SMT基础与工艺课件：再流焊工艺及设备

再流焊工艺及设备再流焊是目前SMT生产中最普遍的焊接方式，是伴随电子产品的微型化和高密度化发展而出现的焊接技术。表面组装电路板（SMB）经过锡膏印刷和元器件贴装进入再流焊机，经过干燥、预热、熔化、浸润、冷却完成焊接。学习目标1.了解再流焊的工艺流程及特点。2.了解再流焊的类型及加热方式。3.熟悉热风再流焊机的结构和技术参数。4.熟悉台式再流焊机的结构，掌握其操作方法。5.掌握再流焊的质量缺陷分析及解决方法。SMT焊接工艺与设备1SMT焊接工艺与设备2一、再流焊的工艺流程及特点1.再流焊的工艺流程再流焊是SMT自动化生产线中非常重要的一个环节，应用再流焊技术实现电子产品的组装焊接是目前印制电路板组装技术的主流方法。一块表面组装电路板在自动化生产线中，经过印刷机印刷锡膏、贴片机贴装元器件，再进入再流焊机进行再流焊接，在传送带的运输下，经过再流焊机各个区域，完成干燥、预热、锡膏熔化、润湿焊盘，冷却后形成焊点。锡膏在再流焊机中经历了熔化而再次流动润湿、再凝固的过程。SMT焊接工艺与设备3一、再流焊的工艺流程及特点1.再流焊的工艺流程再流焊工艺由于锡膏的“再流动”以及“自定位效应”特点，使其对元器件贴装精度没有极高的要求，只要贴装在精度范围内，就可通过锡膏的再流动使元器件位置准确，这样大大提高了焊接的精度和速度，但是再流焊工艺对焊盘设计、元器件封装标准化、元器件端头质量、印制电路板质量、焊料质量以及焊接参数的设置提出了更高的要求。SMT焊接工艺与设备4一、再流焊的工艺流程及特点1.再流焊的工艺流程需要特别注意的是，采用再流焊技术进行新产品焊接前，要先进行编程，调节炉温，测试炉温曲线，并进行首件焊接测试，测试合格才可进行批量生产。右图为再流焊的一般工艺流程SMT焊接工艺与设备5一、再流焊的工艺流程及特点2.再流焊的主要特点（1）在再流焊工艺中，元器件不会直接接触高温熔融的焊料，比波峰焊受到的热冲击小，但某些情况下因所设置炉温或加热方式的限制，元器件也会受到较大的热冲击。（2）施放焊料准确到位，有效避免焊料剩余，减少桥连等缺陷，焊点一致性高。（3）由于再流焊工艺的“自定位效应”，只要锡膏印刷位置准确，即使元器件贴装有偏移，在再流焊过程中也可将元器件拉回近似准确的位置。SMT焊接工艺与设备6一、再流焊的工艺流程及特点2.再流焊的主要特点（4）再流焊可采用局部加热热源进行局部焊接，因此可在同一基板上同时采用不同工艺进行焊接。（5）焊接材料中的锡膏密封保存，采用少量多次加入的方法，与波峰焊焊锡槽相比，不易混入杂质，不易产生锡渣。（6）再流焊技术热源供给可采用多种方式，如热风、红外线等，不同于波峰焊中热量只能来源于熔融的焊料。SMT焊接工艺与设备7二、再流焊的类型及加热方式再流焊的类型不同主要表现在对焊料的加热方法不同，根据热量的传导方式不同，可分为辐射和对流两种；根据加热区域不同，可分为整体加热和局部加热。整体加热又可分为红外加热法、气相加热法、热风加热法、热板加热法；局部加热又可分为激光加热法、红外线聚焦加热法、热气流加热法、光束加热法。SMT焊接工艺与设备8二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（1）热板传导再流焊热板传导再流焊是利用热板发生热传导来加热PCB，达到再流焊的目的。它是应用最早的再流焊技术，工作过程如下图所示。SMT焊接工艺与设备9二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（1）热板传导再流焊热板位于传送带下方，传送带采用热传导性能良好的材料，热量通过传送带传导到PCB，熔化焊盘上的锡膏，再经冷却区完成焊接。热板传导再流焊通常由预热区、再流区、冷却区三部分组成。由于其对导热性能的要求，适合于高纯度氧化铝基板、陶瓷基板等导热性能较好的印制电路板的焊接，而覆铜压制板由于导热性能不佳，采用此方法焊接效果不佳。SMT焊接工艺与设备10二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（1）热板传导再流焊热板传导再流焊的优点主要有：结构简单，价格低廉，元器件所受热冲击小，焊接过程便于目检。热板传导再流焊的缺点主要有：受基板热量传导影响大，热板表面温度低于300℃，只适用于单面组装和底面平整PCB的组装，温度分布不均匀。SMT焊接工艺与设备11二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（2）红外辐射再流焊红外辐射再流焊一般采用炉腔隧道式加热炉结构，采用红外线热源，适用于流水线大批量生产，是出现最早、应用最广泛的SMT焊接方法之一。在预热区，采用远红外线加热；在再流区，采用近红外线加热。整个炉腔温度分段控制，一般分为预热区、再流区、冷却区，再流区温度一般为230～240℃，时间为5～10s。SMT焊接工艺与设备12二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（2）红外辐射再流焊红外辐射再流焊工作过程如下图所示。SMT焊接工艺与设备13二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（2）红外辐射再流焊红外辐射再流焊的优点主要有：设备成本较低；可采用不同成分、不同熔点的锡膏；红外能量可渗透到锡膏内部，使溶剂逐渐挥发，而不引起焊料飞溅；加热温度和速度可调范围大，元器件受热冲击较小；温度曲线控制方便；红外加热效率高；可采用惰性气体保护焊接。SMT焊接工艺与设备14二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（2）红外辐射再流焊红外辐射再流焊的缺点主要有：不同材料、不同颜色元器件对红外线吸收存在差异，可能导致被焊件受热不均匀，严重时造成元器件损坏，可通过红外热风再流焊加以优化；焊接双面印制电路板时，上下两面温度差别较大。SMT焊接工艺与设备15二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（3）气相加热再流焊气相加热再流焊的工作原理是加热氟氯烷系溶剂，使之沸腾产生饱和蒸气，饱和蒸气遇到低温的被焊电路后转变成相同温度的液体，产生的热量使膏状焊料熔融，润湿焊盘，冷却后形成焊点。这种再流焊方法要求传热介质具有较高的沸点，有良好的热稳定性，不自燃。常用的传热介质有美国3M公司研制的FC-70（沸点为215℃）、FC-71（沸点为253℃）等。SMT焊接工艺与设备16二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（3）气相加热再流焊气相加热再流焊设备结构如下图所示。SMT焊接工艺与设备17二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（3）气相加热再流焊气相加热再流焊的优点主要有：整体加热，热蒸气可到达设备每个角落；热传导均匀；热转化效率高；能精确控制温度；可完成任何形状产品的焊接；蒸气中含氧量低，不易氧化；能形成高精度、高质量焊点。气相加热再流焊的缺点主要有：传热介质、设备造价高；液态介质工作中会产生少量有毒气体，损害臭氧层，不环保，使用受限制。SMT焊接工艺与设备18二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（4）激光加热再流焊激光加热再流焊主要用于局部加热的情况，该设备利用激光束方向性好、功率密度高的特点，通过光学设备将激光束聚焦在某一小区域内，进行加热焊接。右图为激光加热再流焊工作过程。SMT焊接工艺与设备19二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（4）激光加热再流焊激光加热再流焊的优点主要有：可局部加热，为维修PCB提供方便；局部受热，热冲击小；对热敏元件也可使用，损伤小。激光加热再流焊的缺点主要有：激光发生器造价高，维护成本高。SMT焊接工艺与设备20二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（5）全热风加热再流焊全热风加热再流焊是一种利用加热风机来强迫热风对流循环，从而给锡膏加热的焊接方法。这种再流焊方式避免了红外辐射再流焊的局部温差缺陷，目前应用广泛。SMT焊接工艺与设备21二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（5）全热风加热再流焊下图为全热风加热再流焊工作过程。SMT焊接工艺与设备22二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（5）全热风加热再流焊全热风加热再流焊的优点主要有：受热均匀，可实现整体焊接。全热风加热再流焊的缺点主要有：循环气体对流速度控制要求严格；易造成PCB抖动、元器件偏移；热交换效率较低，耗电成本较高。SMT焊接工艺与设备23二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（6）红外热风再流焊红外热风再流焊是为了克服红外辐射再流焊受热不均匀的缺点而发展起来的，红外热风再流焊从结构上改进了再流焊机的加热器，除存在红外加热外，还增加了热风循环加热结构，将炉温加热区划分为更多区域，可以更加细致、有效地调节炉温曲线。一般将温区划分为预热区、保温区、再流区和冷却区。在红外热风再流焊机中，红外线热源为主要热源，热风热源的主要作用是用热量对流减小元器件及PCB之间的温差。SMT焊接工艺与设备24二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（6）红外热风再流焊红外热风再流焊工作过程如下图SMT焊接工艺与设备25二、再流焊的类型及加热方式1.再流焊的类型（6）红外热风再流焊红外热风再流焊的优点主要有：热空气不断流动，受热均匀，热传递效率高；各温区可独立调节温度；PCB与元器件温差小，温度曲线易控制；适合大批量自动化生产，操作成本低。红外热风再流焊的缺点主要有设备造价高等。SMT焊接工艺与设备26二、再流焊的类型及加热方式2.加热方式SMT焊接工艺与设备27二、再流焊的类型及加热方式2.加热方式在电子产品表面组装中，应根据实际情况灵活选择再流焊加热方式。如在产品维修中，要进行局部加热，应选择激光加热、红外辐射加热等加热方法；在大批量产品生产中，要进行整体加热，应选择全热风加热或红外辐射+热风加热的方式。SMT焊接工艺与设备28三、热风再流焊机的结构和技术参数1.结构全热风再流焊加热是目前电子产品组装中应用较广泛的一种类型。热风再流焊机主要由控制系统、传动系统、热风系统、冷风系统等结构组成，如右图。SMT焊接工艺与设备29三、热风再流焊机的结构和技术参数1.结构热风再流焊机实物如下图

SMT焊接工艺与设备30三、热风再流焊机的结构和技术参数2.主要技术参数（1）可焊接PCB尺寸：由再流焊锡炉传送导轨最大宽度决定，一般为30～400mm。（2）温度传感器灵敏度：应达到±（0.1～0.2）℃。（3）炉腔温度均匀度：炉腔内各点的温差应尽可能小，一般为±（1～2）℃。

SMT焊接工艺与设备31三、热风再流焊机的结构和技术参数2.主要技术参数（4）最高加热温度：一般最高炉温为300～350℃，有铅焊接和无铅焊接温度设置不同，无铅焊接较高。（5）加热温区数量：由再流焊锡炉结构决定，一般为4～5个温区，部分设备有8～10个温区，数量越多，加热区越长，温度曲线越容易调整。（6）温度曲线：再流焊的温度曲线设置直接影响印制电路板的焊接质量。SMT焊接工艺与设备32三、热风再流焊机的结构和技术参数2.主要技术参数锡铅焊膏再流焊温度曲线如右图SMT焊接工艺与设备33三、热风再流焊机的结构和技术参数2.主要技术参数若再流焊锡炉不具备自动检测调试功能，则需要采购炉温测试仪进行测试。1）从室温到100℃为升温区。升温速度控制在2℃/s以内，或160℃前的升温速度控制在1～2℃/s。SMT焊接工艺与设备34三、热风再流焊机的结构和技术参数2.主要技术参数2）100～150（160）℃为保温区，时间为60～90s。如果升温速度太快，一方面会使元器件及PCB受热太快，损坏元器件，造成PCB变形。另一方面，锡膏中的熔剂挥发速度太快，容易溅出金属粉末，产生锡球；如果预热温度太高、时间过长，容易使金属粉末氧化，影响焊接质量。SMT焊接工艺与设备35三、热风再流焊机的结构和技术参数2.主要技术参数3）150～183℃为快速升温区，或称为助焊剂浸润区。理想的升温速度为1.2～3.5℃/s，但目前国内很多设备都难以实现，大多可将升温时间控制在30～60s（有铅焊接时可以接受）。当温度升到150～160℃时，锡膏中的助焊剂开始迅速分解活化，如时间过长会使助焊剂提前失效，影响液态焊料浸润性，影响金属间合金层的生成。SMT焊接工艺与设备36三、热风再流焊机的结构和技术参数2.主要技术参数4）从183℃升至峰值再回到183℃的一段是锡膏从融化到凝固的焊接区，或称为再流区，一般为60～90s。5）凝固后的183℃以下区域为冷却区。在风冷作用下，温度下降速度小于4℃/s。SMT焊接工艺与设备37三、热风再流焊机的结构和技术参数2.主要技术参数注意事项：峰值温度一般定在比锡膏熔点高30～40℃（Sn63/Pb37焊膏的熔点为183℃，峰值温度为210～230℃）。这是形成金属间合金层的关键区域，需要15～30s。峰值温度高，时间可以短一些；温度低，时间应长一些。峰值温度低或再流时间短，会使焊接不充分，金属间合金层太薄（小于0.5μm），严重时会造成锡膏不熔；峰值温度过高或再流时间长，会造成金属粉末严重氧化，合金层过厚（大于4μm），影响焊点强度，严重时还会损坏元器件和印制电路板，从外观看，印制电路板会严重变色。SMT焊接工艺与设备38四、台式再流焊机的结构和操作方法台式再流焊机是小型再流焊机的一种，它是可以摆放在操作台面上的再流焊机。台式再流焊机采用全封闭式设计，内置高效保温材料并有高效密封条，保温效果好，耐热，耐腐蚀，易于清洁，可有效降低功耗，节省电能。台式再流焊机适合中小批量的PCB组装生产，性能稳定，经济性好。下图为一款红外台式再流焊机。SMT焊接工艺与设备39四、台式再流焊机的结构和操作方法1.结构（1）其机体采用抽屉式炉门结构，方便放取PCB。（2）其控制系统采用单片机控制红外辐射温度，使得PCB在炉腔内顺序经历预热、再流和冷却的过程，完成焊接。（3）其控制面板装有启动、停止、温度调节按钮，以及可显示实时温度的LCD显示屏。（4）当炉门关闭时，其内部处于封闭状态，利于保温和检测温度，以及控制焊接质量。SMT焊接工艺与设备40四、台式再流焊机的结构和操作方法2.操作方法（1）开机开机前，检查电源是否接通，是否为本机额定电源；检查设备是否良好接地；查看炉体内部是否有残渣，若有应及时清理；检查红外设备是否可正常加热。（2）放入待焊板打开炉门，放入待焊接的PCB，确保PCB上已经涂覆锡膏，贴装元器件。SMT焊接工艺与设备41四、台式再流焊机的结构和操作方法2.操作方法（3）温度设置应用单片机控制系统设置印制电路板在炉腔内预热、再流、冷却的红外加热时间及风冷时间，严格控制焊接过程炉温。（4）取出印制电路板待印制电路板冷却后，打开炉门，取出焊好的印制电路板。

SMT焊接工艺与设备42四、台式再流焊机的结构和操作方法2.操作方法（5）检测目检或在AOI设备上检测焊接质量，若出现缺陷，分析原因，修改程序，直至焊接完好，进行批量焊接。（6）关机焊接完成，待炉体冷却后，关闭设备。由于台式再流焊机需手动操作，不适宜大批量生产，适合在一些小型工厂或研发印制电路板试制时使用。SMT焊接工艺与设备43五、再流焊的质量缺陷及解决方法1.焊接质量检测标准元器件各焊点的焊接质量是印制电路板甚至整机功能实现的关键因素，焊接质量的好坏取决于许多因素，合理的表面组装工艺过程是提高SMT焊接质量的重要因素。SMT焊接工艺与设备44五、再流焊的质量缺陷及解决方法1.焊接质量检测标准SMT焊接工艺与设备45五、再流焊的质量缺陷及解决方法1.焊接质量检测标准SMT焊接工艺与设备46五、再流焊的质量缺陷及解决方法1.焊接质量检测标准SMT焊接工艺与设备47五、再流焊的质量缺陷及解决方法1.焊接质量检测标准焊后错件及元器件反向检查标准见下表SMT焊接工艺与设备48五、再流焊的质量缺陷及解决方法2.焊接缺陷分析及解决方法（1）虚焊虚焊常发生在IC或片式元器件的电极上，没有形成一体的焊点，如下图所示。SMT焊接工艺与设备49五、再流焊的质量缺陷及解决方法2.焊接缺陷分析及解决方法（1）虚焊虚焊产生原因及解决方法见下表SMT焊接工艺与设备50五、再流焊的质量缺陷及解决方法2.焊接缺陷分析及解决方法（2）桥连桥连是指焊料连接了两个或多个本不应该连接的线路或电极引脚，形成短路，如下图所示SMT焊接工艺与设备51五、再流焊的质量缺陷及解决方法2.焊接缺陷分析及解决方法（2）桥连桥连产生原因及解决方法见下表。SMT焊接工艺与设备52五、再流焊的质量缺陷及解决方法2.焊接缺陷分析及解决方法（3）立碑立碑是指片式元器件竖立在PCB上，仅有一个焊极与元器件焊盘连接，处于开路状态，如下图所