熱管散熱器的回流焊接

1、熱管散熱器的回流焊接何向陽陜西烽火佰鴻光電科技有限公司摘要：熱管散熱模塊化設(shè)計(jì)的散熱器，關(guān)鍵技術(shù)是熱管與散熱片以及路燈底板的焊接，焊接設(shè)備采 用回流焊機(jī)，根據(jù)底板的材料以及散熱片的材料我們通過試驗(yàn)調(diào)節(jié)回流焊的焊接溫度，運(yùn)送速度等 解決了 LED散熱器的焊接問題，保證焊接質(zhì)量，更好的控制散熱器質(zhì)量。關(guān)鍵詞：LED，熱管，路燈，回流焊接Reflow soldering heat pipe radiatorHe XiangyangAbstract: The heat pipe radiator cooling modular design, the key technologies of heat

2、pipe and heat sink and lamp base plate welding, welding equipment reflow machine, according to the the backplane material and the heat sink material, we adjust the reflow soldering temperature test,the transport speed to solve the LED heat sink welding problem, ensure the welding quality, better con

3、trol the quality of the radiator.Keywords: LED，Heat pipe, Street light, Reflow soldering0、概述：熱管散熱器的研發(fā)，伴生而來的是熱管散熱器與路燈底板的焊接問題，對(duì)于回流焊 接技術(shù)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。1、熱管散熱器焊接設(shè)計(jì)熱管散熱模組化，將熱管散熱組件與燈芯散熱底板(焊點(diǎn)在兩零件接觸面內(nèi))焊接 在一起，需要用回流焊接將其焊接在一起。由于現(xiàn)今業(yè)內(nèi)沒有這種焊接技術(shù)，公司決定 有技術(shù)部負(fù)責(zé)此項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)。2、項(xiàng)目調(diào)研：我們知道，現(xiàn)有的SMT生產(chǎn)線中回流焊設(shè)備主要針對(duì)的時(shí)元器件在印制板上的焊接， 不適合我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)的散熱器焊接

4、：. 一般回流焊接時(shí)將元器件焊接到印制板上，元器件、印制板本身比熱容和熱導(dǎo) 率很小溫度的升高與降低對(duì)于回流焊設(shè)備爐膛內(nèi)的溫度沒有多大的影響，因此升溫快， 易穩(wěn)定，故而加熱區(qū)尺寸一般為2200mm左右；熱管散熱模組是將熱管組件焊接到5mm 厚的鋁底板(310mmX640mm)上，熱管組件、鋁底板的比熱容和熱導(dǎo)率都比較大，在升 溫過程中對(duì)回流焊設(shè)備的爐膛內(nèi)的溫度變化影響很大，因此升溫時(shí)間比較長，爐膛內(nèi)部 溫度和熱管散熱模組溫度不易穩(wěn)定，故而回流焊設(shè)備爐膛加熱區(qū)尺寸預(yù)計(jì)要大于4000mm 才可達(dá)到效果。.熱管散熱模組的回流焊接與一般的印制板回流焊接焊點(diǎn)形式不同。熱管散熱 模組焊點(diǎn)在接觸面上且焊盤面積

5、大，類似于內(nèi)部焊接；一般的印制板回流焊接是貼片焊 接，焊點(diǎn)小且側(cè)面吸附焊接形式，可手工焊接。綜上所述，熱管散熱模組的回流焊接需要專用回流焊設(shè)備、新的焊接方式、新的檢驗(yàn)標(biāo) 準(zhǔn)。4、技術(shù)要求1)、目標(biāo)：熱管散熱模組(h=60mm)焊接于5mm厚的鋁底板(310mmX 640mm)上的設(shè)備改 造；回流焊接焊料條件(焊接溫度上/下限曲線圖、溫區(qū)溫度設(shè)定、運(yùn)風(fēng)設(shè)定、運(yùn) 速設(shè)定等)；（3）根據(jù)底板的材料以及散熱片的材料我們通過試驗(yàn)調(diào)節(jié)回流焊的焊接溫度，運(yùn)風(fēng)、 運(yùn)輸速度等解決了 LED散熱器的焊接問題，保證了焊接質(zhì)量，更好的控制散熱器質(zhì)量；（4）制定新的回流焊生產(chǎn)準(zhǔn)則；2）、項(xiàng)目方案確定：（1）回流焊接原理

6、回流焊工藝是通過重新熔化預(yù)先分配到印制板焊盤上的膏狀軟釬焊料，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?；亓骱腹ぷ鞣绞?幾 個(gè)溫區(qū)加熱-錫液化-降溫。從焊膏溫度特性曲線（見圖1）分析回流焊的原理。首先熱管散熱模組進(jìn)入140C160C 的預(yù)熱溫區(qū)時(shí)，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時(shí)，焊膏中的助焊劑潤濕焊盤，焊膏軟 化、塌落，覆蓋了焊盤，將焊盤與氧氣隔離；并使熱管散熱模組得到充分的預(yù)熱，接著 進(jìn)入焊接區(qū)時(shí)，溫度以每秒2-3C國際標(biāo)準(zhǔn)升溫速率迅速上升使焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)，液 態(tài)焊錫在熱管散熱模組零件之間的焊盤潤濕、擴(kuò)散、漫流和回流混合在焊接界面上生成 金屬化合物，形成焊錫接點(diǎn)

7、；最后熱管散熱模組進(jìn)入冷卻區(qū)使焊點(diǎn)凝固（見圖2）。Profite Using 5n62/Pb36/Ag2 or Sn63/Pb37210360Time (Secs)RAMPPRE-HEATSPIKEREFLOWCOOL DOWN183flCMn.: 3D secsMax45 secsfeak Temperaiure Mn. : 2D5=CCooling RateW&n.r CC secsMaji/ 120seE=圖1焊膏溫度特性曲線圖2回流焊機(jī)分區(qū)（2）回流焊接特點(diǎn)a 一般回流焊接特點(diǎn)由于回流焊工藝有再流動(dòng)及自定位效應(yīng)的特點(diǎn)，使回流焊工藝對(duì)貼裝精度要求 比較寬松，比較容易實(shí)現(xiàn)焊接的高度自動(dòng)化與

8、高速度。同時(shí)也正因?yàn)樵倭鲃?dòng)及自定位效 應(yīng)的特點(diǎn)，回流焊工藝對(duì)焊盤設(shè)計(jì)、元器件標(biāo)準(zhǔn)化、元器件端頭與印制板質(zhì)量、焊料質(zhì) 量以及工藝參數(shù)的設(shè)置有更嚴(yán)格的要求?；亓骱甘窃跔t前已經(jīng)有焊料，在爐子里只是把錫膏融化而形成焊點(diǎn)，高溫?zé)犸L(fēng)形成回流 對(duì)元件焊接?；亓骱甘呛纲N片元件的。b熱管散熱模組回流焊接特點(diǎn)熱管散熱模組零件大，比熱容和熱導(dǎo)率都比較大，對(duì)回流焊設(shè)備的爐膛內(nèi)的溫度 變化影響很大，因此升溫時(shí)間比較長。熱管散熱模組焊點(diǎn)在接觸面上且焊盤面積大特殊設(shè)備、特殊工藝、新回流焊生產(chǎn)準(zhǔn)則（3）回流焊接方案SMT是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)工程技術(shù)，其涉及范圍包括基板、設(shè)計(jì)、設(shè)備、元器件、組 裝工藝、生產(chǎn)輔料和管理等。SMT設(shè)備

9、和SMT工藝對(duì)操作現(xiàn)場(chǎng)要求電壓要穩(wěn)定，要防止 電磁干擾，要防靜電，要有良好的照明和廢氣排放設(shè)施，對(duì)操作環(huán)境的溫度、濕度、空 氣清潔度等都有專門要求，操作人員也應(yīng)經(jīng)過專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)?；亓骱缸鳛镾MT生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，合理的溫度曲線設(shè)置是保證回流焊質(zhì)量的關(guān)鍵。 不恰當(dāng)?shù)臏囟惹€會(huì)使PCB板出現(xiàn)焊接不全、虛焊、元件翹立、焊錫球過多等焊接缺陷， 影響產(chǎn)品質(zhì)量。熱管散熱模組回流焊接是路燈質(zhì)量保證的關(guān)鍵工序，同樣合理的溫度曲線設(shè)置是保 證回流焊質(zhì)量的關(guān)鍵；不恰當(dāng)?shù)臏囟惹€會(huì)使熱管散熱模組中的散熱片哈呢接不全、虛 焊、翹起、焊錫球過多等焊接缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。高質(zhì)量的焊接應(yīng)具備以下5項(xiàng)基本 要求：a、適當(dāng)?shù)臒?/p>

10、量適當(dāng)?shù)臒崃恐笇?duì)于所有焊接面的材料，都必須有足夠的熱能使它們?nèi)刍托纬山饘?間界面（IMC），足夠的熱也是提供潤濕的基本條件之一。另一方面，熱量又必須控制 在一定程度內(nèi)，以確保所接觸到的材料（不只是焊端）不會(huì)受到熱損壞，以及IMC層的 形成不至于太厚。再一方面，焊膏的溫度曲線是焊料物理性能圖解，且是回流焊機(jī)溫度 設(shè)置的參考溫度數(shù)值。現(xiàn)熱管散熱模組回流焊接采用的焊料是63Sn/37Pb焊膏，其溫度 曲線特征如圖3所示。圖3 63Sn/37Pb焊膏回流焊溫度曲線圖依據(jù)焊膏發(fā)熱回流焊溫度曲線圖以及回流焊機(jī)設(shè)備特性，確定焊錫膏在散熱器焊接 過程中的溫度曲線上下線（附件1溫度曲線下線確認(rèn)表、附件2溫度曲

11、線上線確認(rèn)表）， 初步確定160W路燈產(chǎn)品中散熱器設(shè)置溫度如表一表一焊接溫度設(shè)定值溫區(qū)溫區(qū)1溫區(qū)2溫區(qū)3溫區(qū)4溫區(qū)5溫區(qū)6溫區(qū)7溫區(qū)8溫區(qū)9溫區(qū)10溫度C245245245245245250255305340210b、良好的潤濕潤濕除了是較好可焊性的象征外，也是形成最終焊點(diǎn)形狀的重要條件。不良的潤濕 現(xiàn)象通常說明焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)不理想，包括IMC的未完整成形以及焊點(diǎn)填充不良等問題。這 些問題都會(huì)影響焊點(diǎn)的壽命。良好的潤濕的保證需要合適的回流風(fēng)速和運(yùn)輸速度配合回流焊接溫度設(shè)定值，依據(jù)焊接 溫度設(shè)定值，設(shè)定熱管散熱模組回流焊接用和運(yùn)輸速度如表二所示：表二運(yùn)速、風(fēng)速設(shè)定值回流風(fēng)速48回流風(fēng)速48運(yùn)輸速度1

12、2.5c、適當(dāng)?shù)暮更c(diǎn)大小和形狀；要焊點(diǎn)有足夠的壽命，就必須確保焊點(diǎn)的形狀和大小符合焊端結(jié)構(gòu)的要求。太小的 焊點(diǎn)其機(jī)械強(qiáng)力不足，無法承受使用中的應(yīng)力，甚至連焊接后存在的內(nèi)應(yīng)力也無法承受。 而一旦在使用中開始出現(xiàn)疲勞或蠕變開裂，其斷裂速度也較快。焊點(diǎn)的形狀不良還會(huì)造 成舍重取輕的現(xiàn)象，縮短焊點(diǎn)的壽命期。好的焊點(diǎn)大小和形狀控制，需要好的錫膏印刷設(shè)計(jì)。根據(jù)底板（圖4）、熱管組件（圖 5）連接部位，設(shè)計(jì)合理的錫膏印刷鋼網(wǎng)，圖4圖53）、回流焊在160W路燈產(chǎn)品中散熱器的焊接應(yīng)用160W路燈產(chǎn)品中散熱器，需要采用回流焊焊接才可以將底板與熱管組件連接在一 起，保證我公司研制的LED路散熱器散熱，讓LED結(jié)溫保持在80 C以下，并確保LED 燈源銅材底座到散熱器的溫差控制在5C之內(nèi)，達(dá)到LED路燈產(chǎn)品所需散熱要求，使得 我公司LED路燈產(chǎn)品與型材散熱燈具相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)（1）燈具結(jié)構(gòu)簡單；（2）燈具重量輕；（3）散熱模組數(shù)量可以隨功率增減變化；（4）燈具造型多樣?；亓骱冈?60W路燈產(chǎn)品中散熱器的焊接應(yīng)用，通過我公司研制的LED路燈產(chǎn)品幾 個(gè)批次的生產(chǎn)，散熱器散熱質(zhì)量有保證，可以有效地控制LED燈具的結(jié)點(diǎn)溫度在80C以 下，在路燈示范工程中應(yīng)用的路燈一年來運(yùn)行非常正常，得到了用戶一致好評(píng)。6、結(jié)論回流焊接技術(shù)應(yīng)用在LED路燈散熱器焊接，