回流焊炉温曲线的设定.ppt

回流焊炉温曲线的设定讲师 王勇 1 学习的目标 课程结束时你会对SMT不同的回流焊接过程有一个大致的了解 2 内容介绍 良好的回流焊接的效果所需的要素RSS炉温曲线的设定RTS炉温曲线的设定有铅与无铅炉温曲线的分析对比 3 良好的回流焊接效果取决于下列要素 设备作业方法物料环境作业人员 4 1 设备炉子传输轨道供应商支持加热区冷却区 5 2 方法焊接曲线Preheat预热Soakorlinear浸润区或直线Reflow回流Cooling冷却Conveyorspeed链条速度 6 3 材料焊接材料Flux助焊剂Alloy合金AlloyParticlesize金属颗粒的大小Components电子元件焊接环境氮气空气 7 4 环境生产环境周围温度相对湿度灰尘空气流动 8 5 作业人员培训知识意识 9 电子产品焊接对焊料的要求 焊接温度要在相对较低的温度下进行 以保证元器件不受热力冲击而损坏 熔融焊料必须在被焊金属表面有良好的流动性 有利于焊料均匀分布 并为润湿奠定基础 凝固时间要短 有利于焊点成型 便于操作 焊点外观要好 便于检查 导电性能好 并有足够的机械强度 抗蚀性好 特别是军事 航天 通信及大型计算机 焊料的原料来源应广泛 即组成焊料的金属矿产应丰富 价格低廉 才能保证稳定供货 10 回流焊温度曲线 ReflowProfile 定义 记录PCB板在以一定速度经过回流焊时 PCB板上温度变化轨迹图 所需设施 温度传感器 线 已校正测温仪 PCB板或实装板 用于固定传感器的介质 耐高温胶布 耐高温焊锡 高温固化胶 焊接设备 曲线规格 11 测温板的制作 热电偶线的连接过程 12 测温板 13 红胶 铝胶带 热电偶线 14 回流炉 15 Ramp Soak SpikeRSS炉温区域的划分 预热段 PreheatZone 该区域的目的是把室温的PCB尽快加热 以达到第二个特定目标 但升温速率要控制在适当范围以内 如果过快 会产生热冲击 电路板和元件都可能受损 过慢 则溶剂挥发不充分 影响焊接质量 由于加热速度较快 在温区的后段SMA内的温差较大 为防止热冲击对元件的损伤 一般规定最大速度为4 C S 然而 通常上升速率设定为1 3 C S 典型的升温度速率为2 C S 保温段 SoakingZone 是指温度从120 C S 150 C S升至焊膏熔点的区域 保温段的主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定 尽量减少温差 在这个区域里给予足够的时间使较大元件的温度赶上较小元件 并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发 到保温段结束 焊盘 焊料球及元件引脚上的氧化物被除去 整个电路板的温度达到平衡 应注意的是SMA上所有元件在这一段结束时应具有相同的温度 否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象 16 回流段 在这一区域里加热器的温度设置得最高 使组件的温度快速上升至峰值温度 在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同 一般推荐为焊膏为焊膏的溶点温度加20 40 C 对于熔点为183 C的63Sn 37Pb焊膏和熔点为179 C的Sn62 Pb36 Ag2膏焊 峰值温度一般为210 230 C S 再流时间不要过长 以防对SMA造成不良影响 理想的温度曲线是超过焊锡熔点的 尖端区 覆盖的体积最小 冷却段这段中焊膏中的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面 应该用尽可能快的速度来进行冷却 这样将有助于得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度 缓慢冷却会导致电路板的更多分解而进入锡中 从而产生灰暗毛糙的焊点 在极端的情形下 它能引起沾锡不良和弱焊点结合力 冷却段降温速率一般为3 4 C S冷却至75 C即可 17 1 温度不够使助焊剂挥发2 元件破裂 焊料飞溅 锡珠 焊膏蹋陷 锡桥 3 过多的助焊剂挥发 不润湿 4 不能激发助焊剂的活性 不润湿 5 助焊剂的残留和空洞的形成6 元件和板的损坏 18 19 20 220 240 180 200 140 160 100 120 60 80 20 40 0 30 90 60 0 120 150 180 210 240 270 300 Time Seconds Temperature C 1 3 1 6 C Sec PeakTemp 210 225 C ReflowZone 2 0min max 60 90sec typical SoakingZone 0 5 0 6 C Sec 3 C Sec Pre heatingZone 2 0 4 0min max 30 90sec max 30 60sec typical 标准的RSS回流焊接曲线合金 SnPb63 37 21 Ramp Soak Spike 22 Ramp Soak Spike RSS在今天RSS炉温曲线运用的越来越少了 因为焊接材料的改进强制对流的炉子的引入 在今天大多数的焊料不需要提供保温区去激活助焊剂而达到合适的润湿 23 设定RTS温度曲线 RTS曲线简单地说就是一条从室温到回流峰值温度的温度渐升曲线 RTS曲线温升区其作用是装配的预热区 这里助焊剂被激化 挥发物被挥发 装配准备回流 并防止温度冲击 RTS曲线典型的升温速率为每秒0 6 1 8 C 升温的最初90秒钟应该尽可能保持线性 24 RTS曲线回流区是装配达到焊锡回流温度的阶段 在达到150 C之后 峰值温度应尽快地达到 峰值温度应控制在215 5 C 液化居留时间为60 15 秒钟 液化之上的这个时间将减少助焊剂受夹和空洞 增加拉伸强度 和RSS一样 RTS曲线长度也应该是从室温到峰值温度最大3 5 4分钟 冷却速率控制在每秒4 C 25 RampToSpike 26 RamptoSpike RTS直线型RTS在混装型焊接中有时会导致较大的 DeltaT 即同一板面的温差较大 在些会超过10 C 使用RSS曲线可以很好的降低DeltaT 实际生产中根据需要调整 27 有铅和无铅焊料的比较 锡是延展性很好的银白色的金属 质地软 熔点是 231 9 C铅也是质地柔软并呈灰色的金属 熔点 327 4 C1 锡铅比例 Sn63Pb37焊料的熔点 183 C2 锡银铜 Sn96 5Ag3 0Cu0 5 SAC305 焊料的熔点 217 C 221 C所以无铅焊接所需要的温度更高 在无铅制程中存在更大的担忧 28 220 240 180 200 140 160 100 120 60 80 20 40 0 30 90 60 0 120 150 180 210 240 270 300 Time Seconds Temperature C 1 3 1 6 C Sec PeakTemp 210 225 C ReflowZone 2 0min max 60 90sec typical SoakingZone 0 5 0 6 C Sec 3 C Sec Pre heatingZone 2 0 4 0min max 30 90sec max 30 60sec typical 标准的RSS回流焊接曲线合金 SnPb63 37 29 考虑 混合焊接元件本体温度 如 CCGA 和SOT 23 温度的不同可能相差20oC加热速率需要 0 75oC sec 且不超过零件包装的温度的上限 在焊接前长时间的爆露增加氧化的发生 200 150 100 50 250 5oC sec Soak 60 180sec 235oC 10seconds Minimum AllSolderJoints 217 220oC 熔点 Temperature C Time sec 3oC sec 3oC sec 3oC sec Reflow 45 120sec 3oC sec 5oC sec UpperLimitDictatedbyComponentBodyTemperatureLimits TypicalSpecificationsare 245oC 250oC or260oC 建议的焊料合金 SnAgCu Preheat Cooldown 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 880 目标峰值温度235oC 245oC Pb Free Sn Ag CuSAC305 30 用锡铅合金与无铅合金焊料形成的焊点主要不同在于 焊料的外观标准给出了两者的目检要求下述标记特指无铅焊点图例无铅合金多具有 表面粗糙 颗粒状或灰暗 不同的润湿接触角 无铅焊点润湿接触角偏大 所有焊料填充的其他要求相同 无铅焊接效果与有铅焊接效果的比较 31 图5 4锡铅焊料 免洗工艺 图5 5锡银铜焊焊料 免洗工艺 32 图5 6锡铅焊