1、更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 第五章 回流焊接知识 1. 西膏的回流过程 当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段: 1. 首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度 上升必需慢(大约每秒 3 C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小 锡珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温 度上升太快，会造成断裂。 2. 助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助 焊剂都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属 氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的 冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。 3. 当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独
2、熔化，并开始液化和表 面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开 始形成锡焊点。 4. 这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一 起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元 件引脚与 PCB 焊盘的间隙超过 4mil，则极可能由于表面张力使 引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。 5. 冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以 太快而引起元件内部的温度应力。 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 回流焊接要求总结：重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发 溶剂，防止锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力， 造成断裂痕可靠性问题。其次，助
3、焊剂活跃阶段必须有适当的 时间和温度，允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开始熔化时完成。 时间温度曲线中焊锡熔化的阶段是最重要的，必须充分地让焊 锡颗粒完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶剂和助焊剂残余 的蒸发，形成焊脚表面。此阶段如果太热或太长，可能对元件 和 PCB 造成伤害。锡膏回流温度曲线的设定，最好是根据锡膏 供应商提供的数据进行，同时把握元件内部温度应力变化原则， 即加热温升速度小于每秒 3 C，和冷却温降速度小于。PCB 装配 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 如果尺寸和重量很相似的话，可用同一个温度曲线。重要的是 要经常甚至每天检测温度曲线是否正确。 2.怎样设定锡膏回
4、流温度曲线 在使用表面贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中，要得到优质的 焊点，一条优化的回流温度曲线是最重要的因素之一。温度曲 线是施加于电路装配上的温度对时间的函数，当在笛卡尔平面 作图时，回流过程中在任何给定的时间上，代表 PCB 上一个特 定点上的温度形成一条曲线。 几个参数影响曲线的形状，其中最关键的是传送带速度和每个 区的温度设定。带速决定机板暴露在每个区所设定的温度下的 持续时间，增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该 区的温度设定。每个区所花的持续时间总和决定总共的处理时 间。 在使用表面贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中，要得到优质的 焊点，一条优化的回流温度曲线是最
5、重要的因素之一。温度曲 线是施加于电路装配上的温度对时间的函数，当在笛卡尔平面 作图时，回流过程中在任何给定的时间上，代表 PCB 上一个特 定点上的温度形成一条曲线。 几个参数影响曲线的形状，其中最关键的是传送带速度和每个 区的温度设定。带速决定机板暴露在每个区所设定的温度下的 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 持续时间，增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该 区的温度设定。每个区所花的持续时间总和决定总共的处理时 间。 每个区的温度设定影响 PCB 的温度上升速度，高温在 PCB 与区 的温度之间产生一个较大的温差。增加区的设定温度允许机板 更快地达到给定温度。因此
6、，必须作出一个图形来决定 PCB 的 温度曲线。接下来是这个步骤的轮廓，用以产生和优化图形。 在开始作曲线步骤之前，需要下列设备和辅助工具：温度曲线 仪、热电偶、将热电偶附着于 PCB 的工具和锡膏参数表。可从 大多数主要的电子工具供应商买到温度曲线附件工具箱，这工 具箱使得作曲线方便，因为它包含全部所需的附件(除了曲线仪 本身)。 现在许多回流焊机器包括了一个板上测温仪，甚至一些较小的、 便宜的台面式炉子。测温仪一般分为两类：实时测温仪，即时 传送温度/时间数据和作出图形；而另一种测温仪采样储存数据， 然后上载到计算机。 热电偶必须长度足够，并可经受典型的炉膛温度。一般较小直 径的热电偶，热
7、质量小响应快，得到的结果精确。 有几种方法将热电偶附着于 PCB，较好的方法是使用高温焊锡 如银/锡合金，焊点尽量最小。 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 另一种可接受的方法，快速、容易和对大多数应用足够准确， 少量的热化合物(也叫热导膏或热油脂)斑点覆盖住热电偶，再 用高温胶带(如 Kapton)粘住。 还有一种方法来附着热电偶，就是用高温胶，如氰基丙烯酸盐 粘合剂，此方法通常没有其它方法可靠。 附着的位置也要选择， 通常最好是将热电偶尖附着在 PCB 焊盘和相应的元件引脚或金 属端之间。 (图一、将热电偶尖附着在 PCB 焊盘和相应的元件引脚或金属端 之间) 锡膏特性参数
8、表也是必要的，其包含的信息对温度曲线是至关 重要的，如：所希望的温度曲线持续时间、锡膏活性温度、合 金熔点和所希望的回流最高温度。 开始之前，必须对理想的温度曲线有个基本的认识。理论上理 想的曲线由四个部分或区间组成，前面三个区加热、最后一个 区冷却。炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和 接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 (图二、理论上理想的回流曲线由四个区组成，前面三个区加热、 最后一个区冷却) 预热区，也叫斜坡区，用来将 PCB 的温度从周围环境温度提升 到所须的活性温度。在这个区，产品的温度以不超过每秒 25C
9、 速度连续上升，温度升得太快会引起某些缺陷，如陶瓷 电容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足 够的时间使 PCB 达到活性温度。炉的预热区一般占整个加热通 道长度的 2533%。 活性区，有时叫做干燥或浸湿区，这个区一般占加热通道的 3350%，有两个功用，第一是，将 PCB 在相当稳定的温度下感 温，允许不同质量的元件在温度上同步，减少它们的相当温差。 第二个功能是，允许助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏中挥 发。一般普遍的活性温度范围是 120150C，如果活性区的温 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 度设定太高，助焊剂没有足够的时间活性化，温度曲线的斜率 是
10、一个向上递增的斜率。虽然有的锡膏制造商允许活性化期间 一些温度的增加，但是理想的曲线要求相当平稳的温度，这样 使得 PCB 的温度在活性区开始和结束时是相等的。市面上有的 炉子不能维持平坦的活性温度曲线，选择能维持平坦的活性温 度曲线的炉子，将提高可焊接性能，使用者有一个较大的处理 窗口。 回流区，有时叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将 PCB 装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温 度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温度总是在熔点上。 典型的峰值温度范围是 205230C，这个区的温度设定太高会 使其温升斜率超过每秒 25C，或达到回流峰值温度比推荐的 高。这种情况可能引
11、起 PCB 的过分卷曲、脱层或烧损，并损害 元件的完整性。 今天，最普遍使用的合金是 Sn63/Pb37，该合金的熔点为 183 C，这种比例的锡和铅使得该合金共晶。共晶合金是在一个特定 温度下熔化的合金，非共晶合金有一个熔化的范围，而不是熔 点，有时叫做塑性装态。 理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。越是靠近 这种镜像关系，焊点达到固态的结构越紧密，得到焊接点的质 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 量越高，结合完整性越好。 作温度曲线的第一个考虑参数是传输带的速度设定，该设定将 决定 PCB 在加热通道所花的时间。典型的锡膏制造厂参数要求 34 分钟的加热曲线，用
12、总的加热通道长度除以总的加热感温 时间，即为准确的传输带速度，例如，当锡膏要求四分钟的加 热时间，使用六英尺加热通道长度，计算为：6 英尺 4 分 钟 = 每分钟 1.5 英尺 = 每分钟 18 英寸。 接下来必须决定各个区的温度设定，重要的是要了解实际的区 间温度不一定就是该区的显示温度。显示温度只是代表区内热 敏电偶的温度，如果热电偶越靠近加热源，显示的温度将相对 比区间温度较高，热电偶越靠近 PCB 的直接通道，显示的温度 将越能反应区间温度。明智的是向炉子制造商咨询了解清楚显 示温度和实际区间温度的关系。 表一、典型 PCB 回流区间温度设定 区间 区间温度设定 区间末实际板温 预热
13、210C(410F) 140C(284F) 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 活性 177C(350F) 150C(302F) 回流 250C(482C) 210C(482F) 速度和温度确定后，必须输入到炉的控制器。看看手册上其它 需要调整的参数，这些参数包括冷却风扇速度、强制空气冲击 和惰性气体流量。一旦所有参数输入后，启动机器，炉子稳定 后(即，所有实际显示温度接近符合设定参数)可以开始作曲线。 下一部将 PCB 放入传送带，触发测温仪开始记录数据。一旦最 初的温度曲线图产生，可以和锡膏制造商推荐的曲线或图二所 示的曲线进行比较。 首先，必须证实从环境温度到回流峰值温度
14、的总时间和所希望 的加热曲线居留时间相协调，如果太长，按比例地增加传送带 速度，如果太短，则相反。 下一步，图形曲线的形状必须和所希望的相比较(图二)，如果 形状不协调，则同下面的图形(图三六)进行比较。选择与实际 图形形状最相协调的曲线。应该考虑从左到右(流程顺序)的偏 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 差，例如，如果预热和回流区中存在差异，首先将预热区的差 异调正确，一般最好每次调一个参数，在作进一步调整之前运 行这个曲线设定。这是因为一个给定区的改变也将影响随后区 的结果。我们也建议新手所作的调整幅度相当较小一点。一旦 在特定的炉上取得经验，则会有较好的“感觉”来作多大幅度 的调整。 图三、预热不足或过多的回流曲线 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 图四、活性区温度太高或太低 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 图五、回流太多或不够 图六、冷却过快或不够 当最后的曲线图尽可能的与所希望的图形相吻合，应该把炉的 参数记录或储存以备后用。虽然这个过程开始很慢和费力，但 更多免费资料下载请进： 中国最大的免费课件资料 库 最终可以取得熟练和速度，结果得到高品质的 PCB 的高效率的 生产。
