波峰焊工艺流程(波峰焊工艺处理与改善)

回流焊接是一个过程,在这个过程中,焊膏(粉状焊料和助焊剂的粘性混合物)被用来将一个或数千个微小的电气元件临时连接到它们的接触垫上,然后整个组件被置于受控的热量之下。焊膏在熔融状态下重新流动,形成永久性的焊点。加热可以通过将组件通过回流炉,在红外线灯下,或(非常规的)用脱焊热风笔焊接单个焊点来完成。

波峰焊工艺流程(波峰焊工艺处理与改善)

用长的工业对流炉进行回流焊接是将表面贴装技术元件或SMT焊接到印刷电路板或PCB上的首选方法。根据每个组件的具体热要求,烤箱的每一段都有一个调节温度。专门用于焊接表面贴装元件的回流焊炉也可用于通孔元件,方法是在孔中填入焊膏并将元件引线插入焊膏中。然而,波峰焊是将多引线通孔元件焊接到为表面贴装元件设计的电路板上的常用方法。

当用于含有表面贴装和电镀通孔(PTH)元件的电路板上时,通孔回流焊,如果可以通过专门修改的锡膏模版来实现,可以使波峰焊接步骤从装配过程中消除,有可能降低装配成本。虽然这可以说是以前使用的铅锡焊膏,但无铅焊料合金,如SAC,在烘箱温度曲线调整的限制和专门的通孔元件的要求方面提出了挑战,这些元件必须用焊锡丝手工焊接,或不能合理地承受电路板在回流炉传送带上移动时的高温度。在对流炉中使用焊膏对通孔元件进行回流焊接的过程被称为侵入式焊接。

回流焊工艺的目标是让焊膏达到共晶温度,在这个温度下,特定的焊料合金发生相变,变成液体或熔融状态。在这个特定的温度范围内,熔化的合金表现出粘附的特性。熔化的焊料合金的行为很像水,具有内聚力和附着力的特性。如果有足够的助焊剂,在液态状态下,熔融焊料合金将表现出一种称为 “润湿 “的特性。

润湿是合金在其特定共晶温度范围内的一种特性。润湿是形成焊点的必要条件,符合 “可接受 “或 “目标 “条件的标准,而根据IPC,”不合格 “被认为是有缺陷的。

回流炉的温度曲线适合于特定电路板组件的特点,例如,电路板内地平面层的大小和深度,电路板内的层数,元件的数量和大小。特定电路板的温度曲线将允许焊料回流到相邻的表面上,而不至于过热和损坏电气元件,超过其温度承受能力。在传统的回流焊工艺中,通常有四个阶段,称为 “区域”,每个阶段都有一个独特的热曲线:预热、热浸泡(通常缩短为浸泡)、回流和冷却。

预热区

预热是回流焊过程的第一阶段。在这个回流阶段,整个电路板组件向目标浸泡或停留温度爬升。预热阶段的主要目标是使整个组件安全、稳定地达到浸泡或预回流温度。预热也是焊膏中的挥发性溶剂放出的一个机会。为了使锡膏溶剂正确排出,并使组件安全地达到预回流温度,必须以一致的、线性的方式对PCB进行加热。回流过程第一阶段的一个重要指标是温度斜率或上升与时间的关系。这通常是以摄氏度/秒来衡量的,C/s。许多变量会影响制造商的目标斜率。这些因素包括:目标处理时间、锡膏挥发性和元件考虑。

考虑到所有这些工艺变量是很重要的,但在大多数情况下,敏感元件的考虑是最重要的。”如果温度变化过快,许多元件会开裂。最敏感的元件所能承受的最大热变化率成为最大允许的斜率”。然而,如果不使用热敏元件,并且最大限度地提高产量是非常重要的,那么可以定制积极的斜率以提高加工时间。出于这个原因,许多制造商将这些斜率推高到3.0°C/秒的最大常见允许斜率。相反,如果使用的是含有特别强的溶剂的焊膏,加热装配速度过快,很容易造成工艺失控。随着挥发性溶剂的释放,它们可能会使焊料从焊盘上飞溅到电路板上。在预热阶段,焊料飞溅是暴力放气的主要问题。一旦板子在预热阶段被升温,就是进入浸泡或预回流阶段的时候了。

热浸透区

第二部分,热浸泡,通常是60至120秒的曝晒,以去除焊膏的挥发物和激活助焊剂,助焊剂成分在元件引线和焊盘上开始氧化还原。过高的温度会导致焊料飞溅或起球,以及焊膏、连接焊盘和元件终端的氧化。同样地,如果温度太低,助焊剂可能不会完全激活。在浸泡区结束时,在回流区之前,需要整个组件的热平衡。建议采用浸泡曲线,以减少不同尺寸的组件之间的T差,或者如果PCB组件非常大。还建议使用浸泡曲线,以减少区域阵列型封装的空洞。

回流焊区

第三部分,回流区,也被称为 “回流以上时间 “或 “液态以上温度”(TAL),是工艺中达到最高温度的部分。一个重要的考虑因素是峰值温度,它是整个过程中的最高允许温度。一个常见的峰值温度是液态以上20-40℃。这个极限是由组件上对高温容忍度最低的部件(最容易受到热损伤的部件)决定的。一个标准的指导原则是,从最脆弱的部件所能承受的最高温度中减去5℃,得出工艺的最高温度。重要的是要监控工艺温度,使其不超过这个极限。此外,高温(超过260℃)可能会对SMT元件的内部模具造成损害,并促进金属间的生长。反之,温度不够高,可能会妨碍锡膏的充分回流。

液态以上时间(TAL),或回流以上时间,衡量焊料成为液体的时间。助焊剂降低了金属交界处的表面张力,以完成冶金结合,使各个焊粉球体结合。如果概况时间超过制造商的规格,结果可能是助焊剂过早激活或消耗,在形成焊点之前有效地 “干燥 “锡膏。不充分的时间/温度关系会导致助焊剂的清洁作用下降,导致润湿性差,溶剂和助焊剂的去除不充分,并可能导致焊点缺陷。专家们通常建议尽可能短的时间,然而,大多数焊膏规定的最低时间为30秒,尽管这个具体时间似乎没有明确的理由。

一种可能性是,PCB上有些地方在剖析时没有被测量,因此,将最小允许时间设定为30秒,可以减少未被测量的区域没有回流的几率。较长的最小回流时间也为防止烘箱温度变化提供了安全系数。润湿时间最好保持在液面以上60秒以下。超过液态的额外时间可能会导致金属间的过度生长,从而导致接头变脆。在超过液态温度的情况下,电路板和元件也可能被损坏,大多数元件都有一个明确的时间限制,即它们可以暴露在超过给定最大值的温度下多长时间。超过液态温度的时间太短,可能会滞留溶剂和助焊剂,造成接头变冷或变钝以及焊料空隙的可能性。

冷却区

最后一个区域是冷却区,用于逐步冷却已加工的电路板并固化焊点。适当的冷却可以抑制多余的金属间形成或对元件的热冲击。冷却区的典型温度范围为30-100 °C (86-212 °F)。选择一个快速的冷却速率是为了创造出一个机械上最健全的细小晶粒结构。与最大的上升速率不同,下降速率常常被忽视。可能在某些温度以上,斜率就不那么重要了,然而,任何部件的最大允许斜率应该适用于该部件的加热或冷却。通常建议冷却率为4 °C/s。这是分析过程结果时需要考虑的一个参数。

词源

术语 “回流 “是指超过这个温度时,固体焊料合金一定会熔化(而不是仅仅软化)。如果冷却到低于这个温度,焊料就不会流动。如果再次加热到该温度以上,焊料将再次流动–因此称为 “回流”。

使用回流焊的现代电路组装技术不一定允许焊料流动超过一次。他们保证焊膏中含有的颗粒状焊料超过了相关焊料的回流温度。

热剖析

热分析是指测量电路板上的几个点,以确定其在焊接过程中的热偏移。在电子制造业中,SPC(统计过程控制)有助于确定过程是否处于控制状态,根据焊接技术和元件要求定义的回流参数进行测量。现代软件工具允许捕获剖面,然后使用数学模拟自动优化,这大大减少了为过程建立最佳设置所需的时间。

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