回流焊原理以及工艺设计

1、回流焊机原理以及工艺1.什么是回流焊回流焊是英文Reflow是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料，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。回流焊是将元器件焊接到PCB板材上，回流焊是对表面帖装器件的。回流焊是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接；之所以叫回流焊是因为气体在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的。回流焊机原理分为几个描述：（回流焊温度曲线图）A.当PCB进入升温区时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离。B.

2、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。C.当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点。D.PCB进入冷却区，使焊点凝固此；时完成了回流焊。2.回流焊机流程介绍回流焊加工的为表面贴装的板，其流程比较复杂，可分为两种：单面贴装、双面贴装。A，单面贴装：预涂锡膏 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） 回流焊 检查及电测试。B，双面贴装：A面预涂锡膏 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） 回流焊 B面预涂锡膏 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） 回流焊

3、检查及电测试。回流焊的最简单的流程是丝印焊膏-贴片-回流焊，其核心是丝印的准确，对贴片是由机器的PPM来定良率，回流焊是要控制温度上升和最高温度及下降温度曲线。回流焊机工艺要求回流焊技术在电子制造领域并不陌生，我们电脑内使用的各种板卡上的元件都是通过这种工艺焊接到线路板上的。这种工艺的优势是温度易于控制，焊接过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。这种设备的内部有一个加热电路，将氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。1.要设置合理的再流焊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

4、.必须对首块印制板的焊接效果进行检查。5.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。影响工艺的因素:1.通常PLCC、QFP与一个分立片状元件相比热容量要大，焊接大面积元件就比小元件更困难些。2.在回流焊炉中传送带在周而复使传送产品进行回流焊的同时，也成为一个散热系统，此外在加热部分的边缘与中心散热条件不同，边缘一般温度偏低，炉内除各温区温度要求不同外，同一载面的温度也差异。3.产品装载量不同的影响。回流焊的温度曲线的调整要考虑在空载，负载及不同负

5、载因子情况下能得到良好的重复性。负载因子定义为： LF=L/(L+S);其中L=组装基板的长度，S=组装基板的间隔。回流焊工艺要得到重复性好的结果，负载因子愈大愈困难。通常回流焊炉的最大负载因子的范围为0.50.9。这要根据产品情况（元件焊接密度、不同基板）和再流炉的不同型号来决定。要得到良好的焊接效果和重复性，实践经验很重要的。3.回流焊机技术有那些优势？ （1）再流焊技术进行焊接时，不需要将印刷电路板浸入熔融的焊料中，而是采用局部加热的方式完成焊接任务的；因而被焊接的元器件受到热冲击小，不会因过热造成元器件的损坏。（2）由于在焊接技术仅需要在焊接部位施放焊料，并局部加热完成焊接，因而避免了

6、桥接等焊接缺陷。（3）再流焊技术中，焊料只是一次性使用，不存在再次利用的情况，因而焊料很纯净，没有杂质，保证了焊点的质量。4.回流焊机的注意事项1.为确保人身安全，操作人员必须把厂牌及挂饰摘下，袖子不能过于松垮。2操作时应注意高温，避免烫伤维护3.不可随意设置回流焊的温区及速度4.确保室内通风，排烟筒应通向窗户外面。5.回流焊机设备保养制度我们在使用完了回流焊之后必须要做的保养工作；不然很难维持设备的使用寿命。1日常应对各部件进行检查，特别注意传送网带，不能使其卡住或脱落2 检修机器时，应关机切断电源，以防触电或造成短路3机器必须保持平稳，不得倾斜或有不稳定的现象4遇到个别温区停止加热的情况，

7、应先检查对应的保险管是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏.回流焊温度曲线与工艺要求发布时间：2017-06-16新闻来源：在回流焊接过程中，调整好回流焊炉温度曲线是关键。合理设置各温区的温度、轨道传输速度等参数，使炉膛内的焊接对象在传输过程中所经历的温度按理想的曲线规律变化，是保证回流焊接效果与质量的关键。 回流焊温度曲线回流焊温度曲线的测试是通过温度记录测试仪器进行的，仪器一般由多个热电偶与记录仪组成，几个热电偶分别固定在大小器件引脚处、BGA芯片下部、电路板边缘等位置，连接记录仪，一起随电路板进入炉膛，记录时间-温度参数。在炉子的出口取出后，把参数送入计算机，用专用软件描绘出曲线，进行

8、分析。回流焊温区位置1回流焊预热阶段温度曲线调整： 预热是为了使焊膏活性化，及避免浸锡时进行急剧高温加热引起部品不良所进行的加热行为。该区域的目标是把室温的PCB尽快加热，但升温速率要控制在适当范围以内，如果过快，会产生热冲击，电路板和元件都可能受损，过慢，则溶剂挥发不充分，影响焊接质量。由于加热速度较快，在温区的后段SMA内的温差较大。为防止热冲击对元件的损伤，一般规定最大升温速度为4/S，通常上升速率设定为13/S。2回流焊保温阶段温度曲线调整： 保温阶段的主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定，尽量减少温差。在这个区域里给予足够的时间，使较大元件的温度赶上较小元件，并保证焊膏中的助焊剂

9、得到充分挥发。到保温段结束，焊盘，焊料球及元件引脚上的氧化物在助焊剂的作用下被除去，整个电路板的温度也达到平衡。应注意的是SMA上所有元件在这一段结束时应具有相同的温度，否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。3回流焊的回流阶段温度曲线调整： 当PCB进入回流区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态。有铅焊膏63sn37pb的熔点是183，无铅焊膏96.5Sn3Ag0.5Cu的熔点是217。在这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的温度快速上升至峰值温度。再流焊曲线的峰值温度通常是由焊锡的熔点温度、组装基板和元件的耐热温度决定的。在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同，

10、一般无铅最高温度在230250，有铅最高温度在210230。峰值温度过低易产生冷接点及润湿不够；过高则环氧树脂基板和塑胶部分焦化和脱层易发生，而且过量的共晶金属化合物将形成，并导致脆的焊接点，影响焊接强度。再流时间不要过长，以防对SMA造成不良影响。4回流焊冷却阶段温度曲线调整： 在此阶段，温度冷却到固相温度以下，使焊点凝固。冷却速率将对焊点的强度产生影响。冷却速率过慢，将导致过量共晶金属化合物产生，以及在焊接点处易发生大的晶粒结构，使焊接点强度变低，冷却区降温速率一般在4/S左右，冷却至75即可。锡膏特性与回流焊曲线关系发布时间：2017-05-31新闻来源：锡膏特性决定回流曲线的基本特性。

11、不同的锡膏由于助焊剂（Flux）有不同的化学成分，因此它的化学变化有不同的温度要求，对回流温度曲线也有不同的要求。一般锡膏供应商都能提供一个参考回流曲线，用户可在此基础上根据自己的产品特性优化。 下图是一个典型的Sn63/Pb37锡膏的温度回流曲线。 以此图为例，来分析回流焊曲线。它可分为4个主要阶段：回流焊温度曲线1）把PCB板加热到150左右，上升斜率为1-3 /秒。 称预热（Preheat）阶段；2）把整个板子慢慢加热到183 。称均热（Soak或Equilibrium）阶段。时间一般为60-90秒。3）把板子加热到融化区（183 以上），使锡膏融化。称回流（Reflow Spike）阶

12、段。在回流阶段板子达到最高温度，一般是215 +/-10 。回流时间以45-60秒为宜，最大不超过90秒。4）曲线由最高温度点下降的过程。称冷却（Cooling）阶段。一般要求冷却的斜率为2 -4/秒。锡膏在回流焊预热阶段：回流焊预热阶段是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发走。锡膏中助焊剂的主要成分包括松香，活性剂，黏度改善剂，和溶剂。溶剂的作用主要作为松香的载体和保证锡膏的储藏时间。预热阶段需把过多的溶剂挥发掉，但是一定要控制升温斜率，太高的升温速度会造成元件的热应力冲击，损伤元件或减低元件性能和寿命，后者带来的危害更大，因为产品已流到了客户手里。另一个原因是太高的升温速度会造成锡膏的塌陷，引起短路

13、的危险，尤其对助焊剂含量较高（达10%）的锡膏。锡膏在回流焊均热阶段：回流焊均热阶段设定主要应参考焊锡膏供应商的建议和PCB板热容的大小。因为均热 阶段有两个作用，一个是使整个PCB板都能达到均匀的温度，均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击，以及其它焊接缺陷如元件翘起，某些大体积元件冷焊等。均热阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应，增大焊件表面润湿性能（及表面能），使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。由于均热段的重要性，因此均热时间和温度必须很好地控制，既要保证助焊剂能很好地清洁焊面，又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉。助焊剂要保留到回流焊阶段是必需的，它能促进

14、焊锡润湿过程和防止焊接表面的再氧化。尤其是目前使用低残留，免清洗（no-clean）的焊锡膏技术越来越多的情况下，焊膏的活性不是很强，且回流焊接的也多为空气回流焊，更应注意不能在均热阶段把助焊剂消耗光。锡膏在回流焊的回流阶段：温度继续升高越过回流线，锡膏融化并发生润湿反应，开始生成金属间化合物层。到达最高温度，然后开始降温，落到回流线以下，焊锡凝固。回流区同样应考虑温度的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击。回流区的最高温度是由PCB板上的温度敏感元件的耐温能力决定的。在回流区的时间应该在保证元件完成良好焊接的前提下越短越好，一般为30-60秒最好，过长的回流时间和较高温度，如回流时间大于90秒，会造成金属间化合物层增厚，影响焊点的长期可靠性 。锡膏在回流焊冷却阶段：回流焊冷却阶段的重要性往往被忽视。好的冷却过程对焊