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              深度解讀-回流爐溫度曲線與焊接質量的關系

              分類:
              新聞中心
              發布時間:
              2020/05/20 14:08
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              【摘要】:
              優諾----行業焊錫研發生產領先企業,全面的焊錫產品以及專業技術支持,歡迎交流!

              回流焊是SMT生產線中重要工藝環節,它是一種自動群焊過程,其焊接質量的優劣直接影響到產品的質量和可靠性,對于數字化的電子產品,產品的質量幾乎就是焊接的質量。焊接質量受許多參數的影響,如錫膏、基板、元器件可焊性、印刷質量、貼裝精度以及焊接工藝等,要控制好回流焊,我們都已知道關鍵是設定回流爐的爐溫曲線,恰當的溫度曲線可以避免或減少部品爆裂、豎立、沾錫粒、短路、假焊以及生半田、PCB脫層起泡等諸多常見的焊接缺陷。如何設定回流爐溫度曲線呢?首先需要我們對所使用的錫膏中金屬成分與熔點、助焊劑的活性溫度等特性有一較詳細的了解(現在我們都以客戶提供的曲線條件為依據來打印);對回流爐的結構,包括加熱溫區的數量、熱風系統、控溫精度、加熱區的長度、冷卻區特點、傳送系統等應有一個全面認識;以及對焊接對象---表面貼裝組件(SMA)尺寸材質、元件大小及其分布了解清楚。不難看出,回流焊是SMT工藝中復雜而又關鍵的一環,它涉及到材料、設備、熱傳導、焊接等多方面的知識。

               

              下面我們從分析典型的焊接溫度曲線入手,較為詳細地介紹如何恰當的設定回流爐溫度曲線,以減少并解決生產中的諸多不良缺陷。

               

              一. 回流爐的一般結構及組成部分

              回流爐由六大部分組成:加熱裝置,鼓風機,傳送裝置,排氣系統,冷卻系統,電器及控制系統。

               

              1.加熱裝置(發熱管,即溫區)

              通常我們根據SMA浸錫的要求及過程分為四個區:預熱,保溫,回流,冷卻。一般由兩個或以上預熱保溫區,一個或一個以上回流加熱區組成,冷卻區在后部,各區無特定界線。

               

              2.鼓風機(亦可作為加熱裝置的一部分)

              即幾臺旋轉的電扇,使爐內空氣形成環流,環流空氣吸收發熱管發出的熱量,使溫區間各點熱量趨向均衡。鼓風機轉數越快,發熱管發出的熱量擴散的就越快,在爐內同一點的溫度也會越高,即鼓風機的頻率與爐溫成正比。這就是我們常說的熱風焊接,(紅外線加熱,紅外+熱風(組合),氣相焊(VPS,)熱型芯板(很少采用))

               

              3.傳送裝置(輸送網帶,輸送鏈條)

              是將實裝工程之半成品,從回流爐入口按一定速度輸送到回流爐出口的傳動裝置之一,當貼裝上零部件的基板從出口出來時,它的浸錫過程也就結束了.

               

              4.排氣系統

              在回流爐的入口及尾部,各裝有一組排氣通道與車間外面的抽風機相連,使爐內強制冷卻后的廢氣(如錫膏中溶劑助焊劑的揮發物及水蒸汽等)通過該排氣通道排出車間外。

               

              5.冷卻系統

              冷卻系統主要是通過多組多翼扇的強制冷卻,使浸錫后的焊錫溫度按要求快速降低并凝固.有的多溫區后部還加有單獨的冷卻區,用以得到良好的冷卻效果。

               

              6.電器及控制系統

              現今大多數都使用電腦直接操作設定回流爐參數。

              從實踐中我們對回流爐的操作調試來看,我們改變回流溫度曲線的方式主要就是對各溫區溫度,傳送速度,鼓風機頻率(即轉速)這三個方面的設定值進行調節。

               

              二. 回流溫度曲線及其回流焊接過程

              回流溫度曲線反映了表面貼裝基板及元器件(SMA)通過回流爐時,PCB上某一點的溫度隨時間變化的曲線關系,它能直觀反映出該點在整個焊接過程中的溫度變化情況,為獲得最佳焊接效果提供了數據。從事SMT焊接的工程技術人員,應對理想的溫度曲線有一個基本的認識。

               

              1)回流溫度曲線的兩種常用模式:(溫度為PCB上測試點的實際打印溫度。無鉛錫膏回流溫度根據品種不同有所提高)

               

              ①升溫—保溫方式(傳統溫度曲線)

              說明:由起始快速溫度上升至140~170℃范圍內某一預熱溫度并保持,溫度持平40~120S左右當作預熱區,然后再快速升溫至回流區,保持短時間后又迅速冷卻進入冷卻區(溫度變化速率要求在4℃/sec以下)。(其保持能力要根據回流爐結構性能而定)

              特點:一般都取較低的預熱溫度,因而對部品高溫影響?。ńo部品應力?。┕士裳娱L其加熱時間,以便達到助焊劑的活性化。同時因為從預熱區到回流區,其溫度上升較為激劇,易使錫膏因快速熔融而致移位,且助焊劑活性化溫度也相對較低。

               

              ②逐步升溫方式(最佳溫度曲線):

              說明:以慢的上升率(0.5~1℃/sec)加熱直到大約175℃,然后在20~30S內再以2.5~3.5℃/sec梯度快速上升到220℃左右,最后以不超過4℃/sec的速率快速冷卻下降。其管理要點是保持一定的預熱溫度上升率,預熱的終點接近錫的熔點溫度。

               

              特點:部品不受激劇的溫度變化,助焊劑的活性化溫度可以設定較高,但助焊劑的活性化時間短,同時預熱溫度高而使部品受高溫影響。

               

              由于基板結構及其元件吸熱性的差異,以及設備可控制加熱率的限制,在穿過回流爐的基板不同點溫度仍然會存在差異,借由一個減少溫度梯度的高原形式的平衡區,在熱點溫度到焊錫溶點溫度以下時,保持此溫度一段時間,則冷點溫度將有力趕上它,在每個元件達到相同溫度之后,另一個快溫升程序將使元件上升到峰值溫度,這樣可有效避免局部生半田或局部高溫焦化的現象。

              另一方面,前者高原結構的獲得,則在室溫至恒溫預熱段以及恒溫段至焊錫熔融段必然會出現一個快速升溫的過程,而此快速升溫過程對因濺落而引起的沾錫粒,在焊錫融點前部品兩側潤濕不平衡而引起翹件等不良又有密切關系,很多品質問題都希望在室溫到焊錫溶點之間采用線性上升加熱溫度曲線來預防消除。

              綜合以上兩種曲線的回流焊特點我們對有鉛錫回流溫度曲線的一般要求如下圖:

              2)錫膏的回流焊接過程

              熱風回流焊過程中,錫膏需經過以下幾個階段:溶劑揮發;焊劑清除焊件表面的氧化物;錫膏的熔融、再流動以及錫膏的冷卻、凝固。

              對應回流爐各溫區:A預熱區:錫膏中溶劑揮發;B均溫區:助焊劑去除氧化物,蒸發多余水分;C回焊區:焊錫熔融;D冷卻區:合金焊點形成,零件腳與焊盤接為一體。

              a——使錫膏以及母材料表面形成酸化膜。

              b——加熱而溶化的錫膏中的錫和鉛能自由移動,容易向銅箔內擴散,

              c——由于錫水的作用,能除去錫膏以及母材表面的酸化膜, 使錫膏的金屬原子直接反應。

              d——錫膏中錫原子向母材中擴散同母材之間形成合金層, 同時母材金屬原子也溶入溶化的錫中, 形成合金,待冷卻后浸錫便完成了。

              錫向Cu滲入的浸錫流程(在手工烙鐵焊中我們可感知這一過程:加熱-焊劑作用-錫膏熔融-銅箔浸錫-冷卻凝固)

               

              回流焊接工藝分區

              ①預熱區

              目的:使PCB和元器件預熱 ,達到平衡,同時除去錫膏中的水份、溶劑,以防錫膏發生塌落和焊料飛濺。要保證升溫比較緩慢,溶劑揮發較溫和,對元器件的熱沖擊盡可能小,升溫過快會造成對元器件的傷害,如會引起多層陶瓷電容器開裂。同時還會造成焊料飛濺形成錫粒以及焊料不足的焊點錫少。

              預熱溫度:依使用錫膏的種類及廠商推薦的條件設定。一般設定在80~160℃范圍內使其慢慢升溫(最佳曲線);而對于傳統曲線恒溫區在140~160℃間,(注意溫度高則氧化速度會加快很多)預熱溫度太低則助焊劑活性化不充分。

              預熱時間視PCB板上熱容量最大的部品、PCB面積、PCB厚度以及所用錫膏性能而定。一般在80~160℃預熱升溫段內時間為60~120sec,由此有效除去錫膏中易揮發的溶劑,減少對元件的熱沖擊,同時使助焊劑充分活化,并且使溫度差變得較小。

              預熱段溫度上升率:就加熱階段而言,溫度范圍在室溫與溶點溫度之間慢的上升率可望減少大部分的缺陷。對最佳曲線而言推薦以0.5~1℃/sec的慢上升率,對傳統曲線而言要求在3~4℃/sec以下進行升溫較好。

              SMT段因Reflow Profile設置不當,在快速升溫降溫時可能會引起元件發生微裂,主要在預熱區,冷卻區。

               

              ②保溫區(預熱區的后階段,同屬于回流焊的預熱階段)

              目的:減少元件間的熱不平衡現象;保證在達到再流溫度之前焊料能完全干燥,同時還起著焊劑活化的作用,清除元器件、焊盤、焊粉中的金屬氧化物。保溫區溫度范圍一般在140~170℃,時間約60~120秒,根據焊料的性質有所差異。

               

              ③回流區(再流焊區)

              目的:錫膏中的焊料開始熔化,流動狀態的焊料與助焊劑有潤濕作用,這種潤濕作用導致焊料進一步擴展,對大多數焊料潤濕時間為60~90秒。(有時也將該區域分為兩個區,即熔融區和再流區。)

              回流曲線的峰值溫度即再流焊的溫度通常是由焊錫的熔點溫度、組裝基板和元件的耐熱溫度決定的,一般最小峰值溫度大約在焊錫熔點以上20-30℃左右(對于目前Sn63 - pb焊錫,183℃熔融點,則最低峰值溫度約210℃左右)。峰值溫度過低就易產生冷接點及潤濕不夠,熔融不足而致生半田,一般最高溫度約235℃,過高則環氧樹脂基板和塑膠部分焦化和脫層易發生,(過高時過多的共界金屬化合物將形成,并導致脆的焊接點,影響焊接強度。)

              ·超過焊錫溶點以上的時間:(由于共界金屬化合物形成率、焊錫內鹽基金屬的分解率等因素,其產生及濾出不僅與溫度成正比,且與超過焊錫溶點溫度以上的時間成正比,為減少共界金屬化合物的產生及濾出)超過熔點溫度以上的時間必須減少,一般設定在45~90秒之間,此時間限制需要使用一個快速溫升率,從熔點溫度快速上升到峰值溫度,同時考慮元件承受熱應力因素,上升率須介于2.5~3.5℃/see之間,且最大改變率不可超過4℃/sec。

               

              ④冷卻區

              焊料隨溫度的降低而凝固。使元件與焊料形成良好的接點,冷卻速度要求同預熱速度大致相同。一般情況下可容許的最大冷卻率是由元件對熱沖擊的容忍度決定的。冷卻區降溫速率一般在4℃/S左右,冷卻至75℃即可。

              (高于焊錫熔點溫度以上的慢冷卻率將導致過量共界金屬化合物產生,以及在焊接點處易發生大的晶粒結構,使焊接點強度變低,此現象一般發生在熔點溫度和低于熔點溫度一點的溫度范圍內。同時,快速冷卻將導致元件和基板間太高的溫度梯度,產生熱膨脹的不匹配,導致焊接點與焊盤的分裂及基板的變形。)

               

              如以中溫錫膏Sn63的回流焊曲線圖為例(圖1),該曲線由四個區間組成,即預熱區、保溫區/活性區、回流區、冷卻區,前三個階段為加熱區,最后一階段為冷卻區,我們所遇到的大部分錫膏都能用與這四個溫區相似的曲線成功實現回流焊。

                                     圖1  Sn63理想的溫度曲線

              為了加深對此溫度曲線的認識,現將各區的溫度、停留時間以及錫膏在各區的變化情況,介紹如下:  

               

              預熱區  

              預熱區通常指由室溫升至150℃左右的區域。在這個區域,SMA平穩升溫,預熱區焊膏中的部分溶劑能夠及時揮發,元器件特別是IC器件緩緩升溫,以適應后續的高溫。但SMA表面由于元器件大小不一,其溫度會有不均勻現象,因此在預熱區升溫的速率通??刂圃?.5℃-3℃/sec。若升溫太快,由于熱應力的作用,導致陶瓷電容的細微裂紋、PCB變形、IC芯片損壞,同時錫膏中溶劑揮發太快,易導致賤錫的發生。爐子的預熱區一般占加熱通道長度的1/4-1/3,其停留時間計算如下:設環境溫度為25℃,若升溫速率按3℃/sec計算則(150-25)/3即為42sec,若升溫速率按1.5℃/sec計算則(150-25)/ 1.5即為85sec。通常根據組件大小差異程度調整時間以調控升溫速率在2℃/sec以下為最佳?!?nbsp;

               

              保溫區/活性區

              保溫區又稱活性區,在保溫區溫度通常維持在150℃±10℃的區域,此時錫膏處于熔點偏下,錫膏中的揮發物進一步被去除,活化劑開始激活,并有效地去除焊接表面的氧化物,SMA表面溫度受熱風對流的影響,不同大小、不同質地的元器件溫度能保持均勻,板面溫差△T接近最小值,曲線形態接近水平狀。它也是評估回流爐工藝性的一個窗口,選擇能維持平坦活性溫度曲線的爐子將提高SMA的焊接效果,特別是防止元件豎立的缺陷產生。通常保溫區從爐子的二、三區開始,根據回流爐的溫區結構而有所推移,維持時間約60-120s,若時間過長也會導致錫膏氧化及助焊劑揮發過多問題,以致焊接后沾錫?,F象增多?!?/p>

               

              回流區  

              回流區的溫度最高,SMA進入該區后迅速升溫,并超出錫膏熔點約30℃-40℃(有時爐溫更高),即板面溫度瞬時達到215℃-225℃(此溫度又稱之為峰值溫度),時間約為5-10sec,在回流區錫膏很快熔化,并迅速潤濕焊盤,隨著溫度的進一步提高,焊料表面張力降低,焊料爬至組件引腳的一定高度,形成一個"彎月面"。(從微觀材料學上看,此時焊料中的錫與焊盤中的銅或金由于擴散作用而形成金屬間化合物,以錫銅合金為例,當錫膏熔化后,并迅速潤濕銅層,錫原子與銅原子在其界面上互相滲透初期Sn-Cu合金的結構為 Cu6Sn5,其厚度為1-3μ,若時間過長、溫度過高時,Cu原子進一步滲透到Cu6Sn5中,其局部組織將由Cu6Sn5轉變為Cu3Sn合金,前者合金焊接強度高,導電性能好,而后者則呈脆性,焊接強度低、導電性能差),SMA在回流區停留時間過長或溫度超高會造成PCB板面發黃、起泡、以致元器件損壞。SMA在理想的溫度下回流,PCB色質保持原貌,焊點光亮。在回流區,錫膏熔化后產生的表面張力能適度校準由貼片過程中引起的元器件引腳偏移,但也會由于焊盤設計不正確引起多種焊接缺陷,如"豎立"、"短路"等?;亓鲄^的升溫速率控制在2.5-3℃/sec,一般應在25sec-30sec內達到峰值溫度。

               

              冷卻區  

              SMA運行到冷卻區后,焊點迅速降溫,焊料凝固。我們從金屬材料學可知,焊點迅速冷卻可使焊料晶格細化,結合強度提高,焊點光亮,表面連續呈彎月面狀。通常冷卻的方法是在回流爐出口處安裝風扇,強行冷卻。新型的回流爐則設有冷卻區,并采用水冷或風冷。理想的冷卻曲線同回流區升溫曲線呈鏡面對稱分布?! ?/p>

              在大量生產中,每個產品的實際工作曲線,應根據SMA大小、組件的多少及品種反復調節才能獲得,從時間上看,整個回流時間為175sec-295sec即3分鐘-5分鐘左右,(不包括進入第一溫區前的時間,無鉛錫因其熔點溫度高在時間和溫度上有所升高)。

               

              3)溫度曲線的測定及錫爐設置

              回流溫度曲線的測定在SMT工藝過程中有著非常重要的意義,其測定溫度的準確性及真實性將直間影響到我們對回流效果的判定,以及對回流爐各參數的設定,從而影響回流焊接的焊接質量。為了快而準確的打印出恰當的合格溫度曲線圖,我們對回流溫度曲線的相關知識要有一個全面的了解。

               

              1,測試工具及材料:

              在開始測定溫度曲線之前,需要有溫度測試儀,以及與之相配合的熱電偶,高溫焊錫絲、高溫膠帶以及待測的SMA。當然有的回流爐自身帶有溫度測試儀,(設在爐體主機箱內),但因附帶的熱電偶較長,使用不方便,不如專用溫度測試記錄儀方便。特別這類測試儀所用的小直徑熱電偶,熱量小、響應快、得到的結果精確。

               

              2, 溫度曲線標本熱電偶的接線方法

              附頁1《回流溫度曲線標本的作成》一文較為詳細的說明了制作曲線標本的一般方法及過程,在工作中我們可以此作為參考。接線的過程中我們還要注意以下幾點:

              熱電偶的焊接位置是一個應該認真考慮的問題,其原則是對熱容量大的元件焊盤處別忘了放置熱電偶,見圖2,此外對熱敏感元件的外殼,PCB上空位處也應放置熱電偶,以觀察板面溫度分布狀況。                              

                                    圖2 熱電偶的位置

              將熱電偶固定在PCB上最好的方法是采用高溫焊料(Sn96Ag4)焊接在所需測量溫度的地方,此外還可用高溫膠帶固定,但效果沒有直接焊接的效果好,現在我們一般用紅膠作為熱電偶固定的粘接劑。一般根據SMA大小以及復雜度設有3個或更多的電偶。電偶數量越多,其對了解SMA板面的受熱情況越全面?! ?/p>

               

              3,錫膏性能  

              對于所使用錫膏的性能參數也是必須考慮的因素之一,首先是考慮到其合金的熔點,即回流區設定溫度應高于合金熔點的30-40℃以上。其次應考慮錫膏的活性溫度以及持續的時間,有條件時應與錫膏供應商了解,也可以參考供應商提供的溫度曲線(我們一般都是根據客戶提供的溫度曲線條件進行曲線的測試)。 

               

              4, 回流爐的結構認識:  

              回流爐的大致結構部分我們在前面已經作了簡單介紹,但型號不同其具體細節也有所區別。如看一看有幾個溫區,有幾塊發熱體,是否能獨立控溫。爐內熱電偶放置在何處。熱風的形成與特點,是否構成溫區內循環,風速是否可調節。每個加熱區的長度以及加熱溫區的總長度。目前使用的回流爐,一般每個加熱區有上下獨立發熱體。熱風循環系統各不相同,但基本上能保持各溫區獨立循環。冷卻溫區一般為爐外強制冷風,近幾年來也出現將冷卻區設在爐內,并采用水冷卻系統,還有的回流爐增設了充氮氣的系統,當然這類爐子其溫區相應增多,以至出現八溫區以上的回流爐。隨著溫區的增多,其溫度曲線的輪廓與爐子的溫度設置將更加接近,這將會方便于爐溫的調節。但隨著爐子溫區增多,在生產能力增加的同時其能耗增大、費用增多?! ?/p>

               

              5,回流爐的傳送速度:  

              設定溫度曲線的第一個考慮的參數是傳輸帶的速度設定,故應首先測量爐子的加熱區總長度,再根據所加工的SMA尺寸大小、元器件多少以及元器件大小或熱容量的大小決定SMA在加熱區所運行的時間。正如前節所說,理想爐溫曲線所需的焊接時間約為3-5分鐘,因此不難看出有了加熱區的長度,以及所需時間,就可以方便地推算出回流爐運行速度?! ?/p>

               

              6,各區溫度設定:  

              接下來必須設定各個區的溫度,通?;亓鳡t儀表顯示的溫度僅代表各加熱器內熱電偶所處位置的溫度,并不等于SMA經過該溫區時其板面上的溫度。如果熱電偶越靠近加熱源,顯示溫度會明顯高于相應的區間溫度,熱電偶越靠近PCB的運行空間,顯示溫度將越能反應區間溫度,因此可打開回流爐上蓋了解熱電偶所設定的位置。當然也可以用一塊試驗板進行模擬測驗,找出PCB上溫度與表溫設定的關系,通過幾次反復試驗,最終可以找出規律。當速度與溫度確定后,再適當調節其它參數如冷卻風扇速度,強制空氣或N2流量,并可以正式使用所加工的SMA曲線標本進行測試,并根據實測的結果與理論溫度曲線相比較或與錫膏供應商提供的曲線相比較。并結合環境溫度、回流峰值溫度、焊接效果、以及生產能力適當的協調。最后將爐子的參數記錄或儲存以備后用。雖然這個過程開始較慢和費力,但最終可以以此為依據取得熟練設定爐溫曲線的能力?!?/p>

              另外,鼓風機產生的空氣環流對爐溫的影響較大,而鼓風機頻率的大小也將直間影響SMA的焊接質量.當鼓風機頻率過大時,有時會引起凸立部品的脫落與移位,同時會有引起短路不良甚至于整枚SMA報廢的可能.因此我們在調節回流爐鼓風機頻率時需考慮環流空氣對元件及PCB的影響。

               

              三.溫度曲線圖與焊接質量的關系及影響

              1)兩種特別的溫度曲線設定  

              1, BGA焊接溫度的設定  

              BGA是近幾年使用較多的組裝元件,它的引腳均處于封裝本體的下方,因為焊點間距較大(1.27mm左右)焊接后不易出現短路缺陷,但也帶來一些新問題     

                               圖3 BGA表面與焊點的溫度曲線

              即焊點易出現空洞或氣泡,修復也很困難,而在QFP或PLCC元件的焊接中,這類缺陷相對的要少得多。就其原因來說這與BGA焊點在其下部陰影效應大有關系。故會出現實際焊接溫度比其它元器件焊接溫度要低的現狀,此時錫膏中溶劑得不到有效的揮發,包裹在焊料中。圖3為實際測量到的BGA器件焊接溫度。圖中,第一根溫度曲線為BGA外側表面,第二根溫度曲線為BGA焊盤上,它是通過在PCB上開一小槽,并將熱電偶伸入其中,兩溫度上升為同步上升,但第二根溫度曲線顯示出的溫度要低8℃左右(有的相差更遠),這是BGA體積較大,其熱容量也較大的緣故,故反映出組件體內的溫度要低。這就告訴我們,盡管熱電偶放在BGA體的外側仍不能如實地反映出BGA焊點處的溫度。因此實際工作中應盡可能地將熱電偶伸入到BGA體下方,并調節BGA的焊接溫度使它與其它元件溫度相兼容。

               

              2, 雙面板焊接溫度的設定  

              一般的雙面板回流焊接時,通常要求設計人員將大的元件放在PCB的一側,而將阻容組件放在另一側,其目的是防止第二面焊接時元件在二次高溫時會脫落。

               

                              圖4 雙面板焊接溫度曲線

              但隨著布線密度的增大或SMA功能的增多,PCB雙面布有大元件的產品越來越多,這就要求我們在調節爐溫曲線時,不僅在焊接面設定熱電偶而且在反面也應設定熱電偶,并做到在焊接面的溫度曲線符合要求的同時,SMA反面的溫度最高值不應超過錫膏熔化溫度(有鉛錫一般在179℃左右),見圖4 

              從圖中看出當焊接面的溫度達到215℃時反面最高溫度僅為165℃,未達到錫膏熔化溫度。此時SMA反面即使有大的元器件,也不會出現脫落現象?! ?/p>

               

              2)沾錫粒,豎立,短路等不良的改善方法

              1.錫粒

              回流焊接中出現的沾錫粒,常常處于矩形片式元件兩端之間的側面或細距引腳之間,它的形成有多個方面的原因:

              一方面,在元件貼裝過程中,錫膏被置于片式元件的引腳與焊盤之間,隨著PCB穿過回流爐,錫膏熔化變成液體,如果與焊盤和元件引腳等潤濕不良,液態焊錫會因收縮而使所有焊料顆粒不能聚合成一個焊點,部分液態焊錫從焊縫流出,形成錫粒。因此,焊錫與焊盤和器件引腳潤濕性差是導致錫粒形成的根本原因,為此我們除了在設計上改善焊盤及部品電極的潤濕性外,必須有效的控制助焊劑的預熱溫度及時間,以提高助焊劑的活化性能。

              另外在預熱階段,伴隨除去錫膏中易揮發溶劑的過程,錫膏內部會發生氣化現象,有的被擠到Chip元件下面,回流時這部分錫膏也會熔化,而后從片狀阻容元件下擠出,形成錫珠。由其形成過程可見,預熱溫度越高,預熱速度越快,就會加大氣化現象中錫膏飛濺的可能,就越易形成錫珠。同時溫度越高,焊錫的氧化會加速、焊錫粉表面的氧化膜會阻止焊錫粉之間很好地熔融為一體,會產生錫粒。這一現象采用適當的預熱溫度與預熱速度可有效控制。

              錫膏的回流是溫度與時間的函數,如果未到達足夠的溫度或時間,錫膏就不會回流。預熱區溫度上升速度過快,達到持平溫度的時間過短,使錫膏內部的水分、溶劑未完全揮發出來,到達回流焊溫區時,引起水分、溶劑沸騰,濺出焊錫粒。實踐證明,將預熱區溫度的上升速度控制在1~3°C/s是較理想的。 

              粒子的氧化,焊劑變質、活性降低,會導致焊膏不回流,    如果回流焊預熱的時間過長,或從貼裝到回流的時間過長,則因錫膏中焊料錫粒則會增多。(選用工作壽命長一些的焊膏(至少4小時),則會減輕這種影響。)

              圖5所示的溫度曲線表明,助焊劑的活性區溫度過低,此時易引起錫膏中溶劑得不到充分揮發,當到回流區時錫膏中溶劑受高溫易引起激烈揮發,其結果會導致賤錫的形成?! ?/p>

               

              圖5 活性區溫度過低

               

              沾錫?,F象是表面貼裝(SMT)過程中的主要缺陷,錫粒的直徑大致在0.2mm~0.4mm 之間,對產品的質量埋下了隱患。焊膏的印刷厚度、錫膏的組成及氧化度、網板的制作及開口、錫膏是否吸收了水分、元件貼裝壓力、元器件及焊盤的可焊性、再流焊溫度的設置、外界環境的影響都可能是錫粒產生的原因。(A、當金屬含量增加時,錫膏的黏度增加,印刷后的″塌落″減少,不易產生錫粒。B、錫膏中金屬粉末的粒度越小,錫膏的總體表面積就越大,從而導致較細粉末的氧化度較高 焊劑的活性小時,焊劑的去氧化能力弱。免清洗錫膏的活性較松香型和水溶型錫膏要低,因此就更有可能產生焊錫珠。C、錫膏容易吸收水分,在回流焊時飛濺而產生錫粒。D、印刷到阻焊層上,從而在再流焊時產生錫粒(把模板的開口比焊盤的實際尺寸減小10%,更改開口的外形,但元件電極間距大時應注意部品移位豎立及未焊錫。)E、PCB可以在120℃-150℃的干燥箱中烘烤12-14h去除P板內的水汽。) 

              綜上可見,錫粒的產生是一個極復雜的過程,我們在調整參數時應綜合考慮,在生產中摸索經驗,達到對錫粒的最佳控制。

               

              2.元件豎立(立碑)

              元件兩端受熱不均勻,錫膏熔化有先后所致。 

              部品豎立是片狀元件常見的焊接缺陷,引起的原因是由于元件焊盤(即銅箔)上的錫膏熔化時潤濕力不平衡,導致元件兩端的力距不平衡引起。引起豎立的原因有多方面,其中兩焊盤上的溫度不一致是其原因之一。圖6所示的溫度曲線表明活性區溫度梯度過大,這意味著PCB板面溫度差過大,特別是靠近大器件四周的阻容組件兩端溫度受熱不平衡,錫膏熔化時間有一個延遲故易引起豎立缺陷。解決的方法是調整活性區的溫度

               

              3.短路

              細間距引腳短路問題 應從網板的制作、印刷工藝、回流焊工藝等關鍵工序的質量控制入手。在回流焊中短路不良是焊錫熱融落造成的結果,只發生在熔點以下的錫膏階段。在任一已知的溫度下,低溫升率的錫膏粘度比高溫升率回流曲線下的錫膏粘度要高,因此我們在預熱階段的溫升率一般要求較低,從而減少短路不良的發生。

              另一方面,細間距引線間的間距小、焊盤面積小、印刷的錫膏量較少,在焊接時,如果預熱區溫度較高、時間較長,會將較多的活化劑在達到回流焊峰值溫度區域前就被耗盡。然而,只有當在峰值區域內有充足的活化劑釋放被氧化的焊粒,使焊??焖偃刍?,從而濕潤金屬引腳表面,才能形成良好的焊點。免清洗錫活化程度比要清洗的錫膏低,所以如果預熱溫度和預熱時間設置稍不恰當,便會出現焊接細間引線端子短路的現象。我們通過降低預熱溫度和縮短預熱時間控制錫膏中活化劑的揮發,從上文可知,沾錫粒和部品豎立也與預熱溫度和預熱時間有關,因此在實際生產當中我們必須權衡三者的關系,重要的是得到良好的焊接質量。

              (錫膏在進行回流焊之前,若出現坍塌,成型的錫膏圖形邊緣不清晰,在貼放元器件或進入回流焊預熱區時,由于錫膏中的助焊劑軟化,則也會造成引腳短接。錫膏的坍塌是由于使用了不合適的焊料焊劑和不宜的環境條件,如較高的室溫會造成錫膏坍塌。有關試驗得知,溫度越高,錫膏粘度越小。因此,為獲得較高的粘度,我們將環境溫度控制20±5℃。我們認為印刷細間距線較理想的工藝參數是:印刷速度保持在10mm/s-25mm/s;脫模速率控制在2s左右;模板與PCB的最小間隙小于等于0.2mm。)

               

              4.其它不良

              a吹孔   焊點中所出現的孔洞,大者稱為吹孔,小者叫做針孔,皆由膏體中的溶劑或水分快速氧化所致。

              ?調整預熱溫度,以趕走過多的溶劑。 

              b零件移位及偏斜   造成零件焊后移位的原因可能有:錫膏印不正、厚度不均、零件貼裝不當、熱傳不均、焊盤或極腳之焊錫性不良,助焊劑活性不足,焊盤比極腳大的太多等,情況較嚴重時甚至會形成豎立。

              ?調整預熱及熔焊的參數。

              ?改進零件或焊盤的可焊性。

              ?增強錫膏中助焊劑的活性。

              c 焊點灰暗   可能有金屬雜質污染或給錫成份不在共熔點,或冷卻太慢,使得表面不亮。

              ?防止焊后SMA在冷卻中發生震動。

              ?焊后加速SMA的冷卻率。

              d不沾錫   極腳或焊盤之可焊性太差,或助焊劑活性不足,或熱量不足所致。

              ?提高熔焊溫度。

              ?增加助焊劑的活性。

              e 焊后斷開   常發生于J型極腳與焊盤之間,其主要原因是各腳的可焊性不好,以及極腳與焊盤之間的熱容量相差太多所致(焊盤比部品端子不容易加熱及蓄熱)。

              ?調整預熱,以改善極腳與焊盤之間的熱量差。

              ?增加錫膏中助焊劑之活性。

              ?減少焊盤面積,接近與極腳在受熱上的差距。

              ?調整熔焊方法。 

              f 生半田:

              設定溫度較低(預熱區、回流區),需重新檢討;

              CV速度較快,根據產品要求調整;

              鼓風機電機頻率較低;

              抽風開關打得過大(溫區較少而短錫爐)

              g毛細管現象:是指溶融焊錫潤濕到元件引腳且遠離接點區,造成假焊,其原因是在焊錫熔融階段引腳的溫度高于PCB焊盤溫度。

              改善辦法:使用較多的底面加熱(上、下加熱方式回流爐)或非常慢的溫升率(在預熱至焊錫溶點溫度附近),使焊錫潤濕發生前引腳與焊盤溫度達到平衡。

               

              表面貼裝基板回流溫度曲線的打印與調試工作在生產實踐中有著一定的困難,而溫度曲線的準確性及恰當與否又將直間影響回流焊接的焊接品質,與此同時,引起焊接品質不良的因素包括許多方面,因此,我們在調節回流爐各參數而又無法減少不良缺陷時就必須從其他方面尋找原因及解決的辦法,而不是簡單的從溫度曲線圖的合格與修改上尋找解決之道。值得大家注意的是,生產中回流焊接產生的不良大多都是對前工程品質的一種體現,而較低的回流預熱升溫率及恰當的保溫過程可以減少大部分的回流焊不良。

               

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