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回流焊温度曲线的一般技术要求

发布时间: 1970-01-01 发布:深圳市长诚达电子设备有限公司

一、 回流温度曲线在生产中地位:
回流焊接是在 SMT 工业组装基板上形成焊接点的主要方法, 在 SMT 工艺中回 流焊接是核心工艺。 因为表面组装 PCB 的设计,焊膏的印刷和元器件的贴装等产 生的缺陷, 最终都将集中表现在焊接中,而表面组装生产中所有工艺控制的目的 都是为了获得良好的焊接质量, 如果没有合理可行的回流焊接工艺,前面任何工 艺控制都将失去意义。 而回流焊接工艺的表现形式主要为回流温度曲线,它是指 PCB 的表面组装器件上测试点处温度随时间变化的曲线。因而回流温度曲线是决 定焊接缺陷的重要因素。 因回流曲线不适当而影响的缺陷形式主要有:部品爆裂 /破裂、翘件、锡粒、桥接、虚焊以及生半田、PCB 脱层起泡等。因此适当设计 回流温度曲线可得到高的良品率及高的可靠度,对回流温度曲线的合理控制,在 生产制程中有着举足轻重的作用。
二、回流温度曲线的一般技术要求及主要形式:
1.回流温度曲线各环节的一般技术要求: 一般而言,回流温度曲线可分为 三个阶段:预热阶段、回流阶段、冷却阶段。 ①预热阶段: 预热是指为了使锡 水活性化为目的和为了避免浸锡时进行急剧高温加热引起部品不具合为目的所 进行的加热行为。 •预热温度:依使用锡膏的种类及厂商推荐的条件设定。一般 设定在 80~160℃范围内使其慢慢升温(最佳曲线) ;而对于传统曲线恒温区在 140~160℃间,注意温度高则氧化速度会加快很多(在高温区会线性增大,在 150℃左右的预热温度下,氧化速度是常温下的数倍,铜板温度与氧化速度的关 系见附图) 预热温度太低则助焊剂活性化不充分。 •预热时间视 PCB 板上热容量 最大的部品、PCB 面积、PCB 厚度以及所用锡膏性能而定。一般在 80~160℃预 热段内时间为 60~120sec,由此有效除去焊膏中易挥发的溶剂,减少对元件的 热冲击, 同时使助焊剂充分活化, 并且使温度差变得较小。 •预热段温度上升率: 就加热阶段而言, 温度范围在室温与溶点温度之间慢的上升率可望减少大部分的 缺陷。对最佳曲线而言推荐以 0.5~1℃/sec 的慢上升率,对传统曲线而言要求
在 3~4℃/sec 以下进行升温较好。 ②回流阶段: •回流曲线的峰值温度通常是 由焊锡的熔点温度、 组装基板和元件的耐热温度决定的。一般最小峰值温度大约 在焊锡熔点以上 30℃左右(对于目前 Sn63 - pb 焊锡,183℃熔融点,则最低峰 值温度约 210℃左右) 。峰值温度过低就易产生冷接点及润湿不够,熔融不足而 致生半田, 一般最高温度约 235℃,过高则环氧树脂基板和塑胶部分焦化和脱 层易发生,再者超额的共界金属化合物将形成,并导致脆的焊接点(焊接强度影 响) 。 •超过焊锡溶点以上的时间:由于共界金属化合物形成率、焊锡内盐基金 属的分解率等因素, 其产生及滤出不仅与温度成正比,且与超过焊锡溶点温度以 上的时间成正比, 为减少共界金属化合物的产生及滤出则超过熔点温度以上的时 间必须减少, 一般设定在 45~90 秒之间,此时间限制需要使用一个快速温升率, 从熔点温度快速上升到峰值温度,同时考虑元件承受热应力因素,上升率须介于 2.5~3.5℃/see 之间,且最大改变率不可超过 4℃/sec。 ③冷却阶段: 高于焊 锡熔点温度以上的慢冷却率将导致过量共界金属化合物产生, 以及在焊接点处易 发生大的晶粒结构, 使焊接点强度变低,此现象一般发生在熔点温度和低于熔点 温度一点的温度范围内。 快速冷却将导致元件和基板间太高的温度梯度,产生热 膨胀的不匹配, 导致焊接点与焊盘的分裂及基板的变形,一般情况下可容许的最 大冷却率是由元件对热冲击的容忍度决定的。综合以上因素,冷却区降温速率一 般在 4℃/S 左右,冷却至 75℃即可。
2.目前应用较广泛的两种回流温度曲线模式: ①升温—保温方式(传统温 度曲线) •解说:由起始快速温度上升至 140~170℃范围内某一预热温度并保 持,TPHH—TPHL 要根据回流炉能力而定(±10℃程度) ,然后温度持平 40~120S 左右当作预热区,然后再快速升温至回流区,再迅速冷却进入冷却区(温度变化 速率要求在 4℃/sec 以下) 。 •特点:因为一般都取较低的预热温度,因而对部 品高温影响小 (给部品应力小) 故可延长其加热时间, 以便达到助焊剂的活性化。 同时因为从预热区到回流区, 其温度上升较为激剧,易使焊接流变性恶化而致移 位,且助焊剂活性化温度也低。 ②逐步升温方式(最佳温度曲线) : •解说:以 慢的上升率(0.5~1℃/sec)加热直到大约 175℃,然后在 20~30S 内梯度上升 到 180℃左右,再以 2.5~3.5℃/sec 快速上升到 220℃左右,最后以不超过 4℃
/sec 快速冷却下降。其管理要点是保持一定的预热温度上升率,预热的终点接 近锡的熔点温度。 •特点:部品不受激剧的温度变化,

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