回流焊接的制程

,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,波峰焊和回流焊中的,製程問題,製作,jack,jiang,2001/8/25,SMT process defect distributing,預熱溫度,120150 60120,sec.,最高溫度,210,以上,1020,sec.,昇溫斜率,.,2.04.0/,sec.,300,50,100,150,200,250,60,0,120,180,240,Over 183,以上,6090,sec,.,183,REFLOW PROFILE,1 波峰焊中的锡球,第一，由于焊接印制板时，印制板上的通孔附近的水分受热而变成蒸汽。如果孔壁金属镀层较薄或有空隙，水汽就会通过孔壁排除，如果孔内有焊料，当焊料凝固时水汽就会在焊料内产生空隙（针眼），或挤出焊料在印制板正面产生锡球。,第二，在印制板反面（即接触波峰的一面）产生的锡球是由于波峰焊接中一些工艺参数设置不当而造成的。如果助焊剂涂覆量增加或预热温度设置过低就可能影响焊剂内组成成分的蒸发，在印制板进入波峰时，多余的焊剂受高温蒸发，将焊料从锡槽中溅出来，在印制板面上产生不规则的焊球。,d),另外，,焊膏印错的印制板清洗不充分，使焊膏残留于印制板表面及通孔中,。回流焊之前，被贴放的元器件重新对准、贴放，使漏印焊膏变形。这些也是造成焊球的原因。因此应加强操作者和工艺人员在生产过程的责任心，严格遵照工艺要求和操作规程行生产，加强工艺过程的质量控制。,波峰焊中的锡球采取的措施,第一，通孔内适当厚度的金属镀层是很关键的，孔壁上的铜镀层最小应为,25,um,而且无空隙。第二，使用喷雾或发泡式涂覆助焊剂。发泡方式中，在调节助焊剂的空气含量时，应保持尽可能产生最小的气泡，泡沫与,PCB,接触面相对减小。,第三，波峰焊机预热区温度的设置应使线路板顶面的温度达到至少,100,C,。,适当的预热温度不仅可消除焊料球，而且避免线路板受到热冲击而变形。,2,回流焊中的锡球,回流焊接中出的锡球，常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间。在元件贴装过程中，焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间，随着印制板穿过回流焊炉，焊膏熔化变成液体，如果与焊盘和器件引脚等润湿不良，液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分，所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊锡会从焊缝流出，形成锡球。因此，,焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本原因,。,原因分析与控制方法,a),回流温度曲线设置不当。,焊膏的回流是温度与时间的函数,，如果未到达足够的温度或时间，焊膏就不会回流。,预热区温度上升速度过快，达到平顶温度的时间过短，使焊膏内部的水分、溶剂未完全挥发出来，到达回流焊温区时，引起水分、溶剂沸腾，溅出焊锡球,。实践证明，将预热区温度的上升速度控制在14,C/s,是较理想的。,b),如果总在同一位置上出现焊球，就有必要检查金属板设计结构,。模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求，对于焊盘大小偏大，以及表面材质较软（如铜模板），造成漏印焊膏的外形轮廓不清晰，互相桥连，这种情况多出现在对细间距器件的焊盘漏印时，回流焊后必然造成引脚间大量锡珠的产生。因此，应针对焊盘图形的不同形状和中心距，选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量。,c),如果在贴片至回流焊的时间过长，则因焊膏中焊料粒子的氧化，焊剂变质、活性降低，会导致焊膏不回流，焊球则会产生。选用工作寿命长一些的焊膏（我们认为至少4小时），则会减轻这种影响。,立片问题（曼哈顿现象）,矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为,曼哈顿现象,。引起该种现象,主要原因是元件两端受热不均匀，焊膏熔化有先后所致,a),有缺陷的元件排列方向设计,我们设想在再流焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊限线，一旦焊膏通过它就会立即熔化，如图所示。片式矩形元件的一个端头先通过再流焊限线，焊膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液态表面张力；而另一端未达到183,C,液相温度，焊膏未熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于再流焊焊膏的表面张力，因而，使未熔化端的元件端头向上直立。因此，保持元件两端同时进入再流焊限线，使两端焊盘上的焊膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，保持元件位置不变。,b),在进行汽相焊接时印制电路组件预热不充分。,汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和,PCB,焊盘上时，释放出热量而熔化焊膏。汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区，在饱和蒸汽区焊接温度高达217,C，,在生产过程中我们发现，如果被焊组件预热不充分，经受一百多度的温差变化，汽相焊的汽化力容易将小于1206封装尺寸的片式元件浮起，从而产生立片现象。我们通过将被焊组件在高低箱内以145,C-150C,的温度预热1-2分钟，然后在汽相焊的平衡区内再预热1分钟左右，最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接消除了立片现象。,c),焊盘设计质量的影响。,若片式元件的一对焊盘大小不同或不对称，也会引起漏印的焊膏量不一致，小焊盘对温度响应快，其上的焊膏易熔化，大焊盘则相反，所以，当小焊盘上的焊膏熔化后，在焊膏表面张力作用下，将元件拉直竖起。焊盘的宽度或间隙过大，也都可能出现立片现象。严格按标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件。,3 细间距引脚桥接问题,导致细间距元器件引脚桥接缺陷的主要因素有：,a),漏印的焊膏成型不佳；,b),印制板上有缺陷的细间距引线制作；,c),不恰当的回流焊温度曲线设置,等。因而，应从模板的制作、丝印工艺、回流焊工艺等关键工序的质量控制入手，尽可能避免桥接隐患。,焊锡膏使用常见问题分析,1.未焊满,未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥。通常，所有能引起焊膏坍落的因素都会导致未焊满，这些因素包括：,1,，升温速度太快；,2,，焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢复太慢；,3,，金属负荷或固体含量太低；,4,，粉料粒度分布太广；,5,；焊剂表面张力太小。但是，坍落并非必然引起未焊满，在软熔时，熔化了的未焊满焊料在表面张力的推动下有断开的可能，焊料流失现象将使未焊满问题变得更加严重。在此情况下，由于焊料流失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而不易断开。,其他引起未满焊的常见原因：,1,，相对于焊点之间的空间而言，焊膏熔敷太多；,2,，加热温度过高；,3,，焊膏受热速度比电路板更快；,4,，焊剂润湿速度太快；,5,，焊剂蒸气压太低；,6,；焊剂的溶剂成分太高；,7,，焊剂树脂软化点太低。,其他引起未焊滿的原因,（2）断续润湿,焊料膜的断续润湿是指有水出现在光滑的表面上（,1.4.5.,），这是由于焊料能粘附在大多数的固体金属表面上，并且在熔化了的焊料覆盖层下隐藏着某些未被润湿的点，因此，在最初用熔化的焊料来覆盖表面时，会有断续润湿现象出现。亚稳态的熔融焊料覆盖层在最小表面能驱动力的作用下会发生收缩，不一会儿之后就聚集成分离的小球和脊状秃起物。断续润湿也能由部件与熔化的焊料相接触时放出的气体而引起。,由于有机物的热分解或无机物的水合作用而释放的水分都会产生气体。水蒸气是这些有关气体的最常见的成份，在焊接温度下，水蒸气具极强的氧化作用，能够氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的界面（典型的例子是在熔融焊料交界上的金属氧化物表面）。常见的情况是较高的焊接温度和较长的停留时间会导致更为严重的断续润湿现象，尤其是在基体金属之中，反应速度的增加会导致更加猛烈的气体释放。与此同时，较长的停留时间也会延长气体释放的时间。以上两方面都会增加释放出的气体量，消除断续润湿现象的方法是：1，降低焊接温度；2，缩短软熔的停留时间；3，采用流动的惰性气氛；4，降低污染程度。,（3）低残留物,对不用清理的软熔工艺而言，为了获得装饰上或功能上的效果，常常要求低残留物，对功能要求方面的例子包括,“,通过在电路中测试的焊剂残留物来探查测试堆焊层以及在插入接头与堆焊层之间或在插入接头与软熔焊接点附近的通孔之间实行电接触,”,，较多的焊剂残渣常会导致在要实行电接触的金属表层上有过多的残留物覆盖，这会妨碍电连接的建立，在电路密度日益增加的情况下，这个问题越发受到人们的关注。,显然，不用清理的低残留物焊膏是满足这个要求的一个理想的解决办法。然而，与此相关的软熔必要条件却使这个问题变得更加复杂化了。为了预测在不同级别的惰性软熔气氛中低残留物焊膏的焊接性能，提出一个半经验的模型，这个模型预示，随着氧含量的降低，焊接性能会迅速地改进，然后逐渐趋于平稳，实验结果表明，随着氧浓度的降低，焊接强度和焊膏的润湿能力会有所增加，此外，焊接强度也随焊剂中固体含量的增加而增加。实验数据所提出的模型是可比较的，并强有力地证明了模型是有效的，能够用以预测焊膏与材料的焊接性能，因此，可以断言，为了在焊接工艺中成功地采用不用清理的低残留物焊料，应当使用惰性的软熔气氛。,（4）,间隙,间隙是指在元件引线与电路板焊点之间没有形成焊接点。一般来说，这可归因于以下四方面的原因：,1,，焊料熔敷不足；,2,，引线共面性差；,3,，润湿不够；,4,，焊料损耗棗这是由预镀锡的印刷电路板上焊膏坍落，引线的芯吸作用（,2.3.4,）或焊点附近的通孔引起的,引线共面性问题是新的重量较轻的,12,密耳（靘）间距的四芯线扁平集成电路,(,QFP,棗,Quad flat packs),的一个特别令人关注的问题,为了解决这个问题,提出了在装配之前用焊料来预涂覆焊点的方法,(9),此法是扩大局部焊点的尺寸并沿着鼓起的焊料预覆盖区形成一个可控制的局部焊接区,并由此来抵偿引线共面性的变化和防止间隙,引线的芯吸作用可以通过减慢加热速度以及让底面比顶面受热更多来加以解决,此外,使用润湿速度较慢的焊剂,较高的活化温度或能延缓熔化的焊膏,(,如混有锡粉和铅粉的焊膏,),也能最大限度地减少芯吸作用,.,在用锡铅覆盖层光整电路板之前,用焊料掩膜来覆盖连接路径也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用。,（5）,焊料成球,焊料成球是最常见的也是最棘手的问题，这指软熔工序中焊料在离主焊料熔池不远的地方凝固成大小不等的球粒；大多数的情况下,这些球粒是由焊膏中的焊料粉组成的，焊料成球使人们耽心会有电路短路、漏电和焊接点上焊料不足等问题发生，随着细微间距技术和不用清理的焊接方法的进展，人们越来越迫切地要求使用无焊料成球现象的,SMT,工艺。,引起焊料成球（,1,2,4,10,）的原因包括：,1,由于电路印制工艺不当而造成的油渍,;2,焊膏过多地暴露在具有氧化作用的环境中,;3,焊膏过多地暴露在潮湿环境中,;4,不适当的加热方法,;5,加热速度太快,;6,预热断面太长,;7,焊料掩膜和焊膏间的相互作用,;8,焊剂活性不够,;9,焊粉氧化物或污染过多,;10,尘粒太多,;11,在特定的软熔处理中,焊剂里混入了不适当的挥发物,;12,由于焊膏配方不当而引起的焊料坍落；,13,、焊膏使用前没有充分恢复至室温就打开包装使用；,14,、印刷厚度过厚导致,“,塌落,”,形成锡球；,15,、焊膏中金属含量偏低。,（6）焊料结珠,焊料结珠是在使用焊膏和,SMT,工艺时焊料成球的一个特殊现象,.,，简单地说,焊珠是指那些非常大的焊球,其上粘带有,(,或没有,),细小的焊料球,(11).,它们形成在具有极低的托脚的元件如芯片电容器的周围。焊料结珠是由焊剂排气而引起,在预热阶段这种排气作用超过了焊膏的内聚力,排气促进了焊膏在低间隙元件下形成孤立的团粒,在软熔时,熔化了的孤立焊膏再次从元件下冒出来,并聚结起。,焊接结珠的原因包括：,1,印刷电路的厚度太高,;2,焊点和元件重叠太多,;3,在元件下涂了过多的锡膏,;4,安置元件的压力太大,;5,预热时温度上升速度太快,;6,预热温度太高,;7,在湿气从元件和阻焊料中释放出来,;8,焊剂的活性太高,;9,所用的粉料太细,;10,金属负荷太低,;11,焊膏坍落太多,;12,焊粉氧化物太多,;13,溶剂蒸气压不足。消除焊料结珠的最简易的方法也许是改变模版孔隙形状,以使在低托脚元件和焊点之间夹有较少的焊膏。,（7）焊接角焊接抬起,a.,竖碑（,To