回流焊曲线讲解.ppt

回流焊溫度曲线讲解,目 录,1.如何设定炉温曲线 ？ 1.1 锡膏特性与回流曲线的重要关系 1.2 PCB板的特性与回流曲线的关系 (测温板） 1.3 回流炉设备的特点与回流曲线的关系 1.4 设定炉温曲线的方法 2.如何应用Reflow改善制程的品性良率？,设定一个回流曲线之前要考虑的因素有很多，一般包括： 所使用的锡膏特性，PCB板的特性，回流炉的特点等。下面分别讨论。,1.如何设定炉温曲线 ？,锡膏特性决定回流曲线的基本特性。不同的锡膏由于助焊剂（Flux）有不同的化学组分，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，我们可在此基础上根据自己的产品特性优化。以下图为例，来分析回流焊曲线。它可分为4个主要阶段：,1.1 锡膏特性与回流曲线的重要关系,图一 回流炉曲线,1）预热（Preheat）阶段， 2）恒温（Soak或Equilibrium）阶段。 3）回流（ReflowSpike）阶段。在回流阶段 PCB达到最高温度。 4）冷却（Cooling）阶段，曲线由最高温度点下降的过程。,1.1.1 预热阶段,预热阶段的目的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，引起短路的危险,恒温阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议和PCB板热容的大小。因为恒温阶段有两个作用，一个是使整个PCB板都能达到均匀的温度（175左右），恒温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（立碑）等。恒温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，它将清除焊件表面的氧化物和杂质，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。由于恒温段的重要性，因此恒温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，它能促进焊锡润湿过程和防止焊接表面的再氧化。,1.1.2 恒温阶段,温度继续升高越过回流线（217），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（240 左右），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，最高温度大于260，会造成金属间化合物层增厚，影响焊点的长期可靠性。,1.1.3 回流阶段,1.1.4 冷却阶段,冷却阶段的重要性往往被忽视。好的冷却过程对焊接的最后结果也起着关键作用。好的焊点应该是光亮的，平滑的。而如果冷却效果不好，会产生很多问题诸如元件翘起，焊点发暗，焊点表面不光滑，以及会造成金属间化合物层增厚等问题。因此回流焊接必须提供良好的冷却曲线，既不能过慢造成冷却不良，又不能太快，造成元件的热冲击。,1.2 PCB板的特性与回流曲线的关系 (测温板）,回流曲线的设定，与要焊接的PCB板的特性也有重要关系。板子的厚薄，元件的大小，元件周围有无大的吸热部件，如金属屏蔽材料，大面积的地线焊盘等，都对板子的温度变化有影响。因此笼统地说一个回流曲线的好坏是无意义的。一个回流曲线必须是针对某一个或某一类产品而测量得到的。 一般我们推荐客户都用需要生产的实际产品作为测温板。 目前常用的测量回流焊曲线的方法有三种：,1）用回流炉本身配备的长热偶线（一般常用的工业标准是K型热偶线），热偶线的一端焊接到PCB板上，另一端插到设备的预设热偶插口上。把板放进炉内，当板子从炉另一端出来时，用热偶线把板子从出口端拉回来。在测量的同时温度曲线就可显示到设备的显示器上。一般回流炉 都带有多个K型热偶插口，因此可连接多根热偶线，同时测量PCB板几个点的温度曲线。 2）用一个小的温度跟踪记录器。它能够跟随待测PCB板进入回流炉。记录器上也有多个热偶插口，可因此可连接多根热偶线。记录器里存放的温度数据，只有在出炉后，才可输到电脑里分析或从打印机中输出。 3）带无线数据传输的温度跟踪记录器。与第2种方法相同，只是多了一个无线传输功能。当它在炉内测温时，在存储温度数据的同时把数据用无线方式传到外面的接受器上，接受器与电脑相连。,目前我们见得最多的是第二种方法。热偶线的安装有一般两种，一是高温焊锡丝，温度在300以上（高于回流最高温度）。 另一种方法是用胶或是高温胶带把它粘住。这样热偶线就不会在回流区脱落。焊点的位置一般为选取元件的焊脚和焊盘接触的地方。焊点不能太大，以焊牢为准。焊点大，温度反应不灵敏，不能准确反映温度变化，尤其是对QFP等细间距焊脚。对特殊的器件如BGA还需要在PCB板下钻孔，把热偶线穿到BGA下面。图二说明了QFP和BGA元件的热偶线焊接方法。热偶线的安装位置一般根据PCB板的工艺特点来选取，如双面板应在板上下都安装热偶线，大的IC芯片脚要安装，BGA元件要安装，某些易造成冷焊的元件（如金属屏蔽罩周围，散热器周围元件）一定要放置。还有就是你认为要研究的焊接出了问题的元件。,图二 热电偶线安装方法,1.3回流炉设备的特点与回流曲线的关系,因为回流曲线的实现是在回流炉中完成的，因此它与回流炉的具体特点有关。不同的炉因加热区的数目和长短不同，气流的大小不同，炉温的容量不同，对回流曲线都会造成影响。设备对回流曲线的影响可归纳为下面几点：,1.3.1加热区数目的因素,对加热区多的回流炉（12个加热区），由于每一个炉区都能单独设定炉温，因此调整回流温度曲线比较容易。对要求较复杂的回流曲线同样可以做到。但短炉子（4个加热区），因为它只有四个可调温区，要想得到复杂的曲线比较难，但对于没有特别要求的SMT焊接，短炉子也能满足要求，而且价钱便宜。另一个方面，长炉子的优点是传送带的带速可以比短炉子提高至少1倍以上，这样长炉的产量至少能达到短炉的1倍以上。当大批量生产线追求产能时，这一点是至关重要的。,1.3.2热风气流的因素,由于目前大多数回流炉以风扇强制驱动热风循环为主，因此风扇的转速决定了风量的大小。在相同的带速和相同的温度设定下，风扇的转速越高，回流曲线的温度越高。当风扇马达出现故障时，如停转，即使炉温显示正常，炉温的曲线测量也会比正常曲线低很多，若故障马达在回流区，则PCB板极易产生冷焊，若故障马达在冷却区，则PCB板的冷却效果就下降。因此风扇的转速也是需要经常检查的参数之一。,1.3.3炉温的容量的因素,回流焊接有时会出现这样的现象，当焊接一块小尺寸的PCB板时，焊接结果非常好，而焊接一块大尺寸的PCB板时，某些温区炉温会出现稍微下降的现象。这就是由于大板子吸热较多，炉子的热容量不足引起的。一般可以通过加大风扇转速来调节。但是炉温的容量主要是由炉体结构，加热器功率等设计因素决定的，因此是炉子厂家设计时已经固定了的。用户在选择回流炉时必须考虑这个因素。热容量越大越好，当然炉子消耗的功率也越多。,1.4设定炉温曲线的方法,1.4.1 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。用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,1.4.2 接下来必须决定各个区的温度设定，(根据产品要求设定），速度和温度确定后 ，再确定冷却风扇速度、惰性气体流量等。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。,1.4.3 一旦最初的温度曲线图产生 ,可根据产品需求曲线进行对比。一般会出现以下几种情况：,预热不足或过多,活性区温度太高或太低,回流太多或不够,冷却过快或不够,SMT制程中出现不良的原因有很多(锡膏，钢网，炉温曲线,元器件本身异常等），下面对一些常见不良现象做一些原因分析和解决对策,2.如何应用Reflow改善制程的品性良率？,2.1 冷焊 2.1.1 产生原因： 1）回流曲线的回流时间太短。 2）PCB板有大的吸热元件如屏蔽罩，大的地线层。 3）用错锡膏 4）锡膏使用过久，熔剂浑发过多。 2.1.2 解决方法： 1）确认回流曲线的回流时间。加大温度，从新测量Profile。 2）检查锡膏是否用错 注意：产品过炉前必须确认下炉温曲线，可大大避免冷焊的产生。,2.2 锡珠 产生原因：锡珠的产生多发生在焊接过程中的加热急速而使焊料飞散所致，另外与焊料的印刷错位、塌边、污染等也有关系。主要产生原因有以下几种情况： 1）炉温曲线预热区温度过高，预热速度过快 2）焊盘设计（跨距太小） 3）钢网开孔（可根据实际情况做内切和避锡珠处理） 4）锡膏、PCB或元器件有水份,2.3 立碑（元件翘起） 立碑产生的根本原因是焊盘两端的锡膏在融化时所受的张力不一致，从而失去平衡产生的。主要原因有以下几种情况： 1）恒温时间不够，元件两端锡膏不能同时熔化。 2）风扇速度过大，将元件吹偏移后立碑 3）元件贴装偏移，元件来料不良 4）焊盘两端印刷锡膏量不一致 5）焊点上有异物 6）焊盘设计一端大一端小,2.4 连锡（短路） 连锡的发生原因，大多是焊料过量或焊料印刷后严重塌边，或是基板焊区尺寸超差，SMD贴装偏移等引起的，在SOP、QFP电路趋向微细化阶段，连锡会造成短路，影响产品使用。 常见的连锡产生原因有以下几种情况： 1）预热区升