1、SMT流程介绍、+DIP生产流程介绍及PCB设计工“SMT”“SMT”表面安装技术表面安装技术(Surface Mounting Technology)(Surface Mounting Technology)(简简称称SMT)SMT)它是将电子元器件直接安装在印制电它是将电子元器件直接安装在印制电路板的表面，它的主要特征是元器件是路板的表面，它的主要特征是元器件是无引线或短引线，元器件主体与焊点均无引线或短引线，元器件主体与焊点均处在印制电路板的同一侧面。处在印制电路板的同一侧面。1.11.1表面安装的工艺流程表面安装的工艺流程1.1.11.1.1表面安装组件的类型表面安装组件的类型:表面安
2、装组件表面安装组件(Surface Mounting Assembly)(Surface Mounting Assembly)(简称：简称：SMA)SMA)类型：类型：全表面安装全表面安装(型型)双面混装双面混装(型型)单面混装单面混装(型型)a.a.全表面安装全表面安装(型型)：全部采用表面安装元器件，安装的印制电全部采用表面安装元器件，安装的印制电路板是单面或双面板路板是单面或双面板.表面安装示意图b.b.双面混装双面混装(型型)：表面安装元器件和有引线元器件混合表面安装元器件和有引线元器件混合使用，印制电路板是双面板。使用，印制电路板是双面板。双面混装示意图c.c.单面混装单面混装(型型
3、)：表面安装元器件和有引线元器件混合使用，表面安装元器件和有引线元器件混合使用，与与型不同的是印制电路板是单面板。型不同的是印制电路板是单面板。单面混装示意图1.1.2 1.1.2 工艺流程工艺流程 由于由于SMASMA有单面安装和双面安装；有单面安装和双面安装；元器件有全部表面安装及表面安装与通孔插装的混元器件有全部表面安装及表面安装与通孔插装的混合安装；合安装；焊接方式可以是回流焊、波峰焊、或两种方法混合焊接方式可以是回流焊、波峰焊、或两种方法混合使用；使用；通孔插装方式可以是手工插，或机械自动插通孔插装方式可以是手工插，或机械自动插；从而演变为多种工艺流程，目前采用的方式有几十种从而演变
4、为多种工艺流程，目前采用的方式有几十种之多，下面仅介绍通常采用的几种形式。之多，下面仅介绍通常采用的几种形式。a.a.单面全表面安装单面全表面安装单面安装流程b b双面全表面安装双面全表面安装双面安装流程c.c.单面混合安装单面混合安装单面混合安装流程d、双面混合安装双面混合安装流程1.1.3 锡膏印刷n锡膏锡膏印刷工艺工艺环节是整个SMT流程的重要工序，这一关的质量不过关，就会造成后面工序的大量不良。因此，抓好印刷质量管理是做好SMT加工、保证品质的关键。锡膏锡膏印刷工艺工艺的控制包括几个方面：n锡膏锡膏的选择 n锡膏锡膏的储存 n锡膏锡膏的使用和回收 n钢网开口设计 n印刷注意事项 n线路
5、板的储存和使用等 下面就来具体的谈一下这些工序如何进行有效的管控。1、锡膏的选择：n锡膏的成份包含金属粉末溶济助焊剂锡膏的成份包含金属粉末溶济助焊剂抗垂流剂活性剂按重量分金属粉末占抗垂流剂活性剂按重量分金属粉末占85-92%按体积分金属粉末占按体积分金属粉末占50%锡膏锡膏中锡粉颗粒与中锡粉颗粒与Flux(助焊剂助焊剂)的体积之比约为的体积之比约为1:1,重量之比约为重量之比约为9:1;助焊剂在焊接中的主要助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物破坏融锡表面张力防止作用是去除氧化物破坏融锡表面张力防止再度氧化。再度氧化。n锡膏分为锡膏分为有铅锡膏有铅锡膏和和无铅锡膏无铅锡膏两种两种 a、有铅锡膏:
6、有铅锡膏中的主要金属粉末为锡和铅：有传统的63Sn/37Pb（即锡膏锡膏含量中锡占63%，铅占37%）,和 62Sn/36.5Pb/0.5Ag(含银锡膏锡膏）,熔点为183；b、无铅锡膏：分类：nSNAg系列nSNAg-Cu系列nSNAB系列n目前，锡-银-铜是一种用于 SMT 装配应用的常用合金。这些合金的回流温度范围为 217-221 C，峰值温度为 235-255 C 时即可对大多数无铅表面(如锡、银、镍镀金、以及裸铜 OSP)达到良好的可焊性。n2、锡膏的储存：锡膏锡膏的储存环境必须是在3到10度范围内，储存时间是出厂后6个月。超过这个时间的锡膏锡膏就不能再继续使用，要做报废处理。因此
7、，锡膏锡膏在购买回来以后一定要做管控标签，上面必须注明出厂时间、购入时间、最后储存期限。同时，对于储存的温度也必须每天定时进行检查，以确保锡膏锡膏是在规定的范围内储存。锡膏锡膏的使用要做到先进先出，以避免因为过期而造成报废。n3、锡膏锡膏的使用和回收：锡膏在使用前4个小时必须从储存柜里拿出来，放在常温下进行回温，回温时间为4个小时。回温后的锡膏在使用时要进行搅拌，搅拌分为机器搅拌和手工搅拌。机器搅拌时间为15分钟，手工搅拌时间为30分钟，以搅拌刀勾取的锡膏可以成一条线流下而不断为最佳。目的是让冷藏的锡膏温度回复常温以利印刷。如果不回温则在PCB进Reflow后易产生的不良为锡珠。添加锡膏锡膏时
8、以印刷机刮刀移动时锡锡膏膏滚动不超过刮刀的三分之二为原则，过少印刷不均匀，会出现少锡现象；过多会因短时间用不完，造成锡膏锡膏暴露在空气中时间太长而吸收水分，引起焊接不良。n4、钢网开口设计：印刷效果的好坏和焊接质量的好坏，取决于钢网的开口设计。钢网开口设计不好就会造成印刷少锡、短路等不良，回流焊接时会出现锡珠、立碑等现象。钢网常见的制作方法为化学蚀刻钢网常见的制作方法为化学蚀刻激光切割电铸激光切割电铸;目前激光切割用的比较目前激光切割用的比较广泛。广泛。开钢网应注意的几点：n钢网开口设计一般0805以上的焊盘不会有什么影响，但对于0603以下的元件和一些细间距IC，开口就必须考虑防锡珠、防立碑
9、、防短路、防少锡等问题。n一般对于小CHIP元件（即片状元件)，开口应设计为内凹形状或者是半圆形状，这样可以有效防止锡珠的产生。n对于细间距IC焊盘，开口应设计为漏斗形，以便于印刷下锡。大小以覆盖焊盘的90%为宜，如果担心锡量不够的话，可以宽度缩小10%，长度加长20%，这样既可以防止印刷短路，又可以防止出现少锡现象。n对于一些大焊盘元件，因为锡量比较多，因此要做局部扩大，一般扩大为120%到130%之间。n钢网的厚度一般在0.13到0.15mm之间，有小元件和细间距IC的时候，厚度为0.13mm，没有小元件的时候厚度为0.15mm。n5、印刷注意事项：印刷有手印和机器印刷两种，如果是手印的话
10、，要注意调整好钢网，确保印刷没有偏移；同时要注意定时清洁钢网，一般是印刷50片左右清洁一次，如果有细间距元件则应调整为30片清洁一次；印刷时注意手不可触摸线路板正面焊盘位置，避免手上的汗渍污染焊盘，最好是戴手套作业。如果是机器印刷的话要注意定时检查印刷效果和随时添加锡膏锡膏，确保印刷出来的都是良品。n6、线路板的储存和使用：线路板必须放在干燥的环境下保存，避免因为受潮而引起焊盘氧化，造成焊接不良。如果有受潮的现象，在使用时必须放在烤箱里以80到100摄氏度的温度烘烤8个小时才能使用，否则会因为线路板里的水分在过炉时蒸发而引起焊锡迸溅，造成锡珠。制程中因印刷不良造成短路的原因na.锡膏金属含量不
11、够，造成塌陷nb.钢板开孔过大，造成锡量过多nc.钢板品质不佳，下锡不良nd.Stencil背面残有锡膏，降低刮刀压力 1.1.4 贴片n在SMT流程中，贴片加工环节是完全靠机器完成的，当然也有采用手工贴片的，不过那是针对量少、元件数不多而且对加工品质要求不严格的产品。n对于贴片机器的分类，一般按速度分为高速机和中速机；按贴片功能分，分为CHIP机和泛用机，也叫多功能机。n 贴片机器的工作原理是采用图形识别和坐标跟踪来决定什么元件该贴装到什么位置。贴片机器的工作程序一般来说有5大块：1、线路板数据：线路板的长、宽、厚，用来给机器识别线路板的大小，从而自动调整传输轨道的宽度；线路板的识别标识（统
12、称MARK），用来给机器校正线路板的分割偏差，以保证贴装位置的正确。这些是基本数据n2、元件信息数据：包括元件的种类，即是电阻、电容，还是IC、三极管等，元件的尺寸大小（用来给机器做图像识别参考），元件在机器上的取料位置等（便于机器识别什么物料该在什么位置去抓取）n3、贴片坐标数据：这里包括每个元件的贴装坐标（取元件的中心点），便于机器识别贴装位置；还有就是每个坐标该贴什么元件（便于机器抓取，这里要和数据2进行链接）；再有就是元件的贴装角度（便于机器识别该如何放置元件，同时也便于调整极性元件的极性 n4、线路板分割数据：线路板的分板数据（即一整块线路板上有几小块拼接的线路板），用来给机器识别同
13、样的贴装数据需要重复贴几次。n5、识别标识数据：也就是MARK数据，是给机器校正线路板分割偏差使用的，这里需要录入标识的坐标，同时还要对标识进行标准图形录入，以供机器做对比参考。有了这5大基本数据，一个贴片程序基本就完成了，也就是说可以实现贴片加工的要求了。1.1.5 回流焊（Reflow Oven）回流焊的定义：是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂(锡膏)在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接;因为是气体在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的,所以叫回流焊“1、回流焊设备回流焊设备n在电子制造业中在电子制造业中,大量的表面组装组件大量的表面组装组件(SMA)通过回流焊进行焊接通过回流焊进
14、行焊接,回流焊的热回流焊的热传递方式可将其分为三类传递方式可将其分为三类:远红外、全热远红外、全热风、红外风、红外/热风。热风。a.远红外回流焊远红外回流焊n八十年代使用的远红外回流焊具有加热快、节能、八十年代使用的远红外回流焊具有加热快、节能、运行平稳等特点运行平稳等特点,但由于印制板及各种元器件的材质、但由于印制板及各种元器件的材质、色泽不同而对辐射热吸收率有较大差异色泽不同而对辐射热吸收率有较大差异,造成电路上各造成电路上各种不同元器件以及不同部位温度不均匀种不同元器件以及不同部位温度不均匀,即局部温差。即局部温差。例如例如,集成电路的黑色塑料封装体上会因辐射吸收率高集成电路的黑色塑料封
15、装体上会因辐射吸收率高而过热而过热,而其焊接部位而其焊接部位银白色引线上反而温度低银白色引线上反而温度低产生虚焊。另外产生虚焊。另外,印制板上热辐射被阻挡的部位印制板上热辐射被阻挡的部位,例如在例如在大大(高高)元器件阴影部位的焊接引脚或小元器件会由于元器件阴影部位的焊接引脚或小元器件会由于加热不足而造成焊接不良。加热不足而造成焊接不良。b、全热风回流焊全热风回流焊 全热风回流焊是一种通过对流喷射管嘴或者耐热风全热风回流焊是一种通过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使气流循环机来迫使气流循环,从而实现被焊件加热的焊接方法从而实现被焊件加热的焊接方法,该该类设备在类设备在90年代开始兴起。由于采用此种
16、加热方式年代开始兴起。由于采用此种加热方式,印印制板制板(PCB)和元器件的温度接近给定加热温区的气体和元器件的温度接近给定加热温区的气体温度温度,完全克服了红外回流焊的局部温差和遮蔽效应完全克服了红外回流焊的局部温差和遮蔽效应,故故目前应用较广。在全热风回流焊设备中目前应用较广。在全热风回流焊设备中,循环气体的对循环气体的对流速度至关重要。流速度至关重要。为确保循环气体作用于印制板的任一区域为确保循环气体作用于印制板的任一区域,气流必须气流必须具有足够快的速度具有足够快的速度,这在一定程度上易造成印制板的抖这在一定程度上易造成印制板的抖动和元器件的移位。此外动和元器件的移位。此外,采用此种加
17、热方式的热交换采用此种加热方式的热交换效率较低效率较低,耗电较多。耗电较多。C、红外热风回流焊、红外热风回流焊n这类回流焊炉是在红外炉基础上加上热风使这类回流焊炉是在红外炉基础上加上热风使炉内温度更均匀炉内温度更均匀,是目前较为理想的加热方式。是目前较为理想的加热方式。这类设备充分利用了红外线穿透力强的特点这类设备充分利用了红外线穿透力强的特点,热热效率高、节电效率高、节电;同时有效克服了红外回流焊的局同时有效克服了红外回流焊的局部温差和遮蔽效应部温差和遮蔽效应,并弥补了热风回流焊对气体并弥补了热风回流焊对气体流速要求过快而造成的影响流速要求过快而造成的影响,因此这种回流焊目因此这种回流焊目前
18、是使用得最普遍的。前是使用得最普遍的。n氮气回流焊在回流焊工艺中使用惰性气体(通常是氮气)已经有一段时间了，但对于成本效益的评估还有很多争论。在回流焊工艺中，惰性气体环境能减少氧化，而且可以降低焊膏内助焊剂的活性，这一点对一些低残留物或免洗焊膏的有效性能来讲，或者在回流焊工艺中需要经过多次的时候(比如双面板)，可能是必需的。如果涉及到多个加热过程，带OSP的板子也会受益，因为在氮气里底层铜线的可焊性会得到比较好的保护。氮气工艺其它好处还包括较高表面张力，可以扩宽工艺窗口(尤其对超细间距器件)、改善焊点形状以及降低覆层材料变色的可能性。另一个方面是成本，在一个特定的工厂里氮气的成本根据地理位置和
19、用量的不同差别很大。严格的构成成本研究通常都显示出，在将生产率和质量改善的成本效益进行分解后，氮气的成本就不是一个主要的因素了。在没有强制对流同时气流又呈薄片状的炉内，控制气体的消耗量(图1)相对比较容易。有几种方法可用来减少氮气的消耗，包括减小炉子两端的开口大小，使用空白档板、涡形帘子或其它类似的设置将入口和出口的孔缝没有用到的部分挡住等。用档板或帘子隔开的区域可以用来控制流出炉子的气流，并尽量减少与外部空气的混和。另一种方法应用回流炉改进技术，它利用热的氮气会在空气上面形成一个气层，而两层气体不会混和的原理。在炉子的设计中加热室比炉子的入口和出口都要高，这样氮气会自然形成一个气层，可以减少
20、为维持一定气体纯度所需输入的气体数量。n2 温度曲线分析与设计温度曲线分析与设计温度曲线是指温度曲线是指SMA 通过回流炉通过回流炉,SMA 上某一点的温度随时间变化的曲线上某一点的温度随时间变化的曲线;其本其本质是质是SMA在某一位置的热容状态。温度在某一位置的热容状态。温度曲线提供了一种直观的方法曲线提供了一种直观的方法,来分析某个来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得最佳的可焊性况。这对于获得最佳的可焊性,避免由于避免由于超温而对元件造成损坏以及保证焊接质超温而对元件造成损坏以及保证焊接质量都非常重要。量都非常重要。n温度曲线热容分析
21、温度曲线热容分析理想的温度曲线由四个部分组成理想的温度曲线由四个部分组成,前面三个区加热和最前面三个区加热和最后一个区冷却。一个典型的温度曲线其包含回流持续后一个区冷却。一个典型的温度曲线其包含回流持续时间、锡膏活性温度、合金熔点和所希望的回流最高时间、锡膏活性温度、合金熔点和所希望的回流最高温度等。回流焊炉的温区越多温度等。回流焊炉的温区越多,越能使实际温度曲线的越能使实际温度曲线的轮廓达到理想的温度曲线。大多数锡膏都能用有四个轮廓达到理想的温度曲线。大多数锡膏都能用有四个基本温区的温度曲线完成回流焊工艺过程。基本温区的温度曲线完成回流焊工艺过程。温度曲线图 a、预热区 也叫斜坡区,用来将P
22、CB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区,电路板和元器件的热容不同,他们的实际温度提升速率不同。电路板和元器件的温度应不超过每秒3速度连续上升,如果过快,会产生热冲击,电路板和元器件都可能受损,如陶瓷电容的细微裂纹。而温度上升太慢,锡膏会感温过度,溶剂挥发不充分,影响焊接质量。炉的预热区一般占整个加热区长度的1525%。b、活性区、活性区 也叫做均温区也叫做均温区,这个区一般占加热区的这个区一般占加热区的30 50%。活性区的主要目的是使活性区的主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定内各元件的温度趋于稳定,尽量减少温差。在这个区域里给予足够的时间使热容尽量减少温差。在这个区域里
23、给予足够的时间使热容大的元器件的温度赶上较小元件大的元器件的温度赶上较小元件,并保证焊膏中的助焊并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到活性区结束剂得到充分挥发。到活性区结束,焊盘、焊料球及元件焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去引脚上的氧化物被除去,整个电路板的温度达到平衡。整个电路板的温度达到平衡。应注意的是应注意的是SMA上所有元件在这一区结束时应具有相上所有元件在这一区结束时应具有相同的温度同的温度,否则进入到回流区将会因为各部分温度不均否则进入到回流区将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。一般普遍的活性温度范围是产生各种不良焊接现象。一般普遍的活性温度范围是120170,如果活性
24、区的温度设定太高如果活性区的温度设定太高,助焊剂没有助焊剂没有足够的时间活性化足够的时间活性化,温度曲线的斜率是一个向上递增的温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。虽然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度斜率。虽然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加的增加,但是理想的温度曲线应当是平稳的温度。但是理想的温度曲线应当是平稳的温度。C、回流区 有时叫做峰值区或最后升温区有时叫做峰值区或最后升温区,这个区的这个区的作用是将作用是将PCBPCB的温度从活性温度提高到所推荐的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点低一点,而峰值
25、温度总是在熔点上。典型的峰而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是焊膏合金的熔点温度加值温度范围是焊膏合金的熔点温度加4040左右左右,回流区工作时间范围是回流区工作时间范围是30-60s30-60s。这个区的温。这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒度设定太高会使其温升斜率超过每秒3,3,或使或使回流峰值温度比推荐的高回流峰值温度比推荐的高,或工作时间太长可或工作时间太长可能引起能引起PCBPCB的过分卷曲、脱层或烧损的过分卷曲、脱层或烧损,并损害元并损害元件的完整性。回流峰值温度比推荐的低件的完整性。回流峰值温度比推荐的低,工作工作时间太短可能出现冷焊等缺陷。时间太短可能出现冷焊等
26、缺陷。d d、冷却区、冷却区 这个区中焊膏的锡合金粉末已经熔化并充这个区中焊膏的锡合金粉末已经熔化并充分润湿被连接表面分润湿被连接表面,应该用尽可能快的速度来应该用尽可能快的速度来进行冷却进行冷却,这样将有助于合金晶体的形成这样将有助于合金晶体的形成,得到得到明亮的焊点明亮的焊点,并有较好的外形和低的接触角度。并有较好的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的杂质更多分解而进入缓慢冷却会导致电路板的杂质更多分解而进入锡中锡中,从而产生灰暗粗糙的焊点。在极端的情从而产生灰暗粗糙的焊点。在极端的情形下形下,其可能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。其可能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段降温速率一般
27、为冷却段降温速率一般为3 310/S10/S。按工作热容设计温度曲线按工作热容设计温度曲线 温度曲线的本质是描述温度曲线的本质是描述SMA SMA 在某一在某一位置的热容状态位置的热容状态,温度曲线受多个参数影温度曲线受多个参数影响响,其中最关键的是传输带速度和每个区其中最关键的是传输带速度和每个区温度的设定。而传输带速度和每个区温温度的设定。而传输带速度和每个区温度的设定取决与度的设定取决与SMA SMA 的尺寸大小、元器的尺寸大小、元器件密度和件密度和SMA SMA 的炉内密度。的炉内密度。n 作温度曲线首先考虑传输带的速度设定作温度曲线首先考虑传输带的速度设定,该设定值该设定值将决定将决
28、定PCB PCB 在加热通道所花的时间。典型的锡膏要求在加热通道所花的时间。典型的锡膏要求3 34 4 分钟的加热时间分钟的加热时间,用总的加热通道长度除以总的用总的加热通道长度除以总的加热时间加热时间,即为准确的传输带速度。即为准确的传输带速度。n传送带速度决定传送带速度决定PCB PCB 暴露在每个区所设定的温度暴露在每个区所设定的温度下的持续时间下的持续时间,增加持续时间可以使表面组装组件接近增加持续时间可以使表面组装组件接近该区的温度设定。该区的温度设定。n接下来必须确定各个区的温度设定。由于实际区接下来必须确定各个区的温度设定。由于实际区间温度不一定就是该区的显示温度间温度不一定就是
29、该区的显示温度,因此显示温度只是因此显示温度只是代表区内热敏电偶的温度。如果热电偶越靠近加热源代表区内热敏电偶的温度。如果热电偶越靠近加热源,显示的温度将比区间实际温度高显示的温度将比区间实际温度高,热电偶越靠近热电偶越靠近PCB PCB 的的直接通道直接通道,显示的温度将越能反应区间实际温度。显示的温度将越能反应区间实际温度。n速度和温度确定后速度和温度确定后,将参数输入到焊炉的控制器将参数输入到焊炉的控制器,从从而调整设定温度、风扇速度、强制空气流量和惰性气而调整设定温度、风扇速度、强制空气流量和惰性气体流量等。炉子稳定后体流量等。炉子稳定后,可以开始作曲线。一旦最初的可以开始作曲线。一旦
30、最初的温度曲线图产生温度曲线图产生,可以和锡膏制造商推荐的曲线进行比可以和锡膏制造商推荐的曲线进行比较。较。n首先首先,必须确定从环境温度到回流峰值温度的总时必须确定从环境温度到回流峰值温度的总时间和所希望的加热时间相协调间和所希望的加热时间相协调,如果太长如果太长,按比例地增加按比例地增加传送带速度传送带速度,如果太短如果太短,则相反。则相反。n 图形曲线的形状必须和所希望的曲线图形曲线的形状必须和所希望的曲线 相比较相比较,如果如果形状不协调形状不协调,则继续调整。选择与理论图形形状最相协则继续调整。选择与理论图形形状最相协调的曲线。例如调的曲线。例如,如果预热和回流区中存在差异如果预热和
31、回流区中存在差异,首先将首先将预热区的差异调整预热区的差异调整,一般最好每次调一个参数一般最好每次调一个参数,在作进一在作进一步调整之前运行这个曲线设定。这是因为一个给定区步调整之前运行这个曲线设定。这是因为一个给定区的改变也将影响随后区的结果。的改变也将影响随后区的结果。n 当最后的曲线图尽可能的与所希望的图形相吻合当最后的曲线图尽可能的与所希望的图形相吻合,应该把炉的参数记录或储存以备后用。应该把炉的参数记录或储存以备后用。结论结论n在在SMT回流焊工艺造成对元件加热不均匀的原因主要有回流焊工艺造成对元件加热不均匀的原因主要有:回流焊元件回流焊元件热容量的差别热容量的差别,传送带或加热器边
32、缘影响传送带或加热器边缘影响,回流焊炉上的负载等三个方面。回流焊炉上的负载等三个方面。通常通常PLCC、QFP、BGA、屏蔽罩等器件热容量大、屏蔽罩等器件热容量大,焊接面积大焊接面积大,焊接困难焊接困难;在回流焊炉中传送带在周而复始传送产品进行回流焊的同时在回流焊炉中传送带在周而复始传送产品进行回流焊的同时,也成为一个也成为一个散热系统散热系统,此外在加热部分的边缘与中心散热条件不同此外在加热部分的边缘与中心散热条件不同,边缘一般温度偏低边缘一般温度偏低,炉内除各温区温度要求不同外炉内除各温区温度要求不同外,同一载面的温度也有差异同一载面的温度也有差异;产品装载量不同产品装载量不同的影响。回流
33、焊温度曲线的调整要考虑在空载、负载及不同负载因子的影响。回流焊温度曲线的调整要考虑在空载、负载及不同负载因子(负负载因子定义为：载因子定义为：Ls=S1/S;其中其中S1=组装基板的面积组装基板的面积,S=炉内加热区炉内加热区的有效面积的有效面积)情况下能得到良好的重复性。回流焊工艺要得到重复性好的情况下能得到良好的重复性。回流焊工艺要得到重复性好的结果结果,必须控制负载因子。负载因子愈大必须控制负载因子。负载因子愈大,焊接质量愈难控制。通常回流焊焊接质量愈难控制。通常回流焊炉的最大负载因子的范围为炉的最大负载因子的范围为0.30.5。这要根据产品情况。这要根据产品情况(元件焊接密元件焊接密度
34、、不同基板度、不同基板)和回流炉的性能来决定和回流炉的性能来决定;同时同时,要得到良好的焊接效果和重要得到良好的焊接效果和重复性复性,实践经验很重要。实践经验很重要。n与回流焊相关的焊接缺陷很多与回流焊相关的焊接缺陷很多,主要有主要有:桥接、立碑桥接、立碑(曼哈顿现象曼哈顿现象)、润湿不良等。究其原因多数与温度曲线有关。设定合理的焊接温度曲线润湿不良等。究其原因多数与温度曲线有关。设定合理的焊接温度曲线,选择合适的焊料选择合适的焊料,应用合理的工艺是保证质量的关键。应用合理的工艺是保证质量的关键。n回流焊接是回流焊接是SMT 工艺中复杂而关键的工艺工艺中复杂而关键的工艺,涉及到自动控制、材料、
35、涉及到自动控制、材料、流体力学和冶金学等多种科学。要获得优质的焊接质量流体力学和冶金学等多种科学。要获得优质的焊接质量,必须深入研究回必须深入研究回流焊接工艺参数的设计、温度场的影响、元器件的影响、焊接材料影响、流焊接工艺参数的设计、温度场的影响、元器件的影响、焊接材料影响、焊接设备等方方面面。焊接设备等方方面面。n2.1 DIP生产流程元件成型加工插件过波峰焊元件切脚补焊洗板功能测试波峰焊 Wave solder n定义：波峰焊是将熔融的液态焊料，借助与泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波，插装了元器件的PCB置与传送链上，经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接
36、的过程。n 波峰焊有单波峰焊和双波峰焊之分。单波峰焊用于SMT时，由于焊料的“遮蔽效应”容易出现较严重的质量问题，如 漏焊、桥接和焊缝不充实等缺陷。而双波峰则较好地克服了这个问题，大大减少漏焊、桥接和焊缝不充实等缺陷，因此目前在表面组装中广泛采用双波峰焊工艺和设备 波峰焊解析图设备组成：不同的波峰焊机设备组成的原理不同，但是各部件最终的结果相同。大体上可以分成以下几个部分：n治具安装n喷涂助焊剂系统n预热系统n焊接系统n冷却系统 2.1.1 治具安装 治具安装是指给待焊接的PCB板安装夹持的治具，可以限制基板受热变形的程度，防止冒锡现象的发生，从而确保浸锡效果的稳定 2.1.2 助焊剂系统 n
37、助焊剂系统是保证焊接质量的第一个环节，其主要作用是均匀地涂覆助焊剂，除去PCB和元器件焊接表面的氧化层和防止焊接过程中再氧化。助焊剂的涂覆一定要均匀，尽量不产生堆积，否则将导致焊接短路或开路。助焊剂系统助焊剂在焊接过程中的作用：不同的产品需要的助焊剂成份类型各有不同，但是使用助焊剂的目的是相同的，这就是助焊剂在焊接过程中的作用：a.获得无锈金属表面，保持被焊面的洁净状态；b.对表面张力的平衡施加影响，减小接触角，促进焊料漫流；c.辅助热传导，浸润待焊金属表面。n助焊剂系统有多种，包括喷雾式、喷流式和发泡式。目前一般使用喷雾式助焊系统，采用免清洗助焊剂，这是因为免清洗助焊剂中固体含量极少，不挥发
38、无含量只有1/51/20。所以必须采用喷雾式助焊系统涂覆助焊剂，同时在焊接系统中加防氧化系统，保证在PCB上得到一层均匀细密很薄的助焊剂涂层，这样才不会因第一个波的擦洗作用和助焊剂的挥发，造成助焊剂量不足，而导致焊料桥接和拉尖。n喷雾式有两种方式：一是采用超声波击打助焊剂，使其颗粒变小，再喷涂到PCB板上。二是采用微细喷嘴在一定空气压力下喷雾助焊剂。这种喷涂均匀、粒度小、易于控制，喷雾高度/宽度可自动调节，是今后发展的主流 喷雾式及发泡式2.1.3 预热系统 a 预热系统的作用：（1）挥发助焊剂中的溶剂，挥发助焊剂中的溶剂，使助焊剂呈胶粘状。使助焊剂呈胶粘状。液态的助焊剂内有大量溶剂，主要是无
39、水酒精，如液态的助焊剂内有大量溶剂，主要是无水酒精，如直接进入锡缸，在高温下会急剧的挥发，产生气体使直接进入锡缸，在高温下会急剧的挥发，产生气体使焊料飞溅，在焊点内形成气孔，影响焊接质量。焊料飞溅，在焊点内形成气孔，影响焊接质量。（2）活化助焊剂，增加助焊能力活化助焊剂，增加助焊能力。在室温下焊剂还原氧化膜的作用是很缓慢的，必须在室温下焊剂还原氧化膜的作用是很缓慢的，必须通过加热使助焊剂活性提高，起到加速清除氧化膜的通过加热使助焊剂活性提高，起到加速清除氧化膜的作用作用（3）减少焊接高温对被焊母材的热冲击。减少焊接高温对被焊母材的热冲击。焊接温度约焊接温度约245245，在室温下的印制电路板及
40、元器，在室温下的印制电路板及元器件若直接进入锡槽，急剧的升温会对它们造成不良影件若直接进入锡槽，急剧的升温会对它们造成不良影响。响。（4）减少锡槽的温度损失减少锡槽的温度损失。未经预热的印制电路板与锡面接触时，使锡面温度未经预热的印制电路板与锡面接触时，使锡面温度会明显下降，从而影响润湿、扩散的进行。会明显下降，从而影响润湿、扩散的进行。nb、预热方法 波峰焊机中常见的预热方法有三种：n空气对流加热n红外加热器加热n热空气和辐射相结合的方法加热。nc、预热温度 一般预热温度为90150，预热时间为13min。预热温度控制得好，可防止虚焊、拉尖和桥接，减小焊料波峰对基板的热冲击，有效地解决焊接过
41、程中PCB板翘曲、分层、变形问题。有铅焊接时预热温度大约维持在80-100之间，而无铅免洗的助焊剂由于活性低需在高温下才能激化活性，故其活化温度维持在150左右。在能保证温度能达到以上要求以及保持元器件的升温速率（2/S以内）情况下，此过程所处的时间为1分半钟左右。若超过界限，可能使助焊剂活化不足或焦化失去活性引起焊接不良，产生桥连或虚焊。n2.1.4 焊接系统 焊接系统一般采用双波峰。在波峰焊接时，PCB板先接触第一个波峰，然后接触第二个波峰。第一个波峰是由窄喷嘴喷流出的湍流波峰，流速快，对组件有较高的垂直压力，使焊料对尺寸小，贴装密度高的表面组装元器件的焊端有较好的渗透性；通过湍流的熔融焊
42、料在所有方向擦洗组件表面，从而提高了焊料的润湿性，并克服了由于元器件的复杂形状和取向带来的问题；同时也克服了焊料的遮蔽效应湍流波向上的喷射力足以使焊剂气体排出。因此，即使印制板上不设置排气孔也不存在焊剂气体的影响，从而大大减小了漏焊、桥接和焊缝不充实等焊接缺陷，提高了焊接可靠性。n经过第一个波峰的产品，因浸锡时间短以及部品自身的散热等因素，浸锡后存在着很多的短路，锡多，焊点光洁度不正常以及焊接强度不足等不良内容。因此，紧接着必须进行浸锡不良的修正，这个动作由喷流面较平较宽阔，波峰较稳定的二级喷流进行。这是一个平滑的波峰，流动速度慢，有利于形成充实的焊缝，同时也可有效地去除焊端上过量的焊料，并使
43、所有焊接面上焊料润湿良好，修正了焊接面，消除了可能的拉尖和桥接，获得充实无缺陷的焊缝，最终确保了组件焊接的可靠性。n2.1.5 冷却系统 浸锡后适当的冷却有助于增强焊点接合强度的功能，同时，冷却后的产品更利于炉后操作人员的作业，因此，浸锡后产品需进行冷却处理。2.2 提高波峰焊接质量的方法和措施 n分别从焊接前的质量控制、生产工艺材料及工艺参数这三个方面探讨提高波峰焊质量的方法。2.1 焊接前对印制板质量及元件的控制 2.2.1 焊接前对印制板质量及元件的控制 na、焊盘设计（1）在设计插件元件焊盘时，焊盘大小尺寸设计应合适。焊盘太大，焊料铺展面积较大，形成的焊点不饱满，而较小的焊盘铜箔表面张
44、力太小，形成的焊点为不浸润焊点。孔径与元件引线的配合间隙太大，容易虚焊，当孔径比引线宽0.050.2mm，焊盘直径为孔径的22.5倍时，是焊接比较理想的条件。（2）在设计贴片元件焊盘时，应考虑以下几点：n 为了尽量去除“阴影效应”，SMD的焊端或引脚应正对着锡流的方向，以利于与锡流的接触，减少虚焊和漏焊，波峰焊时推荐采用的元件布置方向图如图4所示；n波峰焊接不适合于细间距QFP、PLCC、BGA和小间距SOP器件焊接，也就是说在要波峰焊接的这一面尽量不要布置这类元件；n较小的元件不应排在较大的元件后，以免较大元件妨碍锡流与较小元件的焊盘接触，造成漏焊。nb、PCB平整度控制 波峰焊接对印制板的
45、平整度要求很高，一般要求翘曲度要小于0.5mm，如果大于0.5mm要做平整处理。尤其是某些印制板厚度只有1.5mm左右，其翘曲度要求就更高，否则无法保证焊接质量。nc、妥善保存印制板及元件，尽量缩短储存周期 在焊接中，无尘埃、油脂、氧化物的铜箔及元件引线有利于形成合格的焊点，因此印制板及元件应保存在干燥、清洁的环境下，并且尽量缩短储存周期。对于放置时间较长的印制板，其表面一般要做清洁处理，这样可提高可焊性，减少虚焊和桥接，对表面有一定程度氧化的元件引脚，应先除去其表面氧化层。n2.3 生产工艺材料的质量控制 n 在波峰焊接中，使用的生产工艺材料有：助焊剂和焊料。助焊剂质量控制 助焊剂在焊接质量
46、的控制上举足轻重，其作用是：n（1）除去焊接表面的氧化物；n（2）防止焊接时焊料和焊接表面再氧化；（3）降低焊料的表面张力；n（4）有助于热量传递到焊接区。n目前波峰焊接所采用的多为免清洗助焊剂。选择助焊剂时有以下要求：n（1）熔点比焊料低；n（2）浸润扩散速度比熔化焊料快；n（3）粘度和比重比焊料小；n（4）在常温下贮存稳定。n焊料的质量控制 锡铅焊料在高温下（250）不断氧化，使锡锅中锡铅焊料含锡量不断下降，偏离共晶点，导致流动性差，出现连焊、虚焊、焊点强度不够等质量问题。可采用以下几个方法来解决这个问题：n添加氧化还原剂，使已氧化的SnO还原为Sn，减小锡渣的产生；n不断除去浮渣；n 每
47、次焊接前添加一定量的锡；n采用含抗氧化磷的焊料；n采用氮气保护，让氮气把焊料与空气隔绝开来，取代普通气体，这样就避免了浮渣的产生，这种方法要求对设备改型，并提供氮气。目前最好的方法是在氮气保护的氛围下使用含磷的焊料，可将浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少，工艺控制最佳。n焊接过程中的工艺参数控制 焊接工艺参数对焊接表面质量的影响比较复杂，并涉及到较多的技术范围。预热温度的控制 预热的作用：n使助焊剂中的溶剂充分发挥，以免印制板通过焊锡时，影响印制板的润湿和焊点的形成；n印制板在焊接前达到一定温度，以免受到热冲击产生翘曲变形。一般预热温度控制在90150，预热时间13min。nb、焊接轨道倾角
48、轨道倾角对焊接效果的影响较为明显，特别是在焊接高密度SMT器件时更是如此。当倾角太小时，较易出现桥接，特别是焊接中，SMT器件的遮蔽区更易出现桥接；而倾角过大，虽然有利于桥接的消除，但焊点吃锡量太小，容易产生虚焊。轨道倾角应控制在58之间。nc、波峰高度 波峰的高度会因焊接工作时间的推移而有一些变化，应在焊接过程中进行适当的修正，以保证理想高度进行焊接波峰高度，以压锡深度为PCB厚度的1/21/3为准。nd、焊接温度 焊接温度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数。有铅焊料在223-245之间都可以润湿，而无铅焊料则需在230-260之间才能润湿。太低的锡温将导致润湿不良，或引起流动性变差，产生桥
49、连或上锡不良。过高的锡温则导致焊料本身氧化严重，流动性变差，严重地将损伤元器件或 PCB表面的铜箔。由于各处的设定温度与PCB板面实测温度存在差异，并且焊接时受元件表面温度的限制，有铅焊接的温度设定在245左 右，无铅焊接的温度大约设定在250-265之间。在此温度下PCB焊点钎接时都可以达到上述的润湿条件。波峰焊后的补焊波峰焊后的补焊 什么是补焊：什么是补焊：在机械焊接后，对焊接在机械焊接后，对焊接面进行修整，通常称为面进行修整，通常称为“补焊补焊”。机械焊接的焊点不可能达到零缺陷。机械焊接的焊点不可能达到零缺陷。元器件虽经预成型，但插入后伸出板元器件虽经预成型，但插入后伸出板面的长度不可能
50、全部符合要求。面的长度不可能全部符合要求。所以补焊是必不可少的。所以补焊是必不可少的。补焊的工艺规范通常包括如下内容：补焊的工艺规范通常包括如下内容：补焊内容补焊内容 ：纠正歪斜元器件纠正歪斜元器件 检查漏件检查漏件 修剪引出脚修剪引出脚歪斜不正 补焊不良焊点补焊不良焊点假焊空焊连锡虚焊毛刺锡多锡少标准半焊裂锡烙铁焊烙铁焊n作用：作用：机械自动焊后焊接面的修补及加强焊机械自动焊后焊接面的修补及加强焊;整机组装中各部件装联焊接整机组装中各部件装联焊接;产量很小或单件生产产品的焊接产量很小或单件生产产品的焊接;温度敏感的元器件及有特殊抗静电要求的元器件焊接温度敏感的元器件及有特殊抗静电要求的元器件
