Reflow锡膏工艺

1、Reflow錫膏工艺锡膏的粘度太低时不但所印膏体定位困难（至少保持23小时不变形 ）且很容易造成坍塌及熔焊后的搭桥短路由于其粘度又与环境温度有直接的关系故未操作使用时应储存 在冰箱中（还可以吸湿）从实验结果得知每上升4时其粘度值即下降10因而锡膏的印刷及零件的放置区其室温的降低及稳定是何等重要了且零件放置前及引脚粘妥后的预热温度与时间均不宜过关以减少短路与锡球的发生再者溶剂含量也是造成不良锡球原因之一溶剂太多自然容易出现焊后搭桥而当助焊剂之软化点（Softening Point）太低时搭桥比例也会增大但若其软化点太高时则分子量必大在内聚力加强之下将使之不易分散及清洗早先仍流行清洗的年代锡膏熔焊

2、后发生锡球的烦恼尚不很严重只要体积不是太小（5MIL以上）引脚密度不是太密者都可以被冲洗干净然而自从服从环保的要求推动“免洗“制程之下熔焊后所出现的大小锡球的附着都成了痛苦的梦魇追究其原因而着手解决数种办法不少现介绍一些实用者如下1. 锡膏印着量太多或印着位置偏移以致造成溅出者可从减小开口面积减薄钢板的厚度以改善对准度方面减少所带来的锡球2. 锡膏中溶剂太多或吸水后粘度降低（应降低印刷现场的湿度与锡膏在钢板上停留的时间）造成熔合时的溅出者减少其溶剂与吸水即可3. 配方中较小粒径的锡粉太多一旦未能熔合成为主体者即可能被排除在外而成锡球4. 氧化物太多或灰尘之吸附造成焊锡性不良在不易熔合成主体下即

3、有部分焊料会飞散出去5. 预热过度常造成氧化增加粘度降低须认真作实验选出最好的升温曲线或因事先放置零件时踩脚力量过大也会造成锡球6. 板面绿漆本身硬化不足造成锡溅粒子容易附着可采棉花沾二氧甲烷CH2CL2去擦拭绿漆表面观察是否掉色即大概知晓绿漆的硬化情形7. 电路板SMT焊垫之表面处理层（如喷漆OSP护铜剂化镍与浸银或浸锡等）其等不同状况也会影响到锡球的多其中以喷锡板的锡球较多4热量分布不均匀一块PCB板上有许多大的吸热组件热量分布十分不均匀这样曲线需要被长另外在熔点以上温度利用增大底部加热建立温度平衡为了减少金属化合物的形成和碳化反应峰值温度可考虑降低一些参照图5氮气回流在浸润区时间内因为空

4、气中的氧气导致氧化现象如果在N2气下回流时氧化因素就减少我们就可以忽略优化曲线时氧化因素6气流率一些压迫空气对流炉的设计利用了十分高的空气气流率来传递效率这经常导致冷焊和少锡现象如果不减少气流率通过曲线缩短加热时间来帮助减少不良7曲线的调节最佳的炉温曲线的特点就是回流焊技术的功能当热效率或热控率与压迫式对流回流焊系统的效率不同时那么所要求的升温速率的时间浸润区操作时间和所有的加热时间都要被调节我们在文章中描述的最佳曲线都将被建议作为一个起点来使用我们在监控温度滑坡和焊接不良改善的过程中检验它的适用性例如一个非常大的温度滑坡被改善了然而这个回流焊炉可利用的热效率又不足够时我们需要长浸润区的时间结

5、论根据对不良品缺陷的机械分析炉温曲线的设计是为了促进焊接效果通常升温速率低的曲线可以减少热塌陷短路立碑偏移包焊开路锡以及元器件的破裂等不良缩减吸热区（浸润区）可减少空焊冷焊锡开路等不良使用低峰值的曲线可减少碳化分层金属化合L假焊和空焊等不良降温区使用快速冷却的曲线可以帮助减少金属化合碳人L53页通过缺陷分析获得优化回流曲线概述根据对不良品缺陷的机械分析炉温曲线的设计优化是可获得良好的焊接效果通常1. 升温速率低的曲线可以减少热塌陷短路立碑偏位包焊开路锡沫锡以及元器件的破裂等不良2. 缩减吸热区（浸润区）可减少空焊冷焊锡开路等不良3. 使用低峰值的曲线可减少碳化分层金属化合萃化假焊和空焊等不良4

6、. 降温区使用快速冷却的曲线可以帮助减少金属化合碳化萃化假焊焊接颗粒尺寸等5. 降温区采用缓慢冷却的曲线可以促进焊锡或焊盘的连接由此得出的最佳曲线应该是i 在175前缓慢上升i 温度在2030秒逐步上升并超过180i 迅速上升并达到220i 温度迅速下降i 传统的炉温曲线受到过去回流焊技术的限制因此要执行一个完美的曲线需要可控制且有高效的热率的回流焊技术的支持气相回流焊可以提供快速加热但热效率却难以控制而红外线回流焊可以控制热率但它受到组件特征的局限但是压迫式空气对流回流焊技术的出现可以实现高效可控的热率同时又可以满足不同特征的元器件因此我们可以实现最佳的回流焊曲线i 关键词回流曲线缺陷松香锡

7、浆焊接对流红外线气相SMT介绍1. 在SMT的PCBA过程中将焊膏进行回流焊是形成焊点的主要方法通常条件适合回流焊工艺便可做到高产出高性能低损耗在所有工艺因素中回流焊曲线是最重要的一个环节之一它直接决定着焊接的不良率通常受到回流曲线影响的不良现象有组件断裂立碑移位锡锡沫冷焊短路假焊空焊包焊碳化分层L浸润不良等等因此为了实现高产出高可靠性设计合适的曲线是非常重要的2. 通常回流焊曲线大体分为3个重要部分A峰值温度B加热阶C冷却阶段每一部分都影响着焊接的效果依据缺陷的机械分析我们将集中讨论如何设计曲线的每一个部分尽量减少不良增大产品的可靠性每一部分松香作用在SMT工业中焊接通常是伴随着松香清洁金属

8、氧化物开始的然后随着焊锡的浸润形成焊点因此在讨论曲线的认定前我们非常有必要了解一下松香作用的时间和温度要求1. 松香作用的时间温度要求i 依据图1所示松香作用通常被浸润的时“S“决定短时间的浸润体现了松香快速作用同样我们可以通过考查焊膏的接合回流等行为来研究松香作用另外焊膏快速的接合工艺需要快速的松香反应配合i 焊膏的回流可以在很短的时间内完成这种现象很容易验证我们将一点6337的焊膏丝印在一个铜箔上接着将试样放到一个有适合温度的热盘上焊膏的回流展仅仅在几秒内就会完成i 焊膏快速的回流和松香作用可以通过考查松香的浸润时间来验证列表1显示了来自四个公司6337焊膏的四种不同松香ABCD在200和

9、240的浸润时间铜箔试样被放在100的空气对流炉中3个小时用来模拟焊接的恶劣环境在这次研究中使用的焊锡为6337和6236AG2结果显示在设计的温度下浸润大约为几秒钟因此可以推定松香反应不需要很多秒钟当温度上升到200或更高时简单地说快速加速曲线足以完成松香作用并产生满意的回流和浸润2温度低于熔点温度时松香的作用为了了解在低于熔点温度时松香反应作用我们测量了四种低熔点RMA焊膏中的松香F1F2F3F4的浸润时间显然这种低熔点焊锡浸润时间比6337共晶焊锡长但是不同的温度下测试出的浸润时间反映出合适温度促进松香的作用率结果参照图2浸润时间和温度成反比例至少在150240范围之间满足这个规律在15

10、0时浸润时间为12秒在210240时的时间要长因此我们可作出如下推断（1）温度是影响松香6作用的一个重要因素（2）相同的浸润时间温度高低对松香作用的效果影响微乎其微第二部分峰值温度1冷焊及较差浸润回流焊的峰值温度的偏差受到所装配的PCB和元器件的影响因为自然界不同物质的影响焊膏连接的时间比我们作浸润的测试的时间要长因此最低的峰值温度应比焊锡的熔点温度高出30如果峰值温度过低有机会造成冷焊或润湿不良如果使用的是6337共晶焊锡其最低的峰值温度大约是2102碳化分层金属合金最高的峰值温度大约是235如若不然胶纸板的碳化和分层还有塑料元器件将被担忧而且大量的金属化合物的形成将会导致焊点脆弱3萃化萃化

11、涉及到混合物的应用当过量的金属被析取到焊锡中萃化的程度将由峰值温度确定我们可以使用较低的峰值温度减少萃化如果缩短超过液相温度的时间也可以帮助减少萃化第三部分冷却阶段1金属化合物最佳的冷却阶段很容易被确定在熔点温度以上时缓慢的降温将会导致过量的金属化合物产生想降低金属化合物的产生必须选用快速降温2焊接颗粒大小缓慢的降温经常受到退火的影响而导致焊点有较大的颗粒结构这主要涉及温度的范围在熔点温度和稍低一点之间较大的颗粒结构表现了较差的阻抗是我们所有期望的如果使用较快的降温我们就可以获得好的颗粒结构然而减少快速降温的影响必须增大温度问题间隙50的温度间隙足以使退火的影响显得微不足道3内部压力导致组件破

12、裂最大的降温速率取决于元器件承受热冲击的能力如电容之类的元器件降温速率大约是4SEC4焊点变形回流焊炉降温部分的机械结构是典型的压迫冷气操作一个快速的冷却需要使用非常快速的冷气吹风到熔化的焊点上通常会导致焊点变形一般来讲如果降温速率不超过4SEC焊点变形就会微不足道5内部压力焊锡和焊盘分离降温速率同样影响焊盘和PCB之间分离或者焊点与焊盘分离一个快速的降温将导致在元器件和PCB板之间产生一个很大的温度坡从而导致热张力不平衡这将在焊点上产生一个很大的内部压力从而导致焊点从PCB的焊盘上脱落例如在有些情况下BGA焊点的一角从PCB焊盘脱离第四部分加热阶段也许加热阶段是回流焊曲线中最复杂的一部分和冷

13、却阶段一样相关因素包括时间和温度1塌陷和短路短路是塌陷的直接结果因此我们将集中讨论焊膏的塌陷因为塌陷仅仅发生在焊膏状态因此在温度的讨论上将在焊锡熔点温度以下通常我们用增加温度加强分子的热力运动来降低化合材料的粘度在高温下降低粘度自然会产生塌陷另一方面增加温度将会蒸发松香中的熔剂导致固体成发增多粘度增加这两个相对的作用热力作用和熔剂挥发作用的范例参照图3另外热力作用是物质固有的特性它只受温度而不受时间的影响因此升温速率对它没有影响而熔剂挥发是一个运动学现象它将受升温速率的影响溶剂的汽化率和热量和溶剂的温度成正比溶剂挥发的数量和产品的汽相特性和汽相的时间成正比换句话说溶剂的总挥发量取决于温度和时间

14、因此可以调校回流焊的升温速率在慢的升温速率时焊膏的粘度高于快升温速率时的粘度因为任何温度的提升都导致大量熔剂挥发所以应用一个合适的慢升温率的曲线溶剂挥发的作用会掩盖热力的作用这将导致粘度降低的很少甚至有温度增加粘度增大的结果参照图4因此塌陷随着降低升温速率而减少参照图5通常建议由室温到熔点温度之间升温速率为051SEC2. 锡沫锡沫的产生是在预热阶段由于松香的除气作用（内部散发出气体物质）超过了焊膏本身的粘着力而除气作用促使了焊膏在低空间元器件下面形成了隔离带回流时隔离的焊膏被融化并从组件底部浮现出来进而形成锡沫除气作用可以控制焊锡软融前的加热阶段来改善在较慢的升温率曲线中松香的除气作用由扩散形式代替了严格蒸馏形式因此可以防止由除气作用形成的焊膏隔离带避免锡沫的形成3包焊包焊现象是指焊锡在浸润元器件脚时底部从焊点位置位置移开在这个范围内形成开路或缺口主要原因为在焊锡软融阶段组件脚的温度高于焊盘温度防止此类现象的方法是使用更多的底部加热或在熔融阶段使用较慢的升温率如果这样零件脚和焊盘在焊锡浸润前就可以达到温度平衡一旦焊锡浸润到焊盘上通过焊锡切片分析焊接将非常稳定并且不再受到升温速度的局限4立碑和偏位立碑和偏位由于元器件两端未充分浸润而引起的类似于包焊我们可以使用较慢的升温速率