熱風(fēng)回流焊接原理課件

熱風(fēng)回流焊接的原理回流焊接的過程

回流焊的基本原理比較簡單，它首先對PCB板的表面貼裝元件（SMD）焊盤印刷錫膏，然后通過自動貼片機把SMD貼放到預(yù)先印制好錫膏的焊盤上。最后，通過回流焊接爐，在回流焊爐中逐漸加熱，把錫膏融化，稱為回流（Reflow），接著，把PCB板冷卻，焊錫凝固，把元件和焊盤牢固地焊接到一起。在回流焊中，焊盤和元件管腳都不融化。這是回流焊（ReflowSoldering）與金屬融焊（Welding）的不同。

深入的了解回流焊就必須從焊錫膏的作用原理和焊接過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化入手。錫膏的成分主要錫鉛合金的粉末和助焊劑混合而成。在受熱的條件下，融化的焊錫材料中的錫原子和焊盤或焊接元件（主要成分是銅原子）的接觸界面原子相互擴散，形成金屬間化合物（IMC），首先形成的Cu6Sn5，稱n-phase，它是形成焊接力的關(guān)鍵連接層，只有形成了n-phase，才表示有真正的可靠焊接。隨著時間的推移，在n-phase和銅層之間中會繼續(xù)生成Cu3Sn，稱為∈-phase，它將減弱焊接力量和減低長期可靠性。在焊點剖面的金相圖中，可以清楚地看到這個結(jié)構(gòu)。

金屬間化合物是焊點強度的關(guān)鍵因素，因此許多人員專門研究金屬間化合物的變化對焊點的長期可靠性帶來的影響.

為了保護焊盤或元件管腳的可焊性，一般它們表面都鍍有錫鉛合金層或有機保護層。對非銅的金屬材料的管腳一般在管腳鍍層和金屬之間加有鍍鎳層作為阻斷層防止金屬擴散。這個鎳鍍層還用來阻擋與焊錫不可焊或不相容的金屬與焊錫層的接觸。另一個有關(guān)鍍層的問題是關(guān)于鍍金層的問題，有文章指出如果焊點中金的成分達到3~4%以上，焊點有潛在的脆性增大的危險。2.2回流焊溫度曲線

要得到好的回流焊接效果必須有一個好的回流溫度曲線（Profile）。那么什么是一個好的回流曲線呢？一個好的回流曲線應(yīng)該是對所要焊接的PCB板上的各種表面貼裝元件都能夠達到良好的焊接，且焊點不僅具有良好的外觀品質(zhì)而且有良好的內(nèi)在品質(zhì)的溫度曲線。2.2.1回流爐的參數(shù)設(shè)定

要得到一個爐溫曲線首先應(yīng)給回流爐一個參數(shù)設(shè)定?；亓鳡t的參數(shù)設(shè)定一般稱為Recipe。Recipe一般包括爐子每區(qū)的溫度設(shè)定，傳送帶帶速設(shè)定，以及是使用空氣還是氮氣。

設(shè)定一個回流曲線要考慮的因素有很多，一般包括：所使用的錫膏特性，PCB板的特性，回流爐的特點等。下面分別討論。2.2.2錫膏特性與回流曲線的重要關(guān)系

錫膏特性決定回流曲線的基本特性。不同的錫膏由于助焊劑（Flux）有不同的化學(xué)組分，因此它的化學(xué)變化有不同的溫度要求，對回流溫度曲線也有不同的要求。一般錫膏供應(yīng)商都能提供一個參考回流曲線，用戶可在此基礎(chǔ)上根據(jù)自己的產(chǎn)品特性優(yōu)化。圖11是一個典型的Sn63/Pb37錫膏的溫度回流曲線[6]（P3-7）。以此圖為例，來分析回流焊曲線。它可分為4個主要階段：1）把PCB板加熱到150℃左右，上升斜率為1-3℃/秒。稱預(yù)熱（Preheat）階段；2）把整個板子慢慢加熱到183℃。稱均熱（Soak或Equilibrium）階段。時間一般為60-90秒。3）把板子加熱到融化區(qū)（183℃以上），使錫膏融化。稱回流（ReflowSpike）階段。在回流階段板子達到最高溫度，一般是215℃+/-10℃?；亓鲿r間以45-60秒為宜，最大不超過90秒。4）曲線由最高溫度點下降的過程。稱冷卻（Cooling）階段。一般要求冷卻的斜率為2-4℃/秒。

回流階段，溫度繼續(xù)升高越過回流線，錫膏融化并發(fā)生潤濕反應(yīng)，開始生成金屬間化合物層。到達最高溫度，然后開始降溫，落到回流線以下，焊錫凝固。回流區(qū)同樣應(yīng)考慮溫度的上升和下降斜率不能使元件受到熱沖擊?；亓鲄^(qū)的最高溫度是由PCB板上的溫度敏感元件的耐溫能力決定的。在回流區(qū)的時間應(yīng)該在保證元件完成良好焊接的前提下越短越好，一般為30-60秒最好，過長的回流時間和較高溫度，如回流時間大于90秒，會造成金屬間化合物層增厚，影響焊點的長期可靠性

冷卻階段的重要性往往被忽視。好的冷卻過程對焊接的最后結(jié)果也起著關(guān)鍵作用。好的焊點應(yīng)該是光亮的，平滑的。而如果冷卻效果不