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PCB线路板回流焊工艺要求

分类:
技术交流
作者:
金百泽科技
2019/01/04 11:43

焊炉的目的

 

通过高温焊料固化,从而达到将PCB和SMT的表面贴装组件连接在一起,形成电气回路。

 

 Reflow

 

1、焊锡原理

印刷有锡膏的PCB,在零件贴装完成后,经过加热、 锡膏熔化, 冷却后将PCB和零件焊接成一体. 从而达到既定的机械性能、 电器性能 。

 

2、焊锡三要素                                  

焊接物 ----- PCB零件             

焊接介质 ----- 焊接用材料 :锡膏

一定的温度 ----- 加热设备

 

工艺分区

 

基本工艺:

热风回流焊过程中,锡膏需经过以下几个阶段:溶剂挥发;焊剂清除焊件表面的氧化物;锡膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。        

 

1、PRE-HEAT 预热区       

重点:预热的斜率、 预热的温度

目的: 使PCB和元器件预热 ,达到平衡,同时除去锡膏中的水份﹑溶剂, 以防锡膏发生塌落和焊料飞溅。保证升温比较缓慢,溶剂挥发。较温和,对元器件的热冲击尽可能小,升温过快会造成对元器件的伤害,如会引起多层陶瓷电容器开裂,同时还会造成焊料飞溅,使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。

作用及规格﹕是用来加热PCB&零件;斜率为1-3℃/秒 ,占总时间的30%左右,最高温度控制在140℃以下,减少热冲击.

 

2、SOAK 恒温区

重点:均温的时间、均温的温度

目的:保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥,同时还起着焊剂活化的作用,能清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。时间约60~120秒(根据焊料的性质、PCB有所差异)。

作用及规格﹕使大小零件及PCB受热完全均匀,消除局部温差;通过锡膏成份中的溶剂清除零件电极及PCB、PAD及Solder Powder表面氧化物,减小表面张力,为重溶作准备。时间约占45%左右,温度在140-183 ℃之间。

 

3、REFLOW 回焊区

重点:回焊的最高温度、回焊的时间

目的:锡膏中的焊料使金粉开始熔化,再次呈流动状态,替代液态焊剂润湿焊盘和元器件,这种润湿作用导致焊料进一步扩展,对大多数焊料润湿时间为60~90秒。回流焊的温度要高于焊膏的熔点温度,一般要超过熔点温度20--40度才能保证再流焊的质量。有时也将该区域分为两个区,即熔融区和再流区。

作用及规格﹕为全面热化重熔;温度将达到峰值温度,峰值温度通常控制在205-230℃之间,peak温度过高会导致PCB变形,零件龟裂及二次回流等现象出现。

 

4、COOLING 冷却区

重点:冷却的斜率

目的:焊料随温度的降低而凝固,使元器件与焊膏形成良好的电接触,冷却速度要求同预热速度相同。缓慢冷却会导致PAD的更多分解物进入锡中,产生灰暗毛糙的焊点,甚至引起沾锡不良和弱焊点结合力。

作用及规格﹕降温,使PCB&零件均匀降温;回焊炉上下各有两个区有降温吹风马达,通常出炉的PCB温度控制在120 ℃(75℃)以下。 降温速率一般为-4℃/sec以内, SESC的标准为:Slope›-3℃/sec。

 

常见的焊接不良及对策分析

 

1、锡球与锡球间短路

 

原因                                             对策

锡膏量太多 (≧ 1mg/mm)       使用较薄的钢板(150μm)开孔缩小(85% pad)

印刷不精确                             将钢板调准一些

锡膏塌陷                                 修正 Reflow Profile 曲线

刮刀压力太高                           降低刮刀压力

钢板和电路板间隙太大             使用较薄的防焊膜

焊垫设计不当                           同样的线路和间距

 

2、有脚的SMD零件空焊 

 

 

原因                                        对策

零件脚或锡球不平                    检查零件脚或锡球之平面度

锡膏量太少                              增加钢板厚度和使用较小的开孔

灯蕊效应                                  锡膏先经烘烤作业

零件脚不吃锡                           零件必需符合吃锡之需求

 

3、无脚的SMD 零件空焊  

 

原因                                   对策

焊垫设计不当                     将锡垫以防焊膜分隔开,尺寸适切

两端受热不均                      同零件的锡垫尺寸都要相同

锡膏量太少                         增加锡膏量

零件吃锡性不佳                   零件必需符合吃锡之需求

 

4、SMD 零件浮动(漂移)

 

原因                                        对策

零件两端受热不均                   锡垫分隔

零件一端吃锡性不佳                使用吃锡性较佳的零件

Reflow方式                             在Reflow 前先预热到170℃

 

5、 立碑 ( Tombstone) 效应   

 

 

零件的重力使零件向下

零件下方的熔锡也会使零件向下

锡垫上零件外侧的熔锡会使零件向上

 

原因                                             对策

焊垫设计不当                                焊垫设计最佳化

零件两端吃锡性不同                      较佳的零件吃锡性

零件两端受热不均                         减缓温度曲线升温速率

温度曲线加热太快                         在Reflow 前先预热到170℃

 

6、冷焊 ( Cold solderjoints)  

 

 

原因                                   对策

Reflow  温度太低               最低Reflow 温度215℃

Reflow  时间太短                锡膏在熔锡温度以上至少10秒

Pin  吃锡性问题                   查验 Pin 吃锡性

Pad 吃锡性问题                   查验 Pad 吃锡性

 

7、粒焊 (Granular solderjoints)   

 

原因                                              对策

Reflow  温度太低                           较高的Reflow 温度(≧215℃)

Reflow  时间太短                           较长的Reflow 时间(>183℃以上至少10秒

锡膏污染                                        新的新鲜锡膏

PCB 或零件污染

 

 

8、零件微裂(Cracksin components)(龟裂)

 

原因                                              对策

热冲击(Thermal Shock)                 自然冷却,较小和较薄的零件

PCB板翘产生的应力                        

零件置放产生的应力                       避免PCB弯折,敏感零件的方向性,降低置放压力

PCB Lay-out设计不当                    个别的焊垫,零件长轴与折板方向平行

锡膏量                                            增加锡膏量,适当的锡垫

 

 

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本文来源于公众号:PCBworld

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