爐溫工藝曲線的設(shè)置方法

1、如何設(shè)定出合格的爐溫工藝曲線什么是回流焊：    回流焊是英文Reflow是通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏裝軟釬焊料，實(shí)現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣連接的軟釬焊?；亓骱甘菍⒃骷附拥絇CB板材上，回流焊是專門針對(duì)SMD表面貼裝器件的。    回流焊是靠熱氣流對(duì)焊點(diǎn)的作用,膠狀的焊劑在一定的高溫氣流下進(jìn)行物理反應(yīng)達(dá)到SMD的焊接；之所以叫"回流焊"是因?yàn)闅怏w在焊機(jī)內(nèi)循環(huán)來回流動(dòng)產(chǎn)生高溫達(dá)到焊接目的。（回流焊溫度曲線圖）“產(chǎn)品質(zhì)量是生產(chǎn)出來的，不是檢驗(yàn)出來，只有在生產(chǎn)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝和作

2、業(yè)指導(dǎo)書要求進(jìn)行，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。  電子廠SmT貼片焊接車間在SmT生產(chǎn)流程中，回流爐參數(shù)設(shè)置的好壞是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，通過溫度曲線，可以為回流爐參數(shù)的設(shè)置提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)，在大多數(shù)情況下，溫度的分布受組裝電路板的特性、焊膏特性和所用回流爐能力的影響。如何正確的設(shè)定回流焊溫度曲線 ： 首先我們要了解回流焊的幾個(gè)關(guān)鍵的地方及溫度的分區(qū)情況及回流焊的種類.影響爐溫的關(guān)鍵地方是：1：各溫區(qū)的溫度設(shè)定數(shù)值2：各加熱馬達(dá)的溫差3：鏈條及網(wǎng)帶的速度4：錫膏的成份5：PCB板的厚度及元件的大小和密度6：加熱區(qū)的數(shù)量及回流焊的長(zhǎng)度7：加熱區(qū)的有效長(zhǎng)度及泠卻的特點(diǎn)等回流焊的分區(qū)情況

3、：  1：預(yù)熱區(qū)（又名：升溫區(qū)）2：恒溫區(qū)（保溫區(qū)/活性區(qū)）3：回流區(qū)4 ：泠卻區(qū)回流焊焊接影響工藝的因素:1.通常PLCC、QFP與一個(gè)分立片狀元件相比熱容量要大，焊接大面積元件就比小元件更困難些。2.在回流焊爐中傳送帶在周而復(fù)使傳送產(chǎn)品進(jìn)行回流焊的同時(shí)，也成為一個(gè)散熱系統(tǒng)，此外在加熱部分的邊緣與中心散熱條件不同，邊緣一般溫度偏低，爐內(nèi)除各溫區(qū)溫度要求不同外，同一載面的溫度也差異。3.產(chǎn)品裝載量不同的影響?；亓骱傅臏囟惹€的調(diào)整要考慮在空載，負(fù)載及不同負(fù)載因子情況下能得到良好的重復(fù)性。負(fù)載因子定義為： LF=L/(L+S);其中L=組裝基板的長(zhǎng)度，S=組裝基板的間隔?；亓骱腹に囈?/p>

4、到重復(fù)性好的結(jié)果，負(fù)載因子愈大愈困難。通?；亓骱笭t的最大負(fù)載因子的范圍為0.50.9。這要根據(jù)產(chǎn)品情況（元件焊接密度、不同基板）和再流爐的不同型號(hào)來決定。要得到良好的焊接效果和重復(fù)性，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)很重要的。一、初步爐溫設(shè)定：1、 看錫膏類型，有鉛還是無鉛?還要考慮錫膏特性，焊膏是由合金粉末、糊狀助焊劑均勻混和而成的膏體。焊膏中的助焊劑 (點(diǎn)擊助焊劑的特性)主要由溶劑、松香或合成樹脂、活性劑及抗垂流劑四類原物質(zhì)構(gòu)成。溶劑決定了焊膏所需的干燥時(shí)間，為了增加焊膏的粘度使之具備良好流變性加入了合成樹脂或松香，活性劑是用來除去合金所產(chǎn)生的氧化物以清潔板面焊盤，抗垂流劑的加入有助于合金粉末在焊膏中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)

5、，避免沉降現(xiàn)象。衡量焊膏品質(zhì)的因素很多，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)重點(diǎn)考慮以下的焊膏特性。(1)根據(jù)電路板表面清潔度的要求決定焊膏的活性與合金含量;(2)根據(jù)印刷設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境決定焊膏的粘度、流變性及崩塌特性;(3)根據(jù)工藝要求及元件所能承受的溫度決定焊膏的熔點(diǎn);(4)根據(jù)焊盤的最小腳間距決定焊膏合金粉末的顆粒大小。2、 看PCB板厚度是多少?此時(shí)結(jié)合以上1、2點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)就有個(gè)初步的爐溫了;3、 再看PCB板材，具體細(xì)致設(shè)定一下回流區(qū)的爐溫;4、 再看PCB板上的各種元器件，考慮元件大小的不同、特殊元件、廠家要求的特殊元件等方面，再仔細(xì)設(shè)定一下爐溫;5、 還的考慮一下爐子的加熱效率，因?yàn)楫?dāng)今匯流爐有很多

6、種，其加熱效率是各個(gè)不一樣的，所以這一點(diǎn)不應(yīng)忽視掉;結(jié)合以上5方面，就可以設(shè)定出初步的爐溫了。二、爐溫的詳細(xì)設(shè)定及熱電偶的安裝步驟：1， 感應(yīng)溫度用的熱電偶，在使用和安裝過程中，應(yīng)確保除測(cè)試點(diǎn)外，無短接現(xiàn)象發(fā)生，否則無法保證試精度。2， 熱電偶在與記憶裝置或其它測(cè)試設(shè)備相連接時(shí)，其極性應(yīng)與設(shè)備要求一致，熱電偶將溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)勢(shì),，以連接時(shí)有方向要求。第二，測(cè)試點(diǎn)的選取，一般至少三點(diǎn),能代表PCB組件上溫度變化的測(cè)試點(diǎn)(能反映PCB組件上高、中低溫部位的溫度變化); 一般情況下，最高溫度部位在PCB與傳送方向相垂直的無元件邊緣中心處，最低溫度在PCB 靠近中心部位的大型元件之半田端子處(PLCC

7、.QFP等)，另外對(duì)耐熱性差部品表面要有測(cè)試點(diǎn),以及客戶的特定要求?；亓鳒囟惹€各區(qū)間的推薦設(shè)定值：常溫預(yù)熱開始點(diǎn)預(yù)熱區(qū)預(yù)熱過度導(dǎo)致氧化加深、助焊劑惡化預(yù)熱終點(diǎn)回流焊接區(qū)回流焊接區(qū)冷卻區(qū)4 回流焊接缺陷與不良溫度曲線的關(guān)系：以下表2僅列出不良溫度曲線所引起的回流焊接缺陷，其它影響回流焊接質(zhì)量的因素還包括絲印質(zhì)量的優(yōu)劣、貼片的準(zhǔn)確性和壓力、焊膏的品質(zhì)及環(huán)境的控制等，本文不做闡述?；亓骱附拥娜毕?溫度曲線的不良之處吹孔1、保溫段預(yù)熱溫度不足;2、保溫段溫度上升速度過快。焊點(diǎn)灰暗 冷卻段冷卻速度過緩。不沾錫1、焊接段熔焊溫度低;2、保溫段保溫周期過長(zhǎng);3、保溫段溫度過高。焊后斷開 保溫段保溫周期短。

8、錫珠1、保溫段溫度上升速度過快;2、保溫段溫度低;3、保溫周期短?？斩?、保溫段溫度低;2、保溫周期短。生焊1、焊接段熔焊溫度低;2、焊接段熔焊周期短。板面或元件變色1、焊接段熔焊溫度過高;2、焊接段熔焊周期太長(zhǎng)。  提示：請(qǐng)鏈接無線網(wǎng)欣賞！錫膏過回流焊融化后的焊接效果演示，僅供參考。       回流焊是SMT工藝的核心技術(shù)，PCB上所有的電子元器件通過整體加熱一次性焊接完成，電子廠SMT生產(chǎn)線的質(zhì)量控制占絕對(duì)分量的工作最后都是為了獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量。設(shè)定好溫度曲線，就管好了爐子，這是所有PE都知道的事。很多文獻(xiàn)與資料都提到回流焊溫

9、度曲線的設(shè)置。對(duì)于一款新產(chǎn)品、新爐子、新錫膏，如何快速設(shè)定回流焊溫度曲線？這需要我們對(duì)溫度曲線的概念和錫膏焊接原理有基本的認(rèn)識(shí)。本文以最常用的無鉛錫膏Sn96.5Ag3.0Cu0.5錫銀銅合金為例，介紹理想的回流焊溫度曲線設(shè)定方案和分析其原理。如圖一 ：圖一 SAC305無鉛錫膏回流焊溫度曲線圖圖一所示為典型的SAC305合金無鉛錫膏回流焊溫度曲線圖。圖中黃、橙、綠、紫、藍(lán)和黑6條曲線即為溫度曲線。構(gòu)成曲線的每一個(gè)點(diǎn)代表了對(duì)應(yīng)PCB上測(cè)溫點(diǎn)在過爐時(shí)相應(yīng)時(shí)間測(cè)得的溫度。隨著時(shí)間連續(xù)的記錄即時(shí)溫度，把這些點(diǎn)連接起來，就得到了連續(xù)變化的曲線。也可以看做PCB上測(cè)試點(diǎn)的溫度在爐子內(nèi)隨著時(shí)間變化的過程。

10、那么，我們把這個(gè)曲線分成4個(gè)區(qū)域，就得到了PCB在通過回流焊時(shí)某一個(gè)區(qū)域所經(jīng)歷的時(shí)間。在這里，我們還要闡明另一個(gè)概念“斜率”。用PCB通過回流焊某個(gè)區(qū)域的時(shí)間除以這個(gè)時(shí)間段內(nèi)溫度變化的絕對(duì)值，所得到的值即為“斜率”。引入斜率的概念是為了表示PCB受熱后升溫的速率，它是溫度曲線中重要的工藝參數(shù)。圖中A、B、C、D四個(gè)區(qū)段，分別為定義為A：升溫區(qū) ，B：預(yù)熱恒溫區(qū)（保溫區(qū)或活化區(qū)），C：回流焊接區(qū)（焊接區(qū)或Reflow區(qū)），D：冷卻區(qū)。繼續(xù)深入解析個(gè)區(qū)段的設(shè)置與意義：一升溫區(qū)APCB進(jìn)入回流焊鏈條或網(wǎng)帶，從室溫開始受熱到150的區(qū)域叫做升溫區(qū)。升溫區(qū)的時(shí)間設(shè)置在60-90秒，斜率控制在2-4之間。

11、此區(qū)域內(nèi)PCB板上的元器件溫度相對(duì)較快的線性上升，錫膏中的低沸點(diǎn)溶劑開始部分揮發(fā)。若斜率太大，升溫速率過快，錫膏勢(shì)必由于低沸點(diǎn)溶劑的快速揮發(fā)或者水氣迅速沸騰而發(fā)生飛濺，從而在爐后發(fā)生“錫珠”缺陷。過大的斜率也會(huì)由于熱應(yīng)力的原因造成例如陶瓷電容微裂、PCB板變形曲翹、BGA內(nèi)部損壞等機(jī)械損傷。升溫過快的另一個(gè)不良后果就是錫膏無法承受較大的熱沖擊而發(fā)生坍塌，這是造成“短路”的原因之一。長(zhǎng)期對(duì)制造廠的服務(wù)跟蹤，很多廠商的SMT線該區(qū)域的斜率實(shí)際控制在1.5-2.5之間能得到滿意的效果。由于各個(gè)板載貼裝的元器件尺寸、質(zhì)量不一，在升溫區(qū)結(jié)束時(shí)，大小元器件之間的溫度差異相對(duì)較大。二預(yù)熱恒溫區(qū)B此區(qū)域在很多

12、文獻(xiàn)和供應(yīng)商資料中也稱為保溫區(qū)、活化區(qū)。該區(qū)域PCB表面溫度由150平緩上升至200，時(shí)間窗口在60-120秒之間。PCB板上各個(gè)部分緩緩受到熱風(fēng)加熱，溫度隨時(shí)間緩慢上升。斜率在0.3-0.8之間。此時(shí)錫膏中的有機(jī)溶劑繼續(xù)揮發(fā)。活性物質(zhì)被溫度激活開始發(fā)揮作用，清除焊盤表面、零件腳和錫粉合金粉末中的氧化物。恒溫區(qū)被設(shè)計(jì)成平緩升溫的目的是為了兼顧PCB上貼裝的大小不一的元器件能均勻升溫。讓不同尺寸和材料的元器件之間的溫度差逐漸減小，在錫膏熔融之前達(dá)到最小的溫差，為在下一個(gè)溫度分區(qū)內(nèi)熔融焊接做好準(zhǔn)備。這是防止“墓碑”缺陷的重要方法。眾多無鉛錫膏廠商的SAC305合金錫膏配方里活性劑的活化溫度大都在1

13、50-200之間，這也是本溫度曲線在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)預(yù)熱的原因之一。需要注意的是：1、預(yù)熱時(shí)間過短?；钚詣┡c氧化物反應(yīng)時(shí)間不夠，被焊物表面的氧化物未能有效清除。錫膏中的水氣未能完全緩慢蒸發(fā)、低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)量不足，這將導(dǎo)致焊接時(shí)溶劑猛烈沸騰而發(fā)生飛濺產(chǎn)生“錫珠”。潤(rùn)濕不足，可能會(huì)產(chǎn)生浸潤(rùn)不足的“少錫”“虛焊”、“空焊”、“漏銅”的不良。2、預(yù)熱時(shí)間過長(zhǎng)?；钚詣┫倪^度，在下一個(gè)溫度區(qū)域焊接區(qū)熔融時(shí)沒有足夠的活性劑即時(shí)清除與隔離高溫產(chǎn)生的氧化物和助焊劑高溫碳化的殘留物。這種情況在爐后的也會(huì)表現(xiàn)出“虛焊”、“殘留物發(fā)黑”、“焊點(diǎn)灰暗”等不良現(xiàn)象。三回流焊接區(qū)C回流區(qū)又叫焊接區(qū)或Refelow區(qū)。SAC

14、305合金的熔點(diǎn)在217-218之間，所以本區(qū)域?yàn)?17的時(shí)間，峰值溫度245，時(shí)間30-70秒。形成優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的溫度一般在焊料熔點(diǎn)之上15-30左右，所以回流區(qū)最低峰值溫度應(yīng)該設(shè)置在230以上?？紤]到Sn96.5Ag3.0Cu0.5無鉛錫膏的熔點(diǎn)已經(jīng)在217以上，為照顧到PCB和元器件不受高溫?fù)p壞，峰值溫度最高應(yīng)控制在250以下，筆者所見大部分工廠實(shí)際峰值溫度最高在245以下。預(yù)熱區(qū)結(jié)束后，PCB板上溫度以相對(duì)較快的速率上升到錫粉合金液相線，此時(shí)焊料開始熔融，繼續(xù)線性升溫到峰值溫度后保持一段時(shí)間后開始下降到固相線。此時(shí)錫膏中的各種組分全面發(fā)揮作用：松香或樹脂軟化并在焊料周圍形成一層保護(hù)膜與氧氣

15、隔絕。表面活性劑被激活用于降低焊料和被焊面之間的表面張力，增強(qiáng)液態(tài)焊料的潤(rùn)濕力?；钚詣├^續(xù)與氧化物反應(yīng)，不斷清除高溫產(chǎn)生的氧化物與被碳化物并提供部分流動(dòng)性，直到反應(yīng)完全結(jié)束。部分添加劑在高溫下分解并揮發(fā)不留下殘留物。高沸點(diǎn)溶劑隨著時(shí)間不斷揮發(fā)，并在回焊結(jié)束時(shí)完全揮發(fā)。穩(wěn)定劑均勻分布于金屬中和焊點(diǎn)表面保護(hù)焊點(diǎn)不受氧化。焊料粉末從固態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)，并隨著焊劑潤(rùn)濕擴(kuò)展。少量不同的金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)金屬間化合物，如典型的錫銀銅合金會(huì)有Ag3Sn、Cu6Sn5生成?；睾竻^(qū)是溫度曲線中最核心的區(qū)段。峰值溫度過低、時(shí)間過短，液態(tài)焊料沒有足夠的時(shí)間流動(dòng)潤(rùn)濕，造成“冷焊”、“虛焊”、“浸潤(rùn)不良（漏銅）”、“焊點(diǎn)

16、不光亮”和“殘留物多”等缺陷；峰值溫度過高或時(shí)間過長(zhǎng)，造成“PCB板變形”、“元器件熱損壞”、“殘留物發(fā)黑”等等缺陷。它需要在峰值溫度、PCB板和元器件能承受的溫度上限與時(shí)間、形成最佳焊接效果的熔融時(shí)間之間尋求平衡，以期獲得理想的焊點(diǎn)。四冷卻區(qū)D焊點(diǎn)溫度從液相線開始向下降低的區(qū)段稱為冷卻區(qū)。通常SAC305合金錫膏的冷卻區(qū)一般認(rèn)為是217-170之間的時(shí)間段（也有的文獻(xiàn)提出最低到150）。由于液態(tài)焊料降溫到液相線以下后就形成固態(tài)焊點(diǎn)，形成焊點(diǎn)后的質(zhì)量短期內(nèi)肉眼無法判斷，所以很多工廠往往不是很重視冷卻區(qū)的設(shè)定。然而焊點(diǎn)的冷卻速率關(guān)乎焊點(diǎn)的長(zhǎng)期可靠性，不能不認(rèn)真對(duì)待。冷卻區(qū)的管控要點(diǎn)主要是冷卻速率

17、。經(jīng)過很多焊錫實(shí)驗(yàn)室研究得出的結(jié)論：快速降溫有利于得到穩(wěn)定可靠的焊點(diǎn)。通常人們的直覺認(rèn)為應(yīng)該緩慢降溫，以抵消各元器件和焊點(diǎn)的熱沖擊。然而，回流焊錫膏釬焊慢速冷卻會(huì)形成更多粗大的晶粒，在焊點(diǎn)界面層和內(nèi)部生較大Ag3Sn、Cu6Sn5等金屬間化合物顆粒。降低焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度和熱循環(huán)壽命，并且有可能造成焊點(diǎn)灰暗光澤度低甚至無光澤?？焖俚睦鋮s能形成平滑均勻而薄的金屬間化物，形成細(xì)小富錫枝狀晶和錫基體中彌散的細(xì)小晶粒，使焊點(diǎn)力學(xué)性能和可靠性得到明顯的提升與改善。生產(chǎn)應(yīng)用中，并不是冷卻速率越大越好。要結(jié)合回流焊設(shè)備的冷卻能力、板子、元器件和焊點(diǎn)能承受的熱沖擊來考量。應(yīng)該在保證焊點(diǎn)質(zhì)量時(shí)不損害板子和元器件之間尋

18、求平衡。最小冷卻速率應(yīng)該在2.5以上，最佳冷卻速率在3以上?？紤]到元器件和PCB能承受的熱沖擊，最大冷卻速率應(yīng)該控制在6-10。工廠在選擇設(shè)備時(shí)，最好選擇帶水冷功能的回流焊而獲得較強(qiáng)的冷卻能力儲(chǔ)備。雙軌回流焊的工作原理：雙軌回流焊爐通過同時(shí)平行處理兩個(gè)電路板，可使單個(gè)雙軌爐的產(chǎn)能提高兩倍。目前, 電路板制造商僅限于在每個(gè)軌道中處理相同或重量相似的電路板。而現(xiàn)在, 擁有獨(dú)立軌道速度的雙軌雙速回流焊爐使同時(shí)處理兩塊差異更大的電路板成為現(xiàn)實(shí)。首先，我們要了解影響熱能從回流爐加熱器向電路板傳遞的主要因素。在通常情況下，如圖所示，回流焊爐的風(fēng)扇推動(dòng)氣體（空氣或氮?dú)猓┙?jīng)過加熱線圈，氣體被加熱后，通過孔板內(nèi)的一系列孔口傳遞到產(chǎn)品上。雙軌回流焊PCB已經(jīng)相當(dāng)普及，并在逐漸變得復(fù)那時(shí)起來，它得以如此普及，主要原因是它給設(shè)計(jì)者提供了極為良好的彈性空間，從而設(shè)計(jì)出更為小巧，緊湊的低成本的產(chǎn)品。到今天為止，雙軌回流焊板一般都有通過回流焊接上面（元件面），然后通過波峰焊來焊接下面（引腳面）。擴(kuò)展閱讀SMT全自動(dòng)錫膏印刷機(jī)：全自動(dòng)錫膏印刷機(jī)至關(guān)重要：1. 錫膏印刷機(jī)對(duì)品質(zhì)至關(guān)重要：SMT=Printer+Mounter+Reflow, 整線生產(chǎn)過程中有超60%以上的缺陷來自于錫膏印刷 ：