊膏）已预先涂敷在焊接部位,而再流焊设备只是向SMA提供一个加温的通道。 所以再流焊过程中需要控制的参数只有一个，就是SMA表面温度随时间的变化，通常用一条“温
7、度曲线”来表示（横坐标为时间，纵坐标为SMA的表面温度）。 Pre heat1 Pre heat2 Reflow Cooling,再流焊工艺参数的确定,为了取得良好的焊接质量，我们希望焊件通过再流焊设备的整个过程中，其表面温度随时间的变化能符合理想的焊接要求。 1温度曲线的确定原则 SMA在再流焊设备中，虽然是经过一个连续的焊接过程，但从焊点形成机理来看它是经过三个过程（预热、焊接、冷却），这三个过程有着不同的温度要求，所以我们可将焊接全过程分为三个温区：预热区、再流区和冷却区。 ,合理的温度曲线。,(1)预热区 确定的具体原则是： 预热结束时温度：140-160； 预热时间：160-180
8、S； 升温的速率 3/s； ,速率为什么不能过快或过慢？,(2)再流区 峰值温度： 一般推荐为焊膏合金熔点温度加20-40，红外焊为210230；汽相焊为205-215； 焊接时间：控制在1560s，最长不要超过90s，其中，处于225以上的时间小于10s，215以上的时间小于20s。 ,(3)冷却区 降温速率大于10/S； 冷却终止温度不大于75。 ,3温度曲线的测试方法 测试温度曲线的仪表是温度采集器，它可以直接打印出实测的温度曲线。测试方法及步骤如下：,(1)选取测试点（3个） 通常至少应选取三个测试点，它们分别能反映SMA的最高、最低及中间温度的变化。,(2)固定热电偶测试头 将热电偶
9、测量头分别可靠的固定到焊接对象的测试点部位，固定方法可采用高温胶带、贴片胶或焊接。(3)进入炉内测试 将SMA连同温度采集器一同置于再流焊机传送链/网带上, 随着传送链/网带的运行，温度采集器将自动完成测试全过程, 并将实测的三个“温度曲线”显示或打印出来， 它们分别代表了SMA表面最高、最低及中间温度的变化情况。 ,4.实际温度曲线的确定 在实际应用中，影响焊件升温速率的因数很多，使焊件温度变化完全符合理想曲线，是不可能的。不同的体积、表面积及包封材料的元器件，不同材料、厚度及面积的印制电路板，不同的焊膏及涂敷厚度均会影响升温速度，因此，焊件上不同点的温度会有一定的差异，最终只能在诸多因素下
10、确定一个相对最合理与折中的曲线。,实际温度曲线是通过调节炉温及传送带速度两个参数来实现 。 具体的调节步骤如下： (1) 按照生产量初步设定传送带速，但不能超过再流焊工艺允许的最大（小）速度; (2)凭经验及技术资料初步设定炉温; (3)测试温度曲线:在炉内温度稳定后，进行初次焊接试验，并对SMA的表面温度变化进行首次测定； (4)调整炉温及带速:分析所测得的温度曲线与所设计的温度曲线的差别，进行炉温及带速的调整。 (5)重复(3)、（4）过程，直到所测温度曲线与设计的理想温度曲线基本一致为止。,再流焊接缺陷的原因分析,短路是一种很常见的焊接缺陷，造成短路的原因很多，主要原因有： 焊料过多；
11、板面预热溫度不够； 润焊时间不足； 焊接温度偏低； 焊盘表面氧化物清除未尽； 元器件间距太小； 印刷不正确。 要克服短路缺陷，首先要分析是哪一种原因导致的短路，有针对性的进行处理。短路是最严重的焊接缺陷，严重影响产品的电器特性，並造成元器件的损坏，致使组件完全丧失功能。,焊点的孔洞缺陷，此缺陷会造成电路无法导通或导通不良、造成焊点抗疲劳能力变差、严重时还会引起焊点断裂，降低组件的可靠性。空洞的形成原因比较复杂，但最主要的原因是焊接过程中的高温使助焊剂汽化产生大量的气体未能及时溢出，在固化期间焊锡收缩导致排气不良形成空洞。,空洞的直径范围从10m 1mm不等。除此之外在浸银的PCB的金属间化合物
12、（IMC）界面上也有比较小的空洞出现，这就是所谓的克氏空洞（Kirkendall Hole），这种空洞是固态金属界面间金属原子移动造成的，即在两种不相同的材料之间，由于扩散速率的不同所产生。,再流焊的另一个缺陷是出现焊锡珠，锡珠是在PWB表面上、片状阻容元件的某一侧面，出现直径约为0.2-0.4mm的珠状焊锡。这种焊锡珠不仅影响产品的外观，由于印刷板上元器件和布线都比较密集，焊锡珠会造成短路现象，从而影响电子产品的可靠性。焊锡珠产生的原因有多种，主要原因是焊膏的焊剂或水分的量过大、PCB受潮、加热过程中助焊剂未完全活化，导致其气化引起飞溅形成。,其次是再流焊中的温度曲线不正确，焊膏的印刷厚度不
13、合理，模板的制作，装贴压力，外界环境都会在生产过程中各个环节对焊锡珠形成产生一定的影响。采取适中的预热温度和预热速度可以控制焊锡珠的形成。其次，选用金属含量高、粒度小一点的焊锡膏，金属含量的增加，使金属粉末排列紧密，其粘度增加，不易在气化时被吹散，就能更有效地抵抗预热过程中气化产生的力。因此不易形成焊锡珠。,焊膏的印刷厚度不合理导致锡珠形成的机理：焊膏的印刷厚度通常在0.12-0.20mm之间，过厚会导致“塌落”促进锡珠的形成。在制作模板时，焊盘的大小决定着模板上印刷孔的大小，为了避免焊膏印刷过量，将印刷孔的尺寸制造成小于相应焊盘接触面积的10，会使锡珠现象有相当程度的减轻。产生锡珠的另一个原
14、因是贴片过程中贴装压力过大，当元件压在焊膏上时，就可能有一部分焊膏被挤在元件下面，再流焊阶段，这部分焊膏熔化形成锡珠，因此，在贴装时应选择适当的贴装压力。,空气中的潮气在其表面产生水分，另外焊膏中的水分也会导致锡珠形成。在贴装前将印制板和元器件进行高温烘干作驱潮处理，这样就会有效地抑制锡珠的形成。夏天空气温度高湿度大，当把焊膏从冷藏处取出时，一定要在室温下放置45小时再开后盖子。否则在焊膏的界面上形成水珠，水汽的存在容易产生锡珠。若采用无铅焊料，因为无铅焊料的抗氧化性差，焊膏中氧化物含量会影响焊接效果，因为氧化物含量越高，金属粉末熔化后结合过程中所受阻力就越大，再流时就不利于金属粉末相互润湿而
15、导致锡珠产生。,无铅焊接还会产生另一种焊接缺陷，叫做锡裂，锡裂是在焊点上发生裂痕，波峰焊也出現在引线周围和焊点底部与焊盘之间。造成锡裂最的原因主要是焊点受外力或热应力作用的结果，使得焊锡与焊盘、焊锡与元件引脚之间产生裂纹甚至断裂；不同材料的热胀冷缩系数不同，焊点也会出现锡裂，快速冷却且冷却温度过低会裂锡。焊料中有水汽、焊接时锡少，都会造成锡裂。如果出现裂纹而未形成断裂或开路，虽然在检测时可能电气性能未受影响，但裂纹的存在是一种隐患，对产品的长期可靠性带来严重影响。如果焊点发生锡裂已经断裂或开路，就导致电气性能丧失，造成严重的不良后果。图9-36是BGA焊料球锡开裂的情况，图9-37是插装焊点裂
16、纹。,锡须是在无铅制程中遇到的问题，锡须是引脚纯锡镀层表面自发生长而延长的锡单晶体，图示为扫描电子显微镜观察到的锡须。锡须的直径大约一到三个m，长度从几个m到几百个m不等，形状多样，如直线、曲线、枝叉等形状。锡须在电路中容易造成桥接和短路，导致电性能丧失或降低产品的可靠性。锡须的形成机理主要是应力作用的结果，锡与铜之间相互扩散，形成金属化合物，致使锡层内压应力的迅速增长，导致锡原子沿着晶体边界进行扩散，形成锡须；电镀后镀层的残余应力，也可导致锡须的生长。解决措施：采用电镀雾锡，改变其结晶的结构，减小镀层应力；可在150镀下烘烤2小时退火（实验证明，在温度90以上，锡须将停止生长）；添加阻挡层，
17、如在锡铜之间加一层镀镍层，可以阻止锡须的生长。,立碑 焊接中另一个常见的缺陷是立碑现象，这种现象主要发生在小型片式元件上。随着片式元件的微型化和轻量化，高温无铅焊料的应用，立碑缺陷的故障率就更大。当无源片式元件尺寸变小，在再流焊工艺中，在氮气保护环境中，甚至在使用新批次的元件或印制电路板时，立碑都极易出现。,产生的主要原因：无源元件两端焊料的初始润湿力不同所导致，这种差异来自于两个焊端表面的温差和可焊性的差异。理想状态下，元件两个焊端都会同时进行再流、润湿并形成焊点，在这种情况下，作用在两个焊端的力(如润湿力和焊料的表面张力)将同时作用并互相抵消，保持平衡，就不会出现立碑现象。但情况如果不是这
18、样，如其中一个焊端更快地进行再流和润湿，作用在焊端形成焊点的力可以使元件在一个焊端上抬高，另一个焊端上的焊料还没有融化，此时两焊盘上的力不平衡，未熔化焊料的焊盘上不能产生相对应的力将元件拉住，这样就出现立碑现象。,消除或最大限度地减少立碑，可以通过调整焊膏配方来解决。也可以通过以下方法加以预防，优化再流焊接温度曲线，保持板面温度均匀，温差控制在2之内。控制元件的各种尺寸公差，提高贴片精度，缩小贴片公差。控制氮气环境下的残氧量在500ppm以内。控制再流炉气体流动的速度，避免再流时受到风力的干扰。,修改漏印模板的开口设计，减少焊膏印刷量，也可有效减轻这种缺陷。保证印刷质量，避免对称焊盘上的锡膏量
19、不对称。润湿不良：润湿不良是指焊接过程中焊料和电路基板的焊区(铜箔)或SMD的外部电极，经浸润后不生成相互间的反应层，而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊区表面受到污染或沾上阻焊剂，或是被接合物表面生成金属化合物层而引起的。譬如银的表面有硫化物、锡的表面有氧化物都会产生润湿不良。另外焊料中残留的铝、锌、镉等超过0005以上时，由于焊剂的吸湿作用使活化程度降低，也可发生润湿不良。因此在焊接基板表面和元件表面要做好防污措施。选择合适的焊料，并设定合理的焊接温度曲线。,案例,某电子企业有下列设备：手动网印机、自动贴片机、回流焊机、双波峰焊接机、插件线、补焊装配线。现有一款电磁炉产品，控制板上有元器
20、件200个，其中焊接面上贴片元件80个，并假设所有元器件均可通过波峰焊接。（1）画出生产此控制板的基本工艺流程图；（2）设工人的插件速度是2.5秒/件，补焊、检验电路板的速度都是30秒/块，每个工人分配插6个元器件。请确定插件焊接线各工序的人数和每班（8小时）的产量。,工艺流程图,波峰焊接,网印贴 片胶,贴元件,回流焊固化,插元件,检验,补焊,需插元件： 200-80=120需插件人数： 1206=20插件线每件所需时间： 62.5=15（秒/件）补焊所需人数： 3015=2检验所需人数： 3015=2总人数（不计波峰焊）： 20+2+2=24（人） 单班产量： （36008）15=1920（件）,作业,再流焊炉有哪些主要技术指标？炉温曲线一般可分为哪几个区域？各起到什么作用？, 可靠的电气连接, 足够的机械强度, 光洁整齐的外观,1、再流焊炉主要结构有哪几部分？2、再流焊接常见的不良现象有哪些？是什么原因引起的？通常采用哪些对策？3、现有再流焊接炉中大部分是同时具有链条和网带传送两种方式，请问二者有什么区别？4、冷却区的降温速率对焊接质量有何影响？5、传送速度对焊接质量的影响如何？6、无铅焊接的特点和技术难点是什么？,思考与练习,
