再流焊

再流焊也叫回流焊,是伴隨微型化電子產品的出現而發展起來的焊接技術,主要套用於各類表面組裝元器件的焊接。這種焊接技術的焊料是焊錫膏。預先在電路板的焊盤上塗上適量和適當形式的焊錫膏,再把SMT元器件貼放到相應的位置;焊錫膏具有一定粘性,使元器件固定;然後讓貼裝好元器件的電路板進入再流焊設備。傳送系統帶動電路板通過設備里各個設定的溫度區域,焊錫膏經過乾燥、預熱、熔化、潤濕、冷卻,將元器件焊接到印製板上。

溫度曲線的建立

溫度曲線是指SMA通過回流爐時,SMA上某一點的溫度隨時間變化的曲線。溫度曲線提供了一種直觀的方法,來分析某個元件在整個回流焊過程中的溫度變化情況。這對於獲得最佳的可焊性,避免由於超溫而對元件造成損壞,以及保證焊接質量都非常有用。

預熱段

該區域的目的是把室溫的PCB儘快加熱,以達到第二個特定目標,但升溫速率要控制在適當範圍以內,如果過快,會產生熱衝擊,電路板和元件都可能受損;過慢,則溶劑揮發不充分,影響焊接質量。由於加熱速度較快,在溫區的後段SMA內的溫差較大。為防止熱衝擊對元件的損傷,一般規定最大速度為4℃/s。然而,通常上升速率設定為1-3℃/s。典型的升溫速率為2℃/s。

保溫段

保溫段是指溫度從120℃-150℃升至焊膏熔點的區域。其主要目的是使SMA內各元件的溫度趨於穩定,儘量減少溫差。在這個區域裡給予足夠的時間使較大元件的溫度趕上較小元件,並保證焊膏中的 助焊劑得到充分揮發。到保溫段結束,焊盤、焊料球及元件引腳上的氧化物被除去,整個電路板的溫度達到平衡。應注意的是SMA上所有元件在這一段結束時應具有相同的溫度,否則進入到回流段將會因為各部分溫度不均產生各種不良焊接現象。

回流段

在這一區域裡加熱器的溫度設定得最高,使組件的溫度快速上升至峰值溫度。在回流段其焊接峰值溫度視所用焊膏的不同而不同,一般推薦為焊膏的熔點溫度加20-40℃。對於熔點為183℃的63Sn/37Pb焊膏和熔點為179℃的Sn62/Pb36/Ag2焊膏,峰值溫度一般為210-230℃,再流時間不要過長,以防對SMA造成不良影響。理想的溫度曲線是超過焊錫熔點的“尖端區”復蓋的面積最小。

冷卻段

這段中焊膏內的鉛錫粉末已經熔化並充分潤濕被連線表面,應該用儘可能快的速度來進行冷卻,這樣將有助於得到明亮的焊點並有好的外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會導致電路板的更多分解而進入錫中,從而產生灰暗毛糙的焊點。在極端的情形下,它能引起沾錫不良和減弱焊點結合力。冷卻段降溫速率一般為3-10℃/s,冷卻至75℃即可。

與再流焊相關焊接缺陷的原因分析

橋聯

焊接加熱過程中也會產生焊料塌邊,這個情況出現在預熱和主加熱兩種場合,當預熱溫度在幾十至一百度範圍內,作為焊料中成分之一的溶劑即會降低粘度而流出,如果其流出的趨勢是十分強烈的,會同時將焊料顆粒擠出焊區外的含金顆粒,在熔融時如不能返回到焊區內,也會形成滯留的焊料球。 除上面的因素外,SMD元件端電極是否平整良好,電路線路板布線設計與焊區間距是否規範,阻焊劑塗敷方法的選擇和其塗敷精度等都會是造成橋聯的原因。

立碑(曼哈頓現象)

片式元件在遭受急速加熱情況下發生的翹立,這是因為急熱使元件兩端存在溫差,電極端一邊的焊料完全熔融後獲得良好的濕潤,而另一邊的焊料未完全熔融而引起濕潤不良,這樣促進了元件的翹立。因此,加熱時要從時間要素的角度考慮,使水平方向的加熱形成均衡的溫度分布,避免急熱的產生。 防止元件翹立的主要因素有以下幾點:

①選擇粘接力強的焊料,焊料的印刷精度和元件的貼裝精度也需提高;

②元件的外部電極需要有良好的濕潤性和濕潤穩定性。推薦:溫度40℃以下,濕度70%RH以下,進廠元件的使用期不可超過6個月;

③採用小的焊區寬度尺寸,以減少焊料熔融時對元件端部產生的表面張力。另外可適當減小焊料的印刷厚度,如選用100μm;

④焊接溫度管理條件設定也是元件翹立的一個因素。通常的目標是加熱要均勻,特別在元件兩連線端的焊接圓角形成之前,均衡加熱不可出現波動。

潤濕不良

潤濕不良是指焊接過程中焊料和電路基板的焊區(銅箔)或SMD的外部電極,經浸潤後不生成相互間的反應層,而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊區表面受到污染或沾上阻焊劑,或是被接合物表面生成金屬化合物層而引起的。譬如銀的表面有硫化物、錫的表面有氧化物都會產生潤濕不良。另外焊料中殘留的鋁、鋅、鎘等超過0.005%以上時,由於焊劑的吸濕作用使活化程度降低,也可發生潤濕不良。因此在焊接基板表面和元件表面要做好防污措施。選擇合適的焊料,並設定合理的焊接溫度曲線。

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