《回流焊曲线讲解》PPT课件.ppt

回流焊溫度曲线讲解 目 录 n1.如何设定炉温曲线 ？ 1.1 锡膏特性与回流曲线的重要关系 1.2 PCB板的特性与回流曲线的关系 (测温板） 1.3 回流炉设备的特点与回流曲线的关系 1.4 设定炉温曲线的方法 n2.如何应用Reflow改善制程的品性良率？ n设定一个回流曲线之前要考虑的因素 有很多，一般包括： 所使用的锡膏特 性，PCB板的特性，回流炉的特点等。 下面分别讨论。 1.如何设定炉温曲线 ？ n锡膏特性决定回流曲线的基本特性。不同 的锡膏由于助焊剂（Flux）有不同的化学组 分，因此它的化学变化有不同的温度要求 ，对回流温度曲线也有不同的要求。一般 锡膏供应商都能提供一个参考回流曲线， 我们可在此基础上根据自己的产品特性优 化。以下图为例，来分析回流焊曲线。它 可分为4个主要阶段： 1.1 锡膏特性与回流曲线的重要关系 图一 回流炉曲线 n1）预热（Preheat）阶段， n2）恒温（Soak或Equilibrium）阶段。 n3）回流（ReflowSpike）阶段。在回流阶段 PCB达到最高温度。 n4）冷却（Cooling）阶段，曲线由最高温度 点下降的过程。 1.1.1 预热阶段 n预热阶段的目的是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发 走。锡膏中助焊剂的主要成分包括松香，活性剂 ，黏度改善剂，和溶剂。溶剂的作用主要作为松 香的载体和保证锡膏的储藏时间。预热阶段需把 过多的溶剂挥发掉，但是一定要控制升温斜率， 太高的升温速度会造成元件的热应力冲击，损伤 元件或减低元件性能和寿命，后者带来的危害更 大，因为产品已流到了客户手里。另一个原因是 太高的升温速度会造成锡膏的塌陷，引起短路的 危险 恒温阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议 和PCB板热容的大小。因为恒温阶段有两个作用， 一个是使整个PCB板都能达到均匀的温度（175 左右），恒温的目的是为了减少进入回流区的热应 力冲击，以及其它焊接缺陷如元件翘起（立碑）等 。恒温阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂 开始发生活性反应，它将清除焊件表面的氧化物和 杂质，增大焊件表面润湿性能（及表面能），使得 融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。由于恒温段 的重要性，因此恒温时间和温度必须很好地控制， 既要保证助焊剂能很好地清洁焊面，又要保证助焊 剂到达回流之前没有完全消耗掉。助焊剂要保留到 回流焊阶段是必需的，它能促进焊锡润湿过程和防 止焊接表面的再氧化。 1.1.2 1.1.2 恒温阶段恒温阶段 n温度继续升高越过回流线（217），锡膏融化并 发生润湿反应，开始生成金属间化合物层。到达 最高温度（240 左右），然后开始降温，落到 回流线以下，焊锡凝固。回流区同样应考虑温度 的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击。回流 区的最高温度是由PCB板上的温度敏感元件的耐 温能力决定的。在回流区的时间应该在保证元件 完成良好焊接的前提下越短越好，一般为30-60秒 最好，过长的回流时间和较高温度，如回流时间 大于90秒，最高温度大于260，会造成金属间 化合物层增厚，影响焊点的长期可靠性。 1.1.3 1.1.3 回流阶段回流阶段 1.1.4 冷却阶段 n冷却阶段的重要性往往被忽视。好的冷却 过程对焊接的最后结果也起着关键作用。 好的焊点应该是光亮的，平滑的。而如果 冷却效果不好，会产生很多问题诸如元件 翘起，焊点发暗，焊点表面不光滑，以及 会造成金属间化合物层增厚等问题。因此 回流焊接必须提供良好的冷却曲线，既不 能过慢造成冷却不良，又不能太快，造成 元件的热冲击。 1.2 PCB板的特性与回流曲线的关系 (测温板） n回流曲线的设定，与要焊接的PCB板的特性也有 重要关系。板子的厚薄，元件的大小，元件周围 有无大的吸热部件，如金属屏蔽材料，大面积的 地线焊盘等，都对板子的温度变化有影响。因此 笼统地说一个回流曲线的好坏是无意义的。一个 回流曲线必须是针对某一个或某一类产品而测量 得到的。 一般我们推荐客户都用需要生产的实际 产品作为测温板。 目前常用的测量回流焊曲线的方法有三种： n1）用回流炉本身配备的长热偶线（一般常用的工业标准是 K型热偶线），热偶线的一端焊接到PCB板上，另一端插到 设备的预设热偶插口上。把板放进炉内，当板子从炉另一 端出来时，用热偶线把板子从出口端拉回来。在测量的同 时温度曲线就可显示到设备的显示器上。一般回流炉 都带 有多个K型热偶插口，因此可连接多根热偶线，同时测量 PCB板几个点的温度曲线。 n2）用一个小的温度跟踪记录器。它能够跟随待测PCB板进 入回流炉。记录器上也有多个热偶插口，可因此可连接多 根热偶线。记录器里存放的温度数据，只有在出炉后，才 可输到电脑里分析或从打印机中输出。 n3）带无线数据传输的温度跟踪记录器。与第2种方法相同 ，只是多了一个无线传输功能。当它在炉内测温时，在存 储温度数据的同时把数据用无线方式传到外面的接受器上 ，接受器与电脑相连。 n目前我们见得最多的是第二种方法。热偶线的安 装有一般两种，一是高温焊锡丝，温度在300以 上（高于回流最高温度）。 另一种方法是用胶或 是高温胶带把它粘住。这样热偶线就不会在回流 区脱落。焊点的位置一般为选取元件的焊脚和焊 盘接触的地方。焊点不能太大，以焊牢为准。焊 点大，温度反应不灵敏，不能准确反映温度变化 ，尤其是对QFP等细间距焊脚。对特殊的器件如 BGA还需要在PCB板下钻孔，把热偶线穿到BGA下 面。图二说明了QFP和BGA元件的热偶线焊接方法 。热偶线的安装位置一般根据PCB板的工艺特点来 选取，如双面板应在板上下都安装热偶线，大的 IC芯片脚要安装，BGA元件要安装，某些易造成冷 焊的元件（如金属屏蔽罩周围，散热器周围元件 ）一定要放置。还有就是你认为要研究的焊接出 了问题的元件。 图二 热电偶线安装方法 1.3回流炉设备的特点与回流曲线的关系 n因为回流曲线的实现是在回流炉中完成的 ，因此它与回流炉的具体特点有关。不同 的炉因加热区的数目和长短不同，气流的 大小不同，炉温的容量不同，对回流曲线 都会造成影响。设备对回流曲线的影响可 归纳为下面几点： 1.3.1加热区数目的因素 n对加热区多的回流炉（12个加热区），由于每一 个炉区都能单独设定炉温，因此调整回流温度曲 线比较容易。对要求较复杂的回流曲线同样可以 做到。但短炉子（4个加热区），因为它只有四个 可调温区，要想得到复杂的曲线比较难，但对于 没有特别要求的SMT焊接，短炉子也能满足要求 ，而且价钱便宜。另一个方面，长炉子的优点是 传送带的带速可以比短炉子提高至少1倍以上，这 样长炉的产量至少能达到短炉的1倍以上。当大批 量生产线追求产能时，这一点是至关重要的。 1.3.2热风气流的因素 n由于目前大多数回流炉以风扇强制驱动热风循环 为主，因此风扇的转速决定了风量的大小。在相 同的带速和相同的温度设定下，风扇的转速越高 ，回流曲线的温度越高。当风扇马达出现故障时 ，如停转，即使炉温显示正常，炉温的曲线测量 也会比正常曲线低很多，若故障马达在回流区， 则PCB板极易产生冷焊，若故障马达在冷却区， 则PCB板的冷却效果就下降。因此风扇的转速也 是需要经常检查的参数之一。 1.3.3炉温的容量的因素 n回流焊接有时会出现这样的现象，当焊接一块小 尺寸的PCB板时，焊接结果非常好，而焊接一块 大尺寸的PCB板时，某些温区炉温会出现稍微下 降的现象。这就是由于大板子吸热较多，炉子的 热容量不足引起的。一般可以通过加大风扇转速 来调节。但是炉温的容量主要是由炉体结构，加 热器功率等设计因素决定的，因此是炉子厂家设 计时已经固定了的。用户在选择回流炉时必须考 虑这个因素。热容量越大越好，当然炉子消耗的 功率也越多。 1.4设定炉温曲线的方法 1.4.1 作温度曲线的第一个考虑参数是传输 带的速度设定，该设定将决定PCB在加热通 道所花的时间。用总的加热通道长度除以 总的加热感温时间，即为准确的传输带速 度 n1.4.2 接下来必须决定各个区的温度设定， (根据产品要求设定），速度和温度确定后 ，再确定冷却风扇速度、惰性气体流量等 。一旦所有参数输入后，启动机器。炉子 稳定后(即所有实际显示温度接近符合设定 参数)可以开始作曲线。 n1.4.3 一旦最初的温度曲线图产生 ,可根据 产品需求曲线进行对比。一般会出现以下 几种情况： 预热不足或过多 活性区温度太高或太低 回流太多或不够 冷却过快或不够 SMT制程中出现不良的原因有很多(锡膏，钢 网，炉温曲线,元器件本身异常等），下面对 一些常见不良现象做一些原因分析和解决对 策 2.如何应用Reflow改善制程的品性良率？ n2.1 冷焊 2.1.1 产生原因： 1）回流曲线的回流时间太短。 2）PCB板有大的吸热元件如屏蔽罩，大的地线层。 3）用错锡膏 4）锡膏使用过久，熔剂浑发过多。 2.1.2 解决方法： 1）确认回流曲线的回流时间。加大温度，从新测量Profile。 2）检查锡膏是否用错 注意：产品过炉前必须确认下炉温曲线，可大大避免冷焊的产生。 n2.2 锡珠 产生原因：锡珠的产生多发生在焊接过程中的加热急速而 使焊料飞散所致，另外与焊料的印刷错位、塌边、污染等 也有关系。主要产生原因有以下几种情况： 1）炉温曲线预热区温度过高，预热速度过快 2）焊盘设计（跨距太小） 3）钢网开孔（可根据实际情况做内切和避锡珠处理） 4）锡膏、PCB或元器件有水份 n2.3 立碑（元件翘起） 立碑产生的根本原因是焊盘两端的锡膏在融化时所受的张力 不一致，从而失去平衡产生的。主要原因有以下几种情况： 1）恒温时间不够，元件两端锡膏不能同时熔化。 2）风扇速度过大，将元件吹偏移后立碑 3）元件贴装偏移，元件来料不良 4）焊盘两端印刷锡膏量不一致 5）焊点上有异物 6）焊盘设计一端大一端小 n2.4 连锡（短路） 连锡的发生原因，大多是焊料过量或焊料印刷后严重塌边，或 是基板焊区尺寸超差，SMD贴装偏移等引起的，在SOP、QFP 电路趋向微细化阶段，连锡会造成短路，影响产品使用。 常 见的连锡产生原因有以下几种情况： 1）预热区升温太快，锡膏过回流炉时飞贱到元件引脚上形成 连锡，预热区升温太快也会使锡膏塌陷，引起短路 2）焊盘设计不合理 3）锡膏印刷过厚或塌边严重 4）元件贴装偏移 5）回流炉震动太大 6) 钢网开孔不合理 2.5 空焊 空焊产生的原因常见的有以下几种： 1）回焊炉预热区升温太快 2）印刷偏移或贴装偏移 3）锡膏活性较弱 4）PCB焊盘、元器件被污染或者氧化 5）焊盘设计不合理 The End Thanks! 2011/10/13