（机械电子工程专业论文）表面贴装工艺生产线上回流焊曲线的优化与控制.pdf

摘要 i i i i i i i i i i ；i i i i i i i i i i ；i ；i ；i i i i i i ii i i i i i i ；i i ；i i i i i 聋 表面贴装工艺生产线上回流焊曲线的优化与控制 摘要 电子信息产业在中国的迅猛发展，推动着表面贴装工艺( s m t ) 的质量 和效率的提高。回流焊作为s m t 生产线上的核心工艺环节，其质量与 效率的提高集中体现在回流曲线的优化与控制上。随着无铅焊的实施， 回流曲线引起的焊接质量问题更加突出。 本文以s m t 生产线上回流焊曲线的优化与控制为研究对象，以材料 冶金学和传热学的综合分析及实验为研究方法，设计回流曲线的优化参 数、开发优化曲线的控制方法、提出焊点可靠性的控制策略，并总成回 流曲线的优化与控制方案，定义为加热因子控制方法。该方法可使回流 焊工艺获得快速、高可靠性的生产。 首先，通过分析在回流过程中焊膏合金粒子与基板焊盘的冶金反应， 揭示了金属间化合物( i m c ) 的形成是回流焊接的实质，i m c 厚度是影响 焊接可靠性的关键因素，而i m c 厚度与加热因子呈线性关系。因此； 通过控制电子产品中各个焊点的加热因子满足最优范围，即可基本控制 回流焊接的可靠性。i m c 的形成有赖于助焊剂性能的良好发挥，而这取 决于其在预热区吸收的热量，该热量又与回流曲线温升部分的长度和形 状密切相关，因此一个大体符合焊膏制造商所要求形状的回流曲线是 i m c 产生的必要条件。适当大而不致严重热失配的冷却速率可以细化焊 点微观组织，增强焊点的可靠性。由此，从i m c 形成、助焊剂性能发 挥和焊点微观组织的细化三个方面解决了回流曲线的优化问题。 其次，针对前人对加热因子定义的不确切( 易误解为只由热源的“加 热”而来) ，论文通过传热学和材料学的综合分析，发现加热因子发生过 程分别存在加热和冷却两个热传递阶段( 以焊点峰值温度为分界线) ，并 不仅仅是焊接界面在液相区从外部吸收的热量，而且包含在冷却阶段保 有的热量，这充分说明了加热因子是微观意义上的“加热 ，代表了焊接 界面液态合金成分里的组元在液相区所能吸收的总热量( 由此可说明 i m c 厚度与加热因子的关系) ，而不是宏观意义上焊接界面从热源吸收 的总热量。澄清加热因子的物理意义也有助于其值的计算与控制。 第三，作为控制加热因子的必要条件，论文分别从数值传热学计算、 温度数据采集和图像处理三个方面研究加热因子的求取。由于回流焊传 热过程的复杂性，数值分析方法不得不做出大量简化假设，致使求解的 上海交通大学博十学位论文 i ri,i i in i ；i i i i i i i i i i i ；i 温度误差很大，因此不足以保证计算加热因子求取值的精度；为此开发 了一个温度数据采集系统，包括硬件设计和软件设计，辅之以e x c e l 工具可以求取加热因子值，且能获取足够的精度；也可以对s m t 生产 线上获得的回流曲线进行图像处理以求取精确的加热因子值。 第四，作为加热因子控制的基础，电子组装产品( p c b a ) 上各个焊点的 温度曲线形状应基本符合焊膏制造商的要求，为此论文通过对回流焊传 热过程及焊点温度曲线的产生机理进行深入分析，提出了回流曲线反求 的方法，并通过实验得到了验证。该方法将目标曲线从室温上升到其峰 值温度所需的总时间长度除以所采用回流炉各个加热区的总长度，得到 回流炉的走带速度；将目标曲线的温升部分按p c b a 在所用炉子的各个 加热区间停留的时间划分成各个时间段，然后根据目标曲线温升部分的 轨迹确定其在各个时间段应得到的温度增加值；令回流炉各个加热区间 温度设置的相对差值等于目标回流曲线在各个对应时间段的温度增加 值，从而将回流炉各个加热区间的温度设置组合成为一个参数，这个组 合参数可以用邻近冷却区的最后一个加热区的温度设置表示，代表了炉 温的最大值；由于回流过程热传递的非平衡性，须要此组合参数等于目 标回流曲线的峰值温度加上一个补偿值作为回流炉各个加热区的温度设 置，而各个加热区温度设置的相对差值不变，且各个加热区顶部热源和 底部热源的温度一致，该补偿值约为5 - 2 5 ，其大小取决于印刷电路板 上组装的最大热容量元件的热容；而回流炉冷却区温度设置取决于热点 的冷却速率( 通常不高于4 c s e e ) 和热点对应的热时间常数。本方法仅通 过简单的计算，和适当的估算就能使焊点回流曲线得到良好的控制求解， 基本符合焊膏制造商对回流曲线形状的要求，该方法已经申请了国家发 明专利( 申请号：2 0 0 7 1 0 0 3 9 1 3 4 4 ) 。 第五，在通过回流曲线反求法获得的焊点温度曲线的基础上，论文用 实验的方法研究了加热因子最优范围的控制，提出了基于冷点加热因子 逼近最优范围下限的策略来控制加热因子最优范围，并发现冷点加热因 子与回流炉各加热区顶部热源的温度设置呈线性关系，从而可以通过调 整回流炉顶部热源设置使冷点加热因子得以线性控制。 最后，对回流曲线的优化与控制方案进行总成，定义为加热因子控制 方法，并将其和缺陷机理分析优化指导下的回流曲线预测控制方法做比 较，显示了加热因子控制方法的简单性和可用于任意回流焊工艺方案的 普适性，其执行速度也不亚于目前在s m t 生产线应用的回流曲线预测工 具，尤为重要的是实现了对回流焊的高可靠性控制，这些方面都充分展 现了加热因子控制方法的优越性。 关键词：表面贴装技术，软钎焊，回流曲线，加热因子控制方法，热时 间常数，线性回归 摘要 o p t i m i z a t l 0 na n dc o n t r o lo f r e f l o ws o l d e r i n gp r o f i l ei ns m tl i n e a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i c sa n di n f o r m a t i o nm a n u f a c t u r i n g i n d u s t r yi nc h i n ad r i v e s t h ei m p r o v e m e n t so fq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo f s u r f a c em o u n tt e c h n o l o g y ( s m t ) p r o d u c t i o nl i n e a st h ec r u c i a lp r o c e s si n s m tl i n e ，t h ep e r f e c t i o no ft h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo far e f l o ws o l d e r i n g p r o c e s sr e l i e so nt h ec o n t r o lo ft h er e f l o wp r o f i l e w i t ht h ew i d e l yu s eo f l e a d f r e es o l d e rp a s t e ，t h eq u a l i t yp r o b l e mc a u s e db yi n a p p r o p r i a t er e f l o w p r o f i l e sa t t r a c t sm o r ea n dm o r e a t t e n t i o n t os o l v et h ea b o v e m e n t i o n e dp r o b l e m ，t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h e o p t i m i z a t i o na n dc o n t r o lo ft h er e f l o ws o l d e r i n gp r o c e s s ，t h er e f l o wp r o f i l e i n p a r t i c u l a r , i n s m tl i n e h e r e i n ，e x p e r i m e n t a l v e r i f i c a t i o na n d c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sf r o mt h ev i e wo fm a t e r i a ls c i e n c ea n dh e a tt r a n s f e r a r ec o n d u c t e da sr e s e a r c ht o o l s t h e r e b y , t h eh e a t i n gf a c t o r , a s a n o p t i m i z a t i o np a r a m e t e ro far e f l o wp r o f i l ea r ei n t r o d u c e d ，t h em e t h o df o r c o n t r o l l i n g t h e o p t i m i z e dp r o f i l e i s d e v e l o p e d ，a n d t h e s t r a t e g y f o r c o n t r o l l i n gs o l d e rj o i n t sr e l i a b i l i t y i s p r o p o s e d t h ew h o l ep r o c e s s o f o p t i m i z i n ga n dc o n t r o l l i n gt h er e f l o wp r o f i l ei s d e f i n e da sh e a t i n gf a c t o r c o n t r o lm e t h o d w i t ht h i sm e t h o d ，t h eh i g hr e l i a b i l i t ya n de f f i c i e n c yo ft h e r e f l o wp r o c e s sc a nb er e a l i z e da n de n s u r e d t h eh e a t i n gf a c t o rc o n t r o lm e t h o di sd e v e l o p e dj nt h ef o l l o w i n gw a y f i r s t l y , b ym e t a l l u r g i c a la n a l y s i s ，i t i sr e v e a l e dt h a tt h ef o r m a t i o no f i n t e r m e t a l l i cc o m p o u n d ( i m c ) b e t w e e ns o l d e ra l l o yp a r t i c l e sa n ds u b s t r a t e p a di st h ee s s e n t i a l so far e f l o wp r o c e s s a n dt h ei m ct h i c k n e s si sak e y f a c t o rt ot h er e l i a b i l i t yo ft h es o l d e rj o i n t i nv i e wo ft h ef a c tt h a tt h ei m c t h i c k n e s si n c r e a s e sl i n e a r l yw i t ht h eh e a t i n gf a c t o r , t h er e l i a b i l i t yo fr e f l o w s o l d e r i n gc a nb eb a s i c a l l yc o n t r o l l e db yc o n f i n i n gt h eh e a t i n gf a c t o ro ft h e s o l d e rj o i n t si nap c b aw i t h i nac e r t a i nr a n g e s i n c et h ef o r m a t i o no fi m c i s d e t e r m i n e db yf l u x i n gp e r f o r m a n c e ，w h i l et h e l a t t e rd e p e n d so nt h e t h e r m a li n p u ti np r e h e a t i n gp h a s e ，w h i c hi sc l o s e l yr e l a t e dt ot h es h a p ea n d l e n g t ho ft h er i s i n gs e g m e n to f t h er e f l o wp r o f i l e a c c o r d i n g l y , as a t i s f a c t o r y r e f l o wp r o f i l e ，w h o s es h a p ep r i m a r i l yc o n f o r m st ow h a tt h es o l d e rp a s t e - m a n u f a c t u r e rr e q u i r e s ，i sam u s tt oe n s u r et h eh i g hr e l i a b i l i t y t h es o l d e r jo i n tr e l i a b i l i t yc a nb ef u r t h e re n h a n c e db yi t sf i n eg r a i ns t r u c t u r ew i t hr a p i d c o o l i n gr a t e h e n c e ，t h er e f l o wp r o f i l ei so p t i m i z e df r o mt h r e er e s p e c t s ： i m c f o r m a t i o n ，f l u x i n gp e r f o r m a n c ea n ds o l d e rj o i n tm i c r o s t r u c t u r e ： s e c o n d l y , t oc l a r i f yt h ec o n c e p to ft h eh e a t i n gf a c t o lt h i sd i s s e r t a t i o n p o i n t so u tt h a tt h eh e a t i n gf a c t o ri n v o l v e sb o t hh e a t i n ga n dc o o l i n gp h a s e s i tc o n s i s t so fn o to n l yt h eh e a ti n p u tf r o mt h e r m a ls o u r c ew i t h i nt h eh e a t i n g p a r tb u ta l s o t h eh o l d i n ge n e r g yw i t h i nt h ec o o l i n gp a r ta tt h es o l d e r i n g i n t e r f a c ed u r i n gl i q u i dr e g i o n i td e m o n s t r a t e s t h a tt h eh e a t i n gf a c t o r r e p r e s e n t st h et o t a la m o u n to f h e a ta b s o r b e db yt h el i q u i da l l o yc o m p o n e n t a tt h es o l d e r i n gi n t e r f a c eb e t w e e ns o l d e ra l l o ya n dp a d ，b u tn o tt h et o t a lh e a t i n p u tf r o mt h e r m a ls o u r c ea ts o l d e r i n gi n t e r f a c e t h i r d l y , t h ea c q u i s i t i o no f t h eh e a t i n gf a c t o rv a l u ei se x p l o r e df r o mt h r e e a s p e c t s ，i n c l u d i n gn u m e r i c a lh e a tt r a n s f e rc o m p u t a t i o n ，t e m p e r a t u r e d a t a c o l l e c t i o na n di m a g ep r o c e s s i n g ，a st h ep r e r e q u i s i t eo fc o n t r o l l i n gh e a t i n g f a c t o r t h ea t t e m p tt o ta c q u i r ep r e c i s eh e a t i n gf a c t o rb yn u m e r i c a lh e a t t r a n s f e rc o m p u t a t i o ni sa b a n d o n e db e c a u s eo fi t sc o m p l e x i t y s o ，a t e m p e r a t u r ed a t ac o l l e c t i o ns y s t e m ，i n c l u d i n gt h ed e s i g no fh a r d w a r ea n d t h e p r o g r a mo fs o f t w a r e ，i sp r i m a r i l yd e v e l o p e d t o g e t h e rw i t he x c e l ，t h e v a l u eo fh e a t i n gf a c t o rc a nb ep r e c i s e l ya c q u i r e dw i t ht h et e m p e r a t u r ed a t a m e a n w h i l e ，am a t l a bp r o g r a mi sd e v e l o p e dt oc o m p u t et h eh e a t i n gf a c t o r i v a b s t r a c t b yi m a g ep r o c e s s i n gm e t h o dw i t ht h ei m a g eo far e f l o wp r o f i l ea t t a i n e di n s m tl i n e f o u r t h l y , w i t hd e e pa n a l y s i s o ft h eh e a tt r a n s f e r p r o c e s s a n dt h e t e m p e r a t u r er e s p o n s eo ft h es o l d e rj o i n t si nt h er e f l o wc y c l e ，am e t h o dt og e t t h ei n v e r s ec o n t r o ls o l u t i o no far e f l o wp r o f i l ea ta n yc o n v e c t i o n a lo v e ni s p r o p o s e da n dv e r i f i e db ye x p e r i m e n t s t h u si ti sn o tap r o b l e mt om a k et h e s h a p eo far e f l o wp r o f i l eg e n e r a l l yc o n f o r mt ow h a tt h e s o l d e rp a s t e m a n u f a c t u r e rr e q u i r e s o n l ys i m p l ec o m p u t a t i o na n dp r o p e re s t i m a t i o ni s n e e d e dt oa c q u i r et h es o l u t i o no ft h er e f l o wp r o f i l ew i t ht h i sm e t h o d a n d t h ea t t a i n e dt e m p e r a t u r ep r o f i l e so ft h es o l d e ri o i n t si nap c b aw i t hi t so v e n s e t t i n g si st a k e na st h er e f e r e n c ef o rf u r t h e rc o n t r olo ft h eo p t i m a lr a n g eo f t h eh e a t i n gf a c t o r p a t e n th a sb e e na p p l i e df o rt h i sm e t h o d f i f l h l y ，c o n t r o lo ft h eh e a t i n gf a c t o ri se x p l o r e db ye x p e r i m e n t sw i t h a b o v em e n t i o n e dr e f e r e n c ep r o f i l ea n do v e ns e t t i n g s as t r a t e g y , m a k i n gt h e h e a t i n gf a c t o ro ft h ec o l dp o i n ti nt h ep c b aa p p r o a c ht h el o w e rl i m i to ft h e o p t i m a lr a n g e ，i sp r o p o s e dt oc o n t r o lt h eo p t i m a lr a n g eo ft h eh e a t i n gf a c t o r a n dt h e h e a t i n gf a c t o ro ft h ec o l dp o i n ti sf o u n dt ob el i n e a rw i t ht h e t e m p e r a t u r es e t t i n g so fa l lt h et o ph e a ts o u r c eo far e f l o wo v e n ，w h i c hm a k e t h eh e a t i n gf a c t o ro ft h ec o l dp o i n tb el i n e a r l yc o n t r o l l e d l a s tb u tn o tl e a s t ，o p t i m i z a t i o nd e s i g na n dc o n t r o lp l a no far e f l o wp r o f i l e i ss y n t h e s i z e da n dd e f i n e da sh e a t i n gf a c t o rc o n t r o lm e t h o d ac o m p a r i s o n b e t w e e nh e a t i n gf a c t o rc o n t r o lm e t h o da n dt h o s eb a s e do nt h ed e f e c t m e c h a n i s m a n a l y s i s i sc o n d u c t e d ，a n dt h e s i m p l i c i t y a n du n i v e r s a l a p p l i c a t i o no ft h ef o r m e rm e t h o d i s f u l l yd e m o n s t r a t e d i np a r t i c u l a r , h e a t i n gf a c t o rc o n t r o lm e t h o dc a na c h i e v eh i g hr e l i a b i l i t yo fr e f l o w s o l d e r i n gw i t hr a p i ds p e e d k e yw o r d s ：s u r f a c em o u n tt e c h n o l o g y , h e a t i n gf a c t o rc o n t r o lm e t h o d ， s o l d e r i n g ，r e f l o wp r o f i l e ，t h e r m a lt i m ec o n s t a n t ，l i n e a rr e g r e s s i o n v 附件四 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 躲禹誓 日期：2 0 0 7 年 11 月8 日 附件五 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：葛金惘八指导教师签名：。3 f 第章绪沦 1 1 课题来源 第一章绪论 本课题来源于国家自然科学基余重大项目“先进电子制造中的重要科学技术问题 研究”课题四：芯片封装界面制造过程多参数影响规律与控制。项目资助号：5 0 3 9 0 0 6 4 。 1 2 课题背景 微电子技术是发展信息产业和实现信息化的基础。微电子技术所支撑的微电子产 品，诸如手机，7 数码相机，笔记本等每天都在改变我们的生活、学习、工作和娱乐， 人类社会已进入信息化时代。信息化程度的高低已成为衡量一个国家综合国力的重要 标志。 微电子技术的核心是集成电路0 c ) ，而i c 芯片功能的实现，要靠连接电极终端， 即信号互联，凭借封装组成半导体器件，因而封装不仅是其功能实现的载体，也是i c 支撑、保护的必要条件。微电了制造领域的两大关键性技术是芯片制造和微电了封装。 代表芯片制造水平的l c 集成工艺发展非常迅速，生物芯片的时代也为时不远，而电了 封装工艺是实现信息产品的坚强后盾。 表面贴装技术( s u r f a c em o u n tt e c h n o l o g y ，s m t ) 是微电子技术中二级封装的主 流技术，其在电子产品制造中的地位如图1 1 所示。s m t 技术刁i 仅生产效率高，而 且互连性能好，即在印制电路板单f 7 = 而积上可实现的焊点数量高。由于微电子电路集 成化程度越来越高，需要的输入输出( i o ) 引线也越来越多，s m t 从技术上满足了现 代电子t 业的需要。据有关权威机构预测，到2 0 1 0 年全球范围表面贴装技术在二级 封装中的使用率将上升到9 0 左右。 进入2 l 世纪以米，中国电子信息产品制造业加快了发展步伐，每年都以2 0 以 上的速度高速增长，成为国民经济的支柱产业。中国引进s m t 的步伐人犬加快，目 前贴片机在3 0 0 0 0 台以上，s m t 生产线在1 5 0 0 0 条左右。中同已成为全球最大、最 重要的s m t 市场。随着中国电子制造业的高速发展，中国的s m t 技术及产业也同步 迅猛发展，整体规模连续三年居全球第2 位。 j f 竺一1 、“ q 襞簖 翟撇 一批j f 珧山据j 龇 一蛐h * 一 般h 转。 _ l 。h “洲垃 一一 一 一t ur * v 一- 图l - l 电干产品 4 追流程示意图 f i if l o wc h a r to f m a n u f a c t u r i n $ d c c u o n i cp r o d u c t s 表面贴装生产线：( s m tl i n e 】 主要由丝网印刷机( s k n c i ip r i n t c o 、贴片机( p i c k p l a c em a c h i w e ) 、回流好： ( r c f l o wo v e n ) 组成，如图1 2 所示。在回流炉1 。实现的回流焊 过程( r e f l o ws o l d e r i n gp r o c e s s ) 是s m t 生产。线上极其重要的工艺过程。同滤焊过程的 控制决定着s m t 生产线产品的终端质量，因为表面贴装元件和印刷电路板的设计 焊青的印刷和元器件的贴装等产生的缺陷，最终都将集中体现在回流焊接过程的控制 中，如果投有台理可行的回流焊接过程，前面任何工艺控制都将失去意义。囡此同流 焊过程控制是s m t 生产质量的关键。 饕灞参：i _ _ 一撙 ，一一5 基墒0 。爨 a e n e l lp r i n t e r 滕勰。 一一m n t y p i c a js m tl l n e 圉i 2 典型的表面n 麓生严找 f 噜l t y p s m t 5 h e 回沈焊过程控制在工艺上表现为l a i 流温度曲线( r e n o “p m n l e ) 的控制，它是指日j 刷电路板与表面封i 装元器件之| f 1 】的焊点温度随时间变化的曲线须满足一定的控制要 求。因同流曲线不适当而影响的缺陷形式牛鹱有：部分冗件爆裂破裂、碰件、锡粒、 桥接、虚焊，p c b 脱层起泡等而这些缺陷都可以面过改进同流曲线的控制加以避 龇不 一、茹， i“，披心 、，_ _ ，警 j 第。章绪沦 _ _ i i i i i a u i i i ；i i ；i i i i 免。因此适当优化设计回流温度曲线可得到高的良品率及高的可靠度，这个经过优化 设计的回流温度曲线需要在特定的回流炉中实现。在某回流炉中，通过适当设置其控 制参数，提供一种特定的加热环境，从而使印刷电路板上成百上千个焊点尽可能一致 的经历这条优化设计的回流黼线，以期得到电子产品的高成品率，乃全可靠性。 1 3 回流焊工艺控制的研究现状及其面临的挑战 了解了同流焊过程控制在电子封装中的地位及重要性之后。本节将对同流焊工艺 控制的研究现状及其面临的挑战做全面的阐述，指出存在的问题，提出本课题要解决 的目标。为了理解回流焊工艺，首先要清楚回流焊的要素： 1 3 1 回流焊过程的要素 要完成一个回流焊接过程，从物质组成米说，丰要有焊膏、回流炉和印刷电路板 组装产品( p c b a ) ，还有监控焊接过程的回流曲线测绘t 具作为过程控制的辅助要素， 它们一起构成回流焊的安素。 1 霹；! f ( s o l d e rp a s t e ) 焊膏是一种均质混合物，甫焊料合会粉( s o l d e ra l l o y ) 和液态的助焊剂( f l u x ) 组成， 如图卜3 所示。 s o l d e ra l l o y 图1 3 焊膏 f i g i 3s o l d e rp a s t e a 焊料合金粉( s o l d e ra l l o y ) 焊料合金粉是焊膏的土要成分，约占焊膏重量8 5 - - - - 9 0 ，是焊膏的核心材料，也 是形成焊点的辛要原料。它是一种易熔合金，丰要起润湿金属表面并在表面形成金属 间化合物、使表面贴装元件的引脚和印刷电路板焊糯之间形成焊接的作用。焊料合金 粉种类较多，常_ h j 焊料合金粉有以下几利：锡铅( s n p b ) 、锡铅银( s n p b a g ) 、锡 铅铋( s n p b 8 i ) 等、以及逐渐得到应用的无铅焊料合金粉。在回流焊接时，回流曲线 必须达到焊料合金粉熔点以上，使其熔化，经冷却凝固成焊料球。 3 b 助焊剂( f l u x ) 助焊剂主要曲松香，树脂、含卤化物的活性剂，添加剂和有机浒荆组成。简单地 说是各种固体成分溶解在各种液体中形成均匀透明的i 昆台溶液，其中各种成分所占比 例各不相同所起作用也不同。 常用助烨剂的作用： a ) 破坏金属氧化膜使焊料台金粉鞋而清洁，有利于焊料的浸润和焊点台金的生 成。 b ) 能攫盖在焊料表面防止焊料或金属继续氧化。 c ) 增强焊料和被焊金属表面的冶金反应活性，降低焊料的表面张力。 d ) 焊料和焊剂是柏熔的，可增加焊料的流动性，进一步提高浸润能力。 2 回流妒融8 洲o v e n ) 回流炉谣过提供一种特定加热环境使特定焊膏受热熔化后冷却形成焊点从而 让表面贴装元器件和印刷电路板上的焊盘通过焊点町靠的结台在一起，形成u j 靠的焊 接，其外观如图i - 4 所示。由炉体和控制器纽成，妒体分为上下两个密封箱体中间 为传送带控制器一般有一个p c 操作界而，允许用户漩定不同的控制参数，炉体的 长短主要根据加热区和冷却区的多少而不同，目前的同流炉的加热区有扯1 1 个区不 等，冷却区自i 个区不等，也有的炉不带冷却区让p c b 板m 炉后在空气中自然冷 却。每个温区的温度可编程设定一股可设温度范围从室温到2 7 5 度芹右( 视厂家设 定) ，其传热机理以红，f ( i n f t a x e d ) 或强制热风对流( f o r c e dc o n v e c t i o n ) 为主。 谴：焉k 呻_ r 。 吣霜毒_ ，_ r r ， 圈1 0 日流妒 f i gi - 4 r c f l o w o v e f l 目i 3 印娥m 拣授钮鼗产品( p c b a ) 印刷电路板组装产品( p r i n t e d c i r c u i t b o a 州a s s e m b l y ，p c b a ，如倒1 - 5 所示，足 由符j 各”的表面贴装元件( s m c s m d ) 和印刷电路板( p c b ) 组装礼起的产f 1 | 以 实现一定的功能。存元仆的接线端4 r p c b 之问涂敷有埠_ e ，f 同流后形成焊点寅现 j e 什和p c b 焊盘的机饿和i b 气的口r 靠连接。扎p c b 表而u r 以看到的细4 、线蹄利料是制 箔这些线路坎称作导线或称舢线川米提供p c b 救】零件j ； c j 电啼琏接： p c b 也就足印刷电路板( p r i m e d c i r c u i t b o a r d ) 泛持表皿和内部小“仃吁件图】 的 绝缘毕板，其娃本功能是搭蛾l u 子冗器件( 包括j 并蔽，酣 ) 井实现其问的电气连接。由 于需要承蹙搭载元器件时的热量和温升以及元器件的正最等，p c b 刈电跻的电性能、 热性能、机械强度和可靠性都起着重要作用。p c b 的基扳是由绝缘隔热、小易弯曲的 材质所制成。p c b 上的绿色或是棕色是阻焊漆( s o l d e rm a s k ) 的颜色。这壕是绝缘的 防护层，町咀保护铜线，也町以防止零件被焊到不上e 确的地方。 围i - 5 印剧电路扳蛆暮产品 f i g - i - 5p c b a p c b 的分类从基扳的结构看，按层数主要有以下几种：单面板( s i n g l e s i d e db o a r d s ) 是撮基本的p c b ，零件集中在其中一而，导线则集中在另一而上；而双板 ( d o u b l e - s i d e db o a r d s ) 两面部有布线，要用上两面的导线必须要在两面闻有适当的 电路连接，这种电路问的“桥粱”叫做导孔( v i a ) ，导孔是曲 p c b 上沉秘或涂上龟属的 小荆，它刈以与两面的导线相连接；多层扳( m u l t i i j a y e rb o a r d s ) 使用数片双面板并 在每层板问放进一层绝缘层后黏牢r 压台】，板子的层数就代采，订几层独市的南线 层，通常层数都是偶数，井包古最外侧的两层。大部分的【；_ 】刷电路扳都足4 剁8 层的 结构。 制造基板的主要原材料自铜箔、增强材料( 玻璃纤维打、芬香族聚酸胺纤维无纳柿) 等，它们对基板材料的性能起着至关重要的作用。从基板的绝缘材科霜，有纸酚醛树 脂疆铜板( f r 1 f r - 2 ) 、纸环铽树 # 覆铜板( f r - 3 ) 等、玻璃布研，轼树脂覆锕板( f r 4 ， g 1 0 1 玻璃m j 耐商温环轼耐脂艇铜板( f i r 5 ，g 1 1 ) 等。目前世界范1 日内，f r 4 摹材( 包 括c c l 和多崖板i f j 半川化h ) 的用量1 1 i 蝗个玻璃柑基基材总量的9 0 t ! j , l ， 和s m t r t l p c b 表面w i 装的元件称为表面组装元件( s u r f a c em o u n t c o m p o n e n t s m c 或者表【l j i 组装器件( s u r f a c em o u n td e v i c e ，s m d ) 。元器件内的：占片载体有两利，主要类 型：陶瓷和塑料。陶瓷封挫的密封性好，主要用于年品，但存在封装与基板问c t e a ； 匹眦造成焊点断裂的问题。而靼料封装不存在这种问题塑料芯片载体土要用于民品 是非军事应用中使用最广泛的一种封装，己占据了9 0 以上的封装市场份额。塑料埘 装球栅阵列p b g a 是近年来发展晟快的封装形式之一，封装时首先采用导电的芯片粘 结剂将s i 芯片与b t 树脂基板枯接起来。为了保护芯片币受损坏，采用模压化合物对芯 片进行密封，最后将焊料球与基板上的c u 焊盘( c up a d ) 连接起来形成凸点( s o l d e r b u m p ) 这些以阵列方式排列的凸点叩为p b g a ：t t 装器件的i o 引脚。 4 画漉曲线锄绦上娃 叫流炉不能对焊点的温度直接控制，j 能借助环境反馈机制，测绘焊点的泓j 立曲 线与给定的回流曲线指标作比较，从而调整炉控制参数，实m 定h 标的加热曲线t 所以回流曲线测绘1 具是必币可少的如| 笔i l 石所示。测绘t 具一般配育多达六个测 量通道每个通道联接一温度传感器( 通常是热电侣) ，回流时热电偶颁接触p c b a 上 重要焊点，记录下各焊点的温度，井传输到电脑上，通过软件绘制成回流曲线，通过 一定的同流曲线规格评价，以进一步的调整炉子最终获得符台一定要求的温度曲线 圈l _ 6 日流曲线剖绘工具 f j gl 6 ar e g o wp r o f i l i n g t o o 第。蕈绪沦 1 3 2 回流焊的方法 当表面贴装元件被贴装在已印刷好焊膏的p c b 上后，进入正在运行的回流炉中， 焊膏开始受热，焊膏中的助焊剂和焊料合金逐步起作用，并最终形成表面贴装元件和 p c b 之间良好的焊点。 要较好的完成焊膏i | i 焊料合金和助焊剂的作用，焊膏必须经历某特定的温度曲 线，通常由该焊膏的制造商推荐，如图i 7 所示，这条温度曲线通常称为回流曲线。 回流曲线一般由四个区组成，前面i 个区( 预热区、保温区、回流区) 加热、最后 一个区( 冷却区) 冷却。 t i m o s 图l 7 焊膏曲线 f i g i - 7at y p i c a lr e f l o wp r o f i l e a ) 预热区( p r e h e a t i n gs t a g e ) ，也叫斜坡区，用来将p c b 的温度从周围环境温度 提升剑所需的活性温度，破坏金属氧化膜使焊料合金粉表而清洁，有利于焊 料的浸润和焊点合金的生成。在这个区，产品的温度以不超过每秒5 c 速度 连续上升，温度升得太快会引起对敏感：卷片的热冲击，而温度上升太慢则没 有足够的时问使p c b 达到活性温度，溶剂挥发不充分，影响焊接质量。 b ) 活性区( s o a ks t a g e ) ，有时叫做保温区，这个区一般占加热通道的3 3 5 0 ，有 两个功用，第一个功能是将p c b 在相当稳定的温度下受热，允许不同质量的 元件的温度趋予一致，减