漳州市中考满分作文-2-2-SMT关键工序-再流焊技术.ppt

2 2SMT关键工序 再流焊工艺控制 参考 工艺 第6章 顾霭云 内容 1 再流焊定义2 再流焊原理3 再流焊工艺特点4 再流焊的分类5 再流焊的工艺要求6 影响再流焊质量的因素7 如何正确测试再流焊实时温度曲线8 如何正确分析与优化再流焊温度曲线9 双面回流焊工艺控制10 再流焊炉的维护11 SMT焊接质量与常见的焊接缺陷分析及预防对策 1 再流焊定义 再流焊Reflowsoldring 通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料 实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊 印刷注射滴涂电镀预制焊片 高速机多功能高精机异形专用机手工贴片 热板红外热风热风加红外气相再流焊 63Sn 37Pb铅锡焊膏再流焊温度曲线 2 再流焊原理 从温度曲线分析再流焊的原理 当PCB进入升温区 干燥区 时 焊膏中的溶剂 气体蒸发掉 焊膏软化 塌落 覆盖了焊盘 将焊盘 元件焊端与氧气隔离 PCB进入保温区时 使PCB和元器件得到充分的预热 以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件 在助焊剂活化区 焊膏中的助焊剂润湿焊盘 元件焊端 并清洗氧化层 当PCB进入焊接区时 温度迅速上升使焊膏达到熔化状态 液态焊锡润湿PCB的焊盘 元件焊端 同时发生扩散 溶解 冶金结合 漫流或回流混合形成焊锡接点 PCB进入冷却区 使焊点凝固 此时完成了再流焊 3 再流焊工艺特点 a 自定位效应 selfalignment 当元器件贴放位置有一定偏离时 由于熔融焊料表面张力作用 当其全部焊端或引脚与相应焊盘同时被润湿时 在表面张力作用下 自动被拉回到近似目标位置的现象 自定位效应 selfalignment 再流焊前 再流焊后 再流焊中 b 每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的再流焊工艺中 焊料是预先分配到印制板焊盘上的 每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的 因此再流焊质量与工艺的关系极大 特别是印刷焊膏和再流焊工序 严格控制这些关键工序就能避免或减少焊接缺陷的产生 4 再流焊的分类 1 按再流焊加热区域可分为两大类 a对PCB整体加热 b对PCB局部加热 2 对PCB整体加热再流焊可分为 热板再流焊 红外再流焊 热风再流焊 热风加红外再流焊 气相再流焊 3 对PCB局部加热再流焊可分为 激光再流焊 聚焦红外再流焊 光束再流焊 热气流再流焊 整体加热再流焊 局部加热再流焊 热丝回流焊 热气流回流焊 激光回流焊 感应回流焊 储能回流焊 传热的三种基本方式 热传导 热对流和热辐射 传导 热板 热丝再流焊 气相再流对流 热风 热气流再流焊辐射 激光 红外 光束再流焊实际情况下 所有传导方式都以不同的比例同时存在 实际情况下 所有传导方式都以不同的比例同时存在 实际传热过程一般都不是单一的传热方式 如火焰对炉壁的传热 就是辐射 对流和传导的综合 而不同的传热方式则遵循不同的传热规律 为了分析方便 人们在传热研究中把三种传热方式分解开来 然后再加以综合 热风炉是热对流和热传导的结果 还存在少量热辐射红外炉主要是热辐射 也存在少量热对流和热传导 在全热风回流焊炉中BGA 只有周边焊球有热对流 中间焊球主要是热传导 红外炉与热风炉 红外炉主要是辐射传导 其优点是热效率高 温度陡度大 易控制温度曲线 双面焊时PCB上 下温度易控制 其缺点是温度不均匀 在同一块PCB上由于器件的颜色和大小不同 其温度就不同 为了使深颜色器件周围的焊点和大体积元器件达到焊接温度 必须提高焊接温度 热风炉主要是对流传导 其优点是温度均匀 焊接质量好 缺点是PCB上 下温差以及沿焊接炉长度方向温度梯度不易控制 汽相回流焊 VPS 接技术 原理 将含有碳氟化物的液体加热至沸点 约215 汽化后产生蒸汽 利用蒸汽做为传热媒介 将完成贴片的基板放入蒸汽炉中 通过凝结的蒸汽将热量 潜热 传递热量进行焊接 先在烘箱中预热130 150 放下吊篮VPS中20 40s 吊篮上升 加热器 碳氟化物液体 冷却水控温系统 7 15 2级或3级冷凝管 过虑净化系统 立式VPS炉原理示意图 回流蒸汽温度215 覆盖层蒸汽温度47 48 适合批量生产 传送带流水式汽相回流焊炉 汽相回流焊的优缺点 优点 汽相回流焊可能成为无铅回流焊的一种选择 温度控制准确 并可以采用不同沸点的加热介质满足各种产品不同的焊接温度 无氧环境 整个SMA温度均匀 不受元件布局影响 焊接质量好 适用于航天 军工等高可靠和复杂产品 最早用于厚膜电路 热转换效率高 可快速加温 缺点 成本高 材料损失 设备成本高 被焊接的SMA需要预热 覆盖层蒸汽是透明无色的 目视检查困难 较易发生立碑和吸锡等问题 可能会产生有毒气体 例如氢氟酸 HF 及多种氟稀类物质 5 再流焊的工艺要求 1 设置合理的温度曲线并定期做温度曲线的实时测试 2 要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接 3 焊接过程中严防传送带震动 4 必须对首块印制板的焊接效果进行检查 检查焊接是否充分 焊点表面是否光滑 焊点形状是否呈半月状 锡球和残留物的情况 连焊和虚焊的情况 还要检查PCB表面颜色变化等情况 并根据检查结果调整温度曲线 在整批生产过程中要定时检查焊接质量 高质量 高直通率 高可靠 寿命保证 不提倡检查 返修或淘汰的 贯做法 更不容忍错误发生 任何返修工作都可能给成品质量添加不稳定的因素 再流焊质量要求 返修的潜在问题 返修工作都是具有破坏性的 特别是当前组装密度越来越高 组装难度越来越大 尽量避免返修 或控制其不良后果 返修会缩短产品寿命 过去我们通常认为 补焊和返修 使焊点更加牢固 看起来更加完美 可以提高电子组件的整体质量 但这一传统观念并不正确 6 影响再流焊质量的因素 再流焊是SMT关键工艺之一 表面组装的质量直接体现在再流焊结果中 但再流焊中出现的焊接质量问题不完全是再流焊工艺造成的 因为再流焊接质量除了与焊接温度 温度曲线 有直接关系以外 还与生产线设备条件 PCB焊盘和可生产性设计 元器件可焊性 焊膏质量 印制电路板的加工质量 以及SMT每道工序的工艺参数 甚至与操作人员的操作都有密切的关系 影响焊接质量的主要因素 1 PCB设计 2 焊料的质量 合金成份及其氧化程度无论有铅 无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金 3 助焊剂质量 4 被焊接金属表面的氧化程度 元件焊端 PCB焊盘 5 工艺 印 贴 焊 正确的温度曲线 6 设备 7 管理 1 PCB焊盘设计对再流焊质量的影响 SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接的 十分重要的关系 如果PCB焊盘设计正确 贴装时少量的歪斜可以在再流焊时 由于熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正 称为自定位或自校正效应 相反 如果PCB焊盘设计不正确 即使贴装位置十分准确 再流焊后反而会出现元件位置偏移 吊桥等焊接缺陷 正确的焊盘图形结构是实现优良焊点的基本条件 主焊点 Chip元件焊盘设计应掌握以下关键要素 a对称性 两端焊盘必须对称 才能保证熔融焊锡表面张力平衡 b焊盘间距 确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸 c焊盘剩余尺寸 搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面 d焊盘宽度 应与元件端头或引脚的宽度基本一致 BSA 焊盘宽度AB 焊盘的长度G 焊盘间距GS 焊盘剩余尺寸矩形片式元件焊盘结构示意图 举例1 矩形片式元器件焊盘设计 a 0805 1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则LWHBTAG焊盘宽度 A Wmax K电阻器焊盘的长度 B Hmax Tmax K电容器焊盘的长度 B Hmax Tmax K焊盘间距 G Lmax 2Tmax K式中 L 元件长度 mm W 元件宽度 mm T 元件焊端宽度 mm H 元件高度 对塑封钽电容器是指焊端高度 mm K 常数 一般取0 25mm a 焊盘中心距等于引脚中心距 b 单个引脚焊盘设计的一般原则Y T b1 b2 1 5 2mm b1 b2 0 3 0 5mm X 1 1 2 Wc 相对两排焊盘内侧距离按下式计算 单位mm G A B K式中 G 两排焊盘之间距离A B 元器件壳体封装尺寸K 系数 一般取0 25mm G 举例2 QFP设计总则 SOJ与PLCC的引脚均为J形 典型引脚中心距为1 27mm a 单个引脚焊盘设计 0 50 0 80mm 1 85 2 15mm b 引脚中心应在焊盘图形内侧1 3至焊盘中心之间 c SOJ相对两排焊盘之间的距离 焊盘图形内廓 A值一般为5 6 2 7 4 8 8 mm d PLCC相对两排焊盘外廓之间的距离 J C K 单位mm 式中 J 焊盘图形外廓距离 C PLCC最大封装尺寸 K 系数 一般取0 75 举例3 SOJ与PLCC的设计总则 2 焊膏质量 及焊膏的正确使用对再流焊质量的影响 焊膏中的金属微粉含量 颗粒度 金属粉末的含氧量 黏度 触变性都有一定要求 焊膏质量 如果金属微粉含量高 再流焊升温时金属微粉随着溶剂 气体蒸发而飞溅 颗粒过大 印刷时会影响焊膏的填充和脱膜 如金属粉末的含氧量高 还会加剧飞溅 形成焊锡球 同时还会引起不润湿等缺陷 另外 如果焊膏黏度过低或焊膏的保形性 触变性 不好 印刷后焊膏图形会塌陷 甚至造成粘连 再流焊时也会形成焊锡球 桥接等焊接缺陷 焊膏使用不当 例如从低温柜取出焊膏直接使用 由于焊膏的温度比室温低 产生水汽凝结 再流焊升温时 水汽蒸发带出金属粉末 在高温下水汽会使金属粉末氧化 飞溅形成焊锡球 还会产生润湿不良 等问题 焊膏的正确使用与管理 a 必须储存在2 10 的条件下 b 要求使用前一天从冰箱取出焊膏 待焊膏达到室温后才能打开容器盖 防止水汽凝结 c 使用前用不锈钢搅拌棒将焊膏搅拌均匀 搅拌棒一定要清洁 d 添加完焊膏后 应盖好容器盖 e 免清洗焊膏不能使用回收的焊膏 如果印刷间隔超过1小时 须将焊膏从模板上拭去 将焊膏回收到当天使用的容器中 f 印刷后尽量在4小时内完成再流焊 g 免清洗焊膏修板后 如果不使用助焊剂 不能用酒精檫洗 h 需要清洗的产品 再流焊后应当天完成清洗 i 印刷操作时 要求拿PCB的边缘或带手套 以防污染PCB j 回收的焊膏与新焊膏要分别存放 3 元器件焊端和引脚 印制电路基板的焊盘质量对再流焊质量的影响 当元器件焊端和引脚 印制电路基板的焊盘氧化或污染 或印制板受潮等情况下 再流焊时会产生润湿不良 虚焊 焊锡球 空洞等焊接缺陷 解决措施 措施1 采购控制措施2 元器件 PCB 工艺材料的存放 保管 发放制度措施3 元器件 PCB 材料等过期控制 过期的物料原则上不允许使用 必须使用时需要经过检测认证 确信无问题才能使用 4 焊膏印刷质量 据资料统计 在PCB设计正确 元器件和印制板质量有保证的前提下 表面组装质量问题中有70 的质量问题出在印刷工艺 少印 粘连 塌边 错位 合格 印刷图形与回流焊质量的关系 保证贴装质量的三要素 a元件正确b位置准确c压力 贴片高度 合适 5 贴装元器件 正确 不正确 贴片压力 吸嘴高度 6 再流焊温度曲线 温度曲线是保证焊接质量的关键 实时温度曲线和焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致 160 前的升温速率控制在1 2 s 如果升温斜率速度太快 一方面使元器件及PCB受热太快 易损坏元器件 易造成PCB变形 另一方面 焊膏中的熔剂挥发速度太快 容易溅出金属成份 产生焊锡球 峰值温度一般设定在比合金熔点高30 40 左右 例63Sn 37Pb焊膏的熔点为183 峰值温度应设置在215 左右 再流时间为60 90s 峰值温度低或再流时间短 会使焊接不充分 不能生成一定厚度的金属间合金层 严重时会造成焊膏不熔 峰值温度过高或再流时间长 使金属间合金层过厚 也会影响焊点强度 甚至会损坏元器件和印制板 7 再流焊设备对焊接质量的影响 热风回流炉结构示意图 冷却 废气回收 再流焊炉的评估 a温度控制精度 b传输带横向温度均匀 无铅焊接要求 2 c加热区长度越长 加热区数量越多 越容易调整和控制温度曲线 无铅焊接应选择7温区以上 d最高加热温度一般为300 350 考虑无铅焊料或金属基板 应选择350 以上 e加热效率高 f是否配置氮气保护 制冷系统和助焊剂回收系统 g要求传送带运行平稳 震动会造成移位 吊桥 冷焊等缺陷 h应具备温度曲线测试功能 否则应外购温度曲线采集器 加热效率 横向温度均匀性 温度控制精度与空气流动设计以及设备结构 软硬件配置有关 气流应有好的覆盖面 气流过大 过小都不好对流效率 速度 流量 流动性 渗透能力 温区风速是否可调PID温度控制精度加热源的热容量传送速度精度和稳定性排风要求及Flux处理能力冷却效率 气流设计 垂直 水平 大回风 小回风 设备结构与材料的影响 导轨材料的比热 导轨加热定轨缩进设计导轨边上平行度调整装置3与4区 5与6区之间有支撑炉盖的压条 影响空气流动 传统的支撑条贯穿整个加热区 会阻碍空气向PCB流动 增加PCB上的温差 改进 只在回流区和冷却区设置支撑结构 去除预热区的支撑结构 预热区 150 不容易造成PCB变形 7 如何正确测试再流焊实时温度曲线 1 利用再流焊炉自带的具有耐高温导线的热电耦或温度采集器 及温度曲线测试软件 KIC 进行测试 当两个连结点1和2所处的温度相同时 由于两个连结点上所产生的接触电势大小相等而符号相反 所以此时回路中无电流通过 当两个连结点的温度不同 分别为T1和T2时 则在两个连结点上产生的接触电势不一样 回路中就有电流通过 此时 在回路中接入毫伏表或电位差计 就可以测出由于两连结点温度不同所产生的电势差 将两种不同的金属导线A B连结起来组成一个闭合回路 热电偶测温基本原理 SMT测量实时温度曲线系统就是运用了此原理 温差电势E的值与两个连结点温度差 T成一定的函数关系 E f T 若将其中的一个连结点作为参考点 并维持温度恒定不变 常用冰水混合物 以维持0 那么 温差电势的大小就只与另一个连结点 测温点 的温度 T 有关 此时 关系式为 E f T 根据这一对不同金属导线中的温差电势值就能显示出测温点的温度 热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类 目前我国全部按IEC国际标准生产 并指定S B E K R J T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶 可运用于不同温度 不同场合 SMT一般采用K型热电偶 K型热电偶镍铬 镍硅 镍铝 热电偶 分度号为K 该种热电偶的正极为含铬10 的镍铬合金 KP 负极为含硅3 的镍硅合金 KN K型热电偶适于在氧化性及惰性气氛中连续使用 短期使用温度为1200 长期使用温度为1000 我国已经基本上用镍铬 镍硅热电偶取代了镍铬 镍铝热电偶 国外仍然使用镍铬 镍铝热电偶 两种热电偶的化学成分虽然不同 但其热电特性相同 使用同一分度表 测温方式 分为接触式和非接触式两大类 接触式测温仪表测温仪表比较简单 可靠 测量精度较高 但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换 需要一定的时间才能达到热平衡 所以存在测温的延迟现象 同时受耐高温材料的限制 不能应用于很高的温度测量 非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的 测温元件不需与被测介质接触 测温范围广 但受到物体的发射率 测量距离 烟尘和水气等外界因素的影响 其测量误差较大 SMT热电偶采用接触式测温方式 2 SMT使用K型热电偶应注意的问题 a 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固 b 两个热电极彼此之间应很好地绝缘 以防短路 c 属于接触式测温方式 由于测温元件与被测介质需要进行充分的热交换 需要一定的时间才能达到热平衡 所以存在测温的延迟现象 d K型热电偶允许测温误差 0 75 t 峰值温度230 时测温误差 1 725 e 热电偶结点必须与被监测表面直接 可靠的热接触 f 用于将热电偶结点固定到被测表面的材料应最少 否则会增加直接传给热电偶的热容量 会导致在炉温上升或下降时 热电偶的温度滞后于板表面的真实温度 当温度的变化率为2 s时 将滞后5 至10 这意味着回流温度曲线上的峰值温度将大打折扣 g 根据热电偶测温原理 每年必须对热电偶校验一次 3 热电偶的固定方法 将热电偶固定在电路板的各个位置上 可以在焊接过程中监测实时温度曲线 固定方法有许多种 主要有四种方法 a 高温焊料 b 采用胶粘剂 c 胶粘带 d 机械固定 其目的是获得各个关键位置的精确可靠的温度数据 热电偶的固定方法对数据质量 真实性 的影响极大 固定方法 a 高温焊料 a 高温焊料 需要至少含铅90 熔点超过289 的焊料 这样 焊料在回流焊时就不会熔化 优点 高温焊料具有良好的导热性 有助于将误差减到最小 它能提供很好的机械固定性能 缺点 焊接需要相当的技巧 否则容易损坏元件 焊点或焊盘 这种方法只能用于焊点 不能用于未经焊接的电路板表面和不可焊的表面 如陶瓷与塑料元件体 和PCB板面 左 边的热电偶安装不良 大的焊点大大地增加了引脚的热容量 固定方法 b 采用胶粘剂 b 采用胶粘剂 此方法可将热电偶固定到塑料 陶瓷元件以及FR4板等不可焊的表面 常用贴片胶 此方法在SMT中很少使用 主要缺点 胶粘剂导热性较差 如果在固定热电偶时使用过多的胶粘剂 将会产生不良的热传导 残留的胶不容易去除 如用小刀很容易造成损坏电路板 固定方法 c 胶粘带 c 胶粘带 高温胶粘带 可在任何表面方便地使用 但是 必须使其与被测表面紧密接触 缺点 即使结点少量翘起 只离开被测表面千分之一英寸 其测量温度也将主要是周围环境的温度 它在一定程度上受到热辐射的影响 另外 利用胶带在高密度区固定热电偶很困难 甚至不可能 一种行之有效的方法是 将热电偶导线弯成一个小钩子的形状 加热后胶带松驰 使热电偶从引脚处翘起 将热电偶导线弯成一个小钩子的形状 固定方法 d 机械固定 d 机械固定 有纸夹固定法 镙钉固定法 机械式热电偶支撑器 纸夹和镙钉固定法只能用于板边的测量 纸夹固定快捷方便 但不牢固 会导致热电偶移动 镙钉固定坚固 可靠 但容易损坏电路板 热容量大 会使测试温度失真 最新的方法是使用Temprobe 一种机械式热电偶支撑器 能可靠地测量任何表面 任何位置的温度 各种固定方法测温准确性比较 峰值温度235 时 a 高温焊料 平均 1 2 b 胶粘剂 3 4 c 胶粘带 翘起时测量的是周围热空气温度 最高比实际温度超出10 左右 d 机械固定 1 2 各种固定方法测温误差平均 2 3 高温焊料和机械固定的测温准确性比较好 4 如何获得精确的测试数据 如何验证多条热电偶测试数据的准确性1 可将热电偶交换并重新测试 如果所测温度曲线相同 说明各测试点的热响应相同 热电偶比较是有效的 2 将多条热电偶固定在同一个焊盘上进行比较 推荐的连接方法机械式热电偶支撑器 高温焊料精细焊接热电偶 二者均具有灵敏的热响应 且不会影响被测表面的热量吸收 5 实时温度曲线的测试步骤 准备一块焊好的实际产品表面组装板 使用 假件 舍弃某些器件不贴片 光板 都不能反应实际热容量与空气对流传导的效率 因此只能作试验 至少选择三个以上测试点 一般有3 9个测试点 选取能反映出表面组装板上高 热点 中 低 冷点 有代表性的三个温度测试点 最高温度 热点 一般在炉堂中间 无元件或元件稀少及小元件处 最低温度 冷点 一般在大型元器件处 如PLCC 大面积布铜处 传输导轨或炉堂的边缘处 热风对流吹不到的位置 用高温焊料将三根热电耦的三个测试端焊在三个焊点上 必须将原焊点上的焊料清除干净 或用高温胶带纸将三根热电耦的三个测试端粘在PCB的三个温度测试点位置上 特别要注意 必须粘牢 如果测试端头翘起 采集到的温度不是焊点的温度 而是周围热空气温度 将三根热电耦的另外一端插入机器台面的1 2 3插孔的位置上 或插入采集器的插座上 注意极性不要插反 并记住这三根热电耦在表面组装板上的相对位置 将被测的表面组装板置于再流焊机入口处的传送链 网带上 同时启动测试软件 随着PCB的运行 在屏幕上画实时曲线 当PCB运行过最后一个温区后 拉住热电耦线将表面组装板拽回 此时完成了一个测试过程 在屏幕上显示完整的温度曲线和峰值表 如果使用采集器 应将采集器放在表面组装板后面 略留一些距离 并在出口处接出 然后通过计算机软件调出温度曲线 BGA CSP QFN实时温度曲线的测试方法 8 如何正确分析与优化再流焊温度曲线 测定实时温度曲线后应进行分析和调整优化 以获得最佳 最合理的温度曲线 1 根据焊接结果 结合实时温度曲线和焊膏温度曲线作比较 并作适当调整 以Sn63 Pb37焊膏为例 a 实时温度曲线和焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致 b 从室温到100 为升温区 升温速度控制在 2 s 或160 前的升温速度控制在1 2 s 63Sn 37Pb铅锡焊膏再流焊温度曲线 c 从100 150 160 为保温区 约60 90s 如果升温斜率速度太快 一方面使元器件及PCB受热太快 易损坏元器件 易造成PCB变形 另一方面 焊膏中的熔剂挥发速度太快 容易溅出金属粉末 产生锡球 如果预热温度太高 时间过长 容易使金属粉末氧化 影响焊接质量 d 从150 183 为快速升温区 或称助焊剂浸润区 理想的升温速度为1 2 3 5 s 但目前国内很多设备很难实现 大多控制在30 60s 0 55 1 s有铅焊接还可接受 当温度升到150 160 时 焊膏中的助焊剂开始迅速分解活化 如时间过长会使助焊剂提前失效 影响液态焊料浸润性 影响金属间合金层的生成 e 183 183 是焊膏从融化到凝固的焊接区 或称为回流区 一般为60 90s f 峰值温度一般定在比焊膏熔点高30 40 左右 Sn 37Pb焊膏的熔点为183 峰值温度为210 230 左右 这是形成金属间合金层的关键区域 大约需要7 15s 焊接热是温度和时间的函数 温度高 时间可以短一些 温度低 时间应长一些 峰值温度低或再流时间短 会使焊接不充分 金属间合金层太薄 0 5 m 严重时会造成焊膏不熔 峰值温度过高或再流时间长 造成金属粉末严重氧化 合金层过厚 4 m 影响焊点强度 严重时还会损坏元器件和印制板 从外观看 印制板会严重变色 2 调整温度曲线时应按照热容量最大 最难焊的元件为准 要使最难焊元件的焊点温度达到210 以上 特别注意 a 热电偶的连接是否有效 b 考虑到热电偶与被测介质需要进行充分的热交换 需要一定的时间才能达到热平衡 存在测温的延迟现象 必要时应验证测试数据的有效性 特别在升温斜率较高 或传送速度较快时 3 考虑热耦测温系统精度 每台炉子都有差别 热电偶零点偏移 最多达7 热电偶测温误差 0 75 t 1 725 连接材料误差 2 3 各种固定方法误差 2 3 热偶滞后于板面真实温度1 10 测温仪精度 2 峰值温度230 时 应充分了解自家设备的构造 能力 测温系统的精度 设置温度曲线应考虑系统精度 保留 系统误差的工艺窗口 例如 4 考虑再流焊炉的热分布 再流焊炉横向热分布再流焊炉上 下热分布再流焊炉的温度稳定性 5 传送带速度的设置 传送带速度应根据炉子的加热区长度 温度曲线要求进行设置和调整 链速与加热区长度成正比 因此产量大应选择加热区长度大的炉子 改变链速对温度曲线的影响 改变炉温设置 链速改变幅度必须适中 因为改变链速对每个温区都有影响 总结 从以上分析可以看出 再流焊质量与PCB焊盘设计 元器件可焊性 焊膏质量 印制电路板的加工质量 生产线设备 以及SMT每道工序的工艺参数 甚至与操作人员的操作都有密切的关系 同时也可以看出PCB设计 PCB加工质量 元器件和焊膏质量是保证再流焊质量的基础 因为这些问题在生产工艺中是很难甚至是无法解决的 因此只要PCB设计正确 PCB 元器件和焊膏都是合格的 再流焊质量是可以通过印刷 贴装 再流焊每道工序的工艺来控制的 9 双面回流焊工艺控制 双面回流焊已经大量应用 但是这个工艺制程仍存在一些问题 如果控制不当 有些底部的大元件可能会在第二次回流焊过程中掉落 或者底部焊点经过第二次回流焊后部分熔融而造成焊点的可靠性问题 双面回流焊 方法1 用胶粘住第一面元件印刷焊膏 点胶 贴片 第一面回流焊 翻转PCB 印刷焊膏 贴片 第二面回流焊 这种方法由于元件在第一次回流焊时已经被固定在PCB上 当它被翻过来第二次回流焊时元件不会掉落 此方法很常用 但是工艺复杂 同时需要额外的设备和操作步骤 增加了成本 双面回流焊 方法2 应用不同熔点的焊锡合金第一面采用较高熔点合金 第二面时采低熔点合金 这种方法的问题是高熔点的合金则势必要提高回流焊的温度 那就可能会对元件与PCB本身造成损伤 低熔点合金可能受到最终产品的工作温度的限制 也会影响产品可靠性 双面回流焊 方法3 第二次回流焊时将炉子底部温度调低 并吹冷风 这种方法在第二次回流焊时 可以使PCB底部焊点温度低于熔点 但是由于上 下面温差产生内应力 也会影响可靠性 实际上很难将PCB上 下拉开30 以上的距离 可能会引起二次熔融不充分 造成焊点质量变差 双面回流焊 方法4 双面采用相同温度曲线对于大多数小元件 由于熔融的焊点的表面张力足够抓住底部元件 二次熔融后完全可以形成可靠的焊点 元件重量与焊盘面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准 元件重量 Dg 与焊盘面积 P 之比 30g in2 双面回流焊工艺控制 采用相同温度曲线时 首先要求PCB设计应将大元件布放在主 A 面 小元在辅 B 面 设计时遵循原则 不符合以上原则的元件 用胶粘住 先焊B面 后焊A面 Dg P 30g in2 双面贴装BGA工艺 可以双面贴装BGA PCB设计应将大BGA布放在主 A 面 小BGA布放在辅 B 面 双面都有大BGA时 应尽量交叉排布 双面都有大BGA时 应缓慢升温 尽量减小PCB表面 T 10 再流焊炉的维护 a 保持设备清洁 每周清扫一次 b 定期清洗助焊剂回收系统 无铅的残留物更多 c 定期检查设备链条 齿条 马达 风机等运转情况 d 在规定周期和规定部位 热风马达轴承 板宽调节丝杆 传输链条 按要求加高温润滑油 加润滑脂及清洗 润滑剂可降低两个相对运动的接触表面之间的摩擦系数 是机械运动不可缺少的 SMT质量要求 高质量 高直通率 高可靠 寿命保证 电性能 机械强度 质量是在设计和生产过程中实现的 11 SMT焊接质量与常见的焊接缺陷分析及预防对策 a 产生电子信号或功率的流动 b 产生机械连接强度 焊接后在焊料与被焊金属界面生成金属间合金层 焊缝 焊缝 焊点要求 优良焊点的定义 在设计考虑的使用环境 方式以及寿命期内 能够保持其电气性能和机械强度的焊点 表面贴装元件 优良焊点的条件 外观条件 a焊点的润湿性好b焊料量适中 避免过多或少c焊点表面表面应完整 连续平滑d无针孔和空洞e元器件焊端或引脚在焊盘上的位置偏差应符合规定要求f焊接后贴装元件无损坏 端头电极无脱落内部条件优良的焊点必须形成适当的IMC金属间化合物 结合层 没有开裂和裂纹 检测方法 1 目视检查 简便直观 是评定焊点外观质量的主要方法 根据组装板的组装密度 应在2 5倍放大镜或3 20倍立体显微镜下检验 并借助照明 2 自动检测技术 AIT AOI ICT X ray等 3 其它检测 必要时做破坏性抽检 如金相组织分析等 目视检查放大倍数 检测标准 企业标准国内外行业标准IPC A 610CIPC A 610D IPC A 610简介 IPC A 610是美国电子装联业协会制定的 电子组装件外观质量验收条件的标准 94年1月制定 96年1月修订为B版 2000年1月修订为C版 IPC A 610是国际上电子制造业界普遍公认的可作为国际通行的质量检验标准 IPC确立A 610标准的目的 是帮助制造商实现最高的SMT生产质量 IPC A 610D IPC A 610D是无铅焊接的电子组装件验收标准 2004年11月底推出 IPC标准将电子产品划分为三个级别一级为通用类电子产品 包括消费类电子产品 部分计算机及外围设备 以及对外观要求不高而对其使用功能要求为主的产品 二级为专用服务类电子产品 包括通讯设备 复杂商业机器 高性能长使用寿命要求的仪器 这类产品需要持久的寿命 但不要求必须保持不间断工作 外观上也允许有缺陷 三级为高性能电子产品 包括持续运行或严格按指令运行的设备和产品 这类产品使用中不能出现中断 例如医用救生设备 飞行控制系统 精密测量仪器以及使用环境苛刻的高保证 高可靠性要求的产品 将各级产品均分四级验收条件 每一级又分为三个等级 1 2 3级 1级 目标条件 是指近乎完美的或称 优选 这是希望达到但不一定总能达到的条件 2级 可接受条件 是指组装件在使用环境下运行能保证完整 可靠 但不是完美 可接受条件稍高于最终产品的最低要求条件 3级 缺陷条件 是指组装件在完整 安装或功能上可能无法满足要求 这类产品可根据设计 服务和用户要求进行返工 修理 报废或 照章处理 其中 照章处理 须取得用户认可 4级 过程警示条件 是指虽没有影响到产品的完整 安装和功能 但存在不符合要求条件 非拒收 的一种情况 这些是由于材料 设计 操作 设备 工艺参数等造成的 需要制造者掌握对现有过程控制要求 采取有效改进措施 接收或拒收的判定接收或拒收的判定以合同 图纸 技术规范 标准和参考文件为依据 当文件发生冲突时 按以下优先次序执行 a用户与制造商达成的协议文件 b反映用户具体要求的总图和总装配图 c在用户或合同认可情况下 采用IPC A 610标准 d用户的其它附加文件 A 610规定了怎样把元器件合格地组装到PCB上 对每种类 级 别的标准都提供了可测量的元器件位置和焊点尺寸 并提供了完成回流焊接后的外观图片 例如图1标出了焊点的关键尺寸参数 表1列出了QFP焊点的相应技术指标 图1 表1 IPC焊点检验标准举例SOP QFP焊点检验标准 可接受二级可接受三级F T 2 GF T G F 焊点高度T 引脚厚度G 引脚底面焊料厚度 合格的焊点 IPC标准分三级 Target Class1 2 3 Acceptable Class1 2 3 Defect Class1 2 3 IPC标准 分三级 1 焊膏熔化不完全 2 润湿不良 3 焊料量不足与虚焊 4 立碑和移位 5 焊点桥接或短路 6 焊锡球 7 气孔 空洞 8 吸料现象 9 锡丝 10 元件裂纹缺损 11 元件端头镀层剥落 12 元件侧立 13 元件贴反 14 冷焊 焊点扰动 15 焊锡裂纹 16 焊盘露铜 17 爆米花现象 18 其它 SMT再流焊接中常见的焊接缺陷分析与预防对策 11 SMT再流焊接中常见的焊接缺陷分析与预防对策 1 焊膏熔化不完全 全部或局部焊点周围有未熔化的残留焊膏 2 润湿不良 又称不润湿或半润湿 元器件焊端 引脚或印制板焊盘不沾锡或局部不沾锡 3 焊料量不足与虚焊或断路 开路 焊点高度达不到规定要求 会影响焊点的机械强度和电气连接的可靠性 严重时会造成虚焊或断路 4 立碑和移位 又称吊桥 墓碑现象 曼哈顿现象 移位是指元器件端头或引脚离开焊盘的错位现象 5 焊点桥接或短路 桥接又称连桥 元件端头之间 元器件相邻的焊点之间以及焊点与邻近的导线 过孔等电气上不该连接的部位被焊锡连接在一起 桥接不一定短路 但短路一定是桥接 6 焊锡球 又称焊料球 焊锡珠 是指散布在焊点附近的微小珠状焊料 7 气孔 分布在焊点表面或内部的气孔 针孔 或称空洞 8 焊点高度接触或超过元件体 吸料现象 焊接时焊料向焊端或引脚跟部移动 使焊料上升高度接触元件体或超过元件体 9 锡丝 元件焊端之间 引脚之间 焊端或引脚与通孔之间的微细锡丝 10 元件裂纹缺损 元件体或端头有不同程度的裂纹或缺损现象 11 元件端头镀层剥落 元件端头电极镀层不同程度剥落 露出元件体材料 16 焊盘露铜 暴露基体金属 现象 焊盘露铜现象主要发生在二次回流的OSP涂覆层的焊盘上 产生焊盘露铜的主要原因是OSP的耐热性差 丧失了高温下保护焊盘的作用 使焊盘在高温下被氧化 回流焊时熔融的焊料不能润湿焊盘造成的 解决措施 双面回流或多次焊接工艺的PCB要选择耐高温的OSP材料 缩短二次回流与多次焊接的时间间隔 采用氮气保护焊接 元件引线 焊盘图形边缘暴露基体金属的现象称为焊盘露铜 如果焊盘露铜的面积超过了焊点润湿性要求的面积 则认为是不可接受的 17 爆米花现象 喷气现象 封装肿胀 PBGA基板翘起 器件内部连接 破裂 18 其它还有一些肉眼看不见的缺陷 例如焊点晶粒大小 焊点内部应力 焊点内部裂纹等 这些要通过X光 焊点疲劳试验等手段才能检测到 这些缺陷主要与温度曲线有关 例如冷却速度过慢 会形成大结晶颗粒 造成焊点抗疲劳性差 但冷却速度过快 又容易产生元件体和焊点裂纹 又例如峰值温度过低或回流时间过短 由于不能生成一定厚度的金属间合金层 造成焊点结合强度差 严重时会产生焊料熔融不充分和冷焊现象 但峰值温度过高或回流时间过长 又会增加共界金属化合物的产生 使焊点发脆 影响焊点强度 如超过240 还会引起损坏元器件 PCB变形 变质 影响产品性能和寿命