【正文】 器件的組裝中。目前用于 SMT焊接的方法有多種，既有傳統(tǒng)波峰焊，又有適應超細元件和多引腳器件焊接而發(fā)展起來的紅外再流焊、汽相焊、激光焊，并研究出與之相適應的各種再流焊爐（包括熱板式、紅外式、熱風紅外式再流焊爐），汽相焊爐（井式與再線式），激光焊機。 良好而堅固的工藝，意味著高成品率、高質量、高效率。 技術要求： 1．波峰焊、再流焊、 AOI 自動檢測儀及返修工作站等 SMT 設備的使用。熟練操作流程及注意生產事項。追求良好而堅固的工藝，不僅是產品質量的要求，也是高密度組裝的客觀需要。不管是哪種方法、用哪種設備，其焊接的過程均是在一定時間內將焊料與焊區(qū)（元器件引腳和 PCB 焊盤）升高到一定的溫度，以致焊料融化并潤濕焊接區(qū)，隨著溫度的下降，焊料凝固并形成令人滿意的焊點。而且，隨著半導體元器件技術、材料技術、電子與信息技術等相關技術的飛速進步， SMT 的應用還在不斷擴大，其技術也在不斷完善和深化發(fā)展之中。為了進一步適應電子設備向短、小、輕、薄方向發(fā)展，出現了 0210（ ＊ ）的 CHIP 元件、 BGA、 CSP、 FLIP、 CHIP、復合化片式元件等新型封裝元器件。最直接的就是 IPC— A— 610 與 IPC/J— STD— 001 兩大標準。在深入分析 SMT 焊接工藝的基礎上，著重討論波峰焊、再流焊的焊接原理及主要特點，給出焊接缺陷分析及解決辦法。在 SMT 中采用軟釬焊技術主要有波峰焊和再流焊。 波峰焊與再流焊之間的基礎區(qū)別在于熱源與釬料的供給方式不同。就目前而言，再流焊技術與設備是 SMT 組裝廠商組裝 SMD/SMC 的主選技術與設備，但波峰焊任然是一種高效自動化、高產量、可在生產線上串聯的焊接技術。 2）以焊接為核心，考慮 SMT 生產中的焊接工藝流程；優(yōu)化程序結構提高焊點可靠性。 波峰焊機 波峰焊機 — 能產生焊錫波峰并能自動完成印制板組件焊接工藝過程的工藝設備。 當完成點 (或印刷 )膠、貼裝、膠固化、插裝通孔元器件的印制電路板從波峰焊機的入北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 4 口端隨傳送帶向前運行，通過助焊劑發(fā)泡 (或噴霧 )槽時，使印制電路板的下表面和所有的元器件端頭和引腳表面均勻地涂敷一層薄薄的助焊劑；隨傳送帶運行印制電路板進入預熱區(qū) (預熱溫度在 90～ 130℃ )。當印制電路板繼續(xù)向前運行離開第二個焊料波后，自然降溫冷卻形成焊點，即完成焊接。它還可以用來蒸發(fā)掉所有可能吸收的潮氣或稀釋助焊劑的載體溶劑，如果這些東西不被去除的話，它們會在過波峰時沸騰并造成焊錫濺射，或者產生蒸汽留在焊錫里面形成中空的焊點或砂眼。焊錫在進入區(qū)時，焊錫的流動特性受到 器件管腳的阻擋，當焊錫性不良好的本體或管腳浸入熔錫中，熔錫就會變成弧形，改變方向，形成相對應的陰影區(qū)域。 中間區(qū)：介于進入區(qū)與脫離區(qū)之間，功能上又稱傳熱區(qū)。 助焊劑中的松香樹脂和活性劑在一定溫度下產生活性化反應，能去除焊接金屬表面氧化膜，同時松香樹脂又能保護金屬表面在高溫下不再氧化；助焊劑能降低熔融焊料的表面張力，有利于焊料的潤濕和擴散。 4) 焊接溫度 焊接溫度是非常重要的焊接參數﹐通常高于焊料熔點（ 183176。 ?為 DIP 焊點或焊接面溫度曲線，體現焊接面器件的受熱與焊接過程。 再 流焊爐的主要技術指標 及基本結構 圖 31再流焊爐 1) 溫度控制精度：應達到177。 再流焊爐主要由爐體、上下加熱源、 PCB 傳輸裝置、空氣循環(huán)裝置、冷卻裝置、排風裝置、溫度控制裝置，以及計算機控制系統(tǒng)組成。電路板隨傳動機構直線勻速進入爐膛，順序通過各個溫區(qū)，完成焊點的焊接。 再流焊原理 圖 32溫度曲線 如圖 32分析再流焊的原理：當 PCB 進入升溫區(qū)（干燥區(qū)）時，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時，焊膏中的助焊劑潤濕焊盤、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤，將焊盤、元器件引腳與氧氣隔離； PCB 進入保溫區(qū)時，使 PCB 和元器件得到充分的預熱，以防 PCB 突然進入焊接高溫區(qū)而損壞 PCB 和元器件；當 PCB 進入焊接區(qū)時，溫度迅速上升使焊膏達到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫對 PCB 的焊盤、元器件端頭和引腳潤濕、擴散、漫流或回流混合形成焊錫接點； PCB 進入冷卻區(qū)，使焊點凝固。從而節(jié)省了人力、電力、材料。 2）要按照 PCB 設計時的焊接方向進行焊接。還要檢查 PCB 表面顏色變化情況，再流焊后允許 PCB 有少許但是均勻的變色。 2）對 PCB 局部加熱 對 PCB局部加熱再流焊可分為：激光再流焊、聚焦紅外再流焊、光束再流焊、熱氣流再流焊 。 為使組件局部區(qū)域熱平衡及預先干燥焊膏 ,先要把它加熱至 120℃～ 150℃。 再流焊機爐膛被劃分成若干獨立控溫的溫區(qū)，其中每個溫區(qū)又分為上、下兩個溫區(qū)。這意味著受熱元件的溫度比用輻射爐的溫度低。 在氣相焊系統(tǒng)中 ,焊接操作控制的變量是組件的預熱和在線系統(tǒng)中的通過時間 , 及在系統(tǒng)中蒸氣的停留時間的控制。 焊接用激光 ,一般有兩種形式 ,氣全激光和摻釹釔鋁石榴石激光 (簡稱 YAGNd)。 影響再流溫度曲線變化的因素很多，與再流焊爐的性能、采用的工藝材料（焊膏）、PCB 板的顏色和質地、板上元件種類及布局等有關。 再流焊的 溫度曲線組成 圖 33溫度曲線組成 理想的溫度曲線如圖 33（溫度曲線組成）由四個溫區(qū)組成，前面三個區(qū)加熱、最后一個區(qū)冷卻。在這個區(qū)，組件的溫度以 4℃ /S 的速率連續(xù)上升，時間大約為 90 秒左右。一般的活化溫度范圍是 120～ 150℃，保溫時間大約為90 秒左右。 再流區(qū)，也叫峰值區(qū)。 冷卻區(qū)，理想的冷卻區(qū)曲線應該與回流區(qū)曲線成鏡像關系。 現在市場上能購買到的測溫儀分為兩類：一種為實 時測溫儀，即時傳送溫度 /時間數據并作出圖形；另一種測溫儀采樣并儲存數據，然后上傳到計算機，再在計算機上分析處理。 2）用少量的熱化合物（也叫熱導膏或熱油脂）斑點覆蓋住熱電偶，再用高溫膠帶粘住。 熱電偶附著于 PCB 的位置也要 選擇，通常最好是將熱電偶的探頭附著在 PCB 的焊盤和相應的元件引腳或金屬端之間。 溫度曲線是指 SMT 通過再流爐時， SMT 板面的溫度隨時間變化的曲線。帶速決定 SMT 停留在每個溫區(qū)的持續(xù)時間，增加時間可以使 SMA 上溫度愈來愈接近所設定的溫度，每個區(qū)的溫度設定影響 SMA的溫度上升速率。 溫度曲線的測試方法 隨著技術的不斷進步，對于再流焊爐的溫度曲線測試的方法也在逐漸增多，并且提供簡單而精確的溫度記錄于非易失性存儲器中，高精度、高性價比。帶速決定機板暴露在每個區(qū)所設定的溫度下的持續(xù)時間，增加持續(xù)時間可以允許更多時間使電路裝配接近該區(qū)的溫度設定。因此，必須作出一個圖形來決定 PCB 的溫度曲線。 現在許多再流焊機器包括了一個板上測溫儀，甚至一些較小的、便宜的臺面式爐子。 有幾種方法將熱電偶附著于 PCB ，較好的方法是使用高溫焊 錫如銀 /錫合金，焊點盡量最小。 測試步驟： 1) 選取能代表 SMA 組件上溫度變化的測試點，一般至少應選取三點，這三點應反映北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 15 出表面組裝組件上溫度最高、最低、中間部位上的溫度變化。 3) 將被測的 SMA 組件連同溫度采集器一 同置于再流焊機入口處的傳送鏈 /網帶上，隨著傳送鏈 /網帶的運行，將完成一個測試過程。 錫膏特性參數表也是必要的，其包含的信息對溫度曲線是至關重要的，如：所希望的溫度曲線持續(xù)時間、錫膏活性溫度、合金熔點和所希望的回流最高溫度。爐的溫區(qū)越多，越能使溫度曲線的輪廓達到更準確和接近設定。爐的預熱區(qū)一般占整個加熱通道長度的 25～ 33%。雖然有的錫膏制造商允許活性化期間一些溫度的增加，但是 理想的曲線要求相當平穩(wěn)的溫度，這樣使得 PCB 的溫度在活性區(qū)開始和結束時是相等的?；钚詼囟瓤偸潜群辖鸬娜埸c溫度低一點，而峰值溫度總是在熔北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 16 點上。共晶合金是在一個特定溫度下熔化的合金，非共晶合金有一個熔化的范圍，而不是熔點，有時叫做塑性裝態(tài)。 溫度曲線制作的簡單估算 作溫度曲線的第一個考慮 參數是傳輸帶的速度設定，該設定將決定 PCB 在加熱通道所花的時間。明智的是向爐子制造商咨詢了解清楚顯示溫度和實際區(qū)間溫度的關系。一旦所有參數輸入后，啟動機器，爐子穩(wěn)定后 (即，所有實際顯示溫度接近符合設定參數 )可以開始作曲線。 溫度曲線的調整 當最后的曲線圖盡可能的與所希望的圖形相吻合，應該把爐的參數記錄或儲存以備后用。顯示溫度只代表爐內溫區(qū)某一處熱電偶的溫度，與熱電偶所在的位置有關。所有參數確定后，啟動機器，待爐子穩(wěn)定后（即所有顯示溫度接近設定參數）開始設置溫度曲線?？紤]到 PCB 尺寸大小、敏感元件的因素，可以適量增加測試點，但目前最多不超過 9個。首先，必須保證從環(huán)境溫度到回流溫度的時間和推薦曲線的時間一致。一般最好每次調一個參數，在作下一步調整之前執(zhí)行該參數 設定，畫出一條新的曲線。 無鉛再流焊 無鉛焊料種類繁多，熔點溫度變化范圍大，相比于傳統(tǒng)錫鉛焊膏，熔點溫度大致上升300℃ 以上，以及整體而言無鉛焊膏的潤濕能力相對較差，無鉛再流焊工藝面臨如下挑戰(zhàn)： 1） 峰值溫度提升 峰值溫度提升要求設備耐高溫，預熱區(qū)加長，爐溫均勻性要求提高，增加冷卻區(qū)；為了降低由于高溫引起的 PCB 變形問題，需要相應的中間支撐；焊膏助焊劑要 求耐高溫，否則在焊膏熔融前助焊劑早已全部揮發(fā)而導致焊料氧化； PCB 與元器件要求能承受相應的高溫。在這樣的要求下，如何保證焊點質量是一個重要的問題。 焊點的外觀評價 良好的焊點應該是在設備的使用壽命周期內，其機械和電氣性能都不發(fā)生失效。所謂“完美的焊點”是指“引線和焊盤全部潤濕的焊點”。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 20 3）壽命終結階段，失效主要由累積的破環(huán)性因素造成 的，包括化學的、冶金的、機械特性等因素，比如焊料與被焊金屬之間發(fā)生金屬化合反應，或機械應力造成焊點失效。當溫差過大時，導致元件的陶瓷與玻璃部分產生應力裂紋。 PCB 的玻璃化轉變溫度一般在 180℃ 和室溫之間。 金屬的溶解 在厚、薄膜混合電路（包括片式電容）組裝中，常常有蝕金、蝕銀的現象。這些化合物有一個共同的特點是，就是非常脆，剪切強度極低，元件極易脫落。所以焊點中金的含量不應超過 3％～ 4％。 IC 塑料封裝極易吸潮，當加熱時間過長時，潮氣就會釋放出來。目前的解決辦法是：先烘干 IC，然后密封保存并保持干燥。 超聲波清洗有可能造成兩種破壞后果： 1）小液滴對表面的碰撞就像噴砂，類似于表面風化。例如，引起片狀電容器產生裂紋的一個常見的原因是印制板彎曲。 2)無引線陶瓷元件也很容易發(fā)生斷裂。如果帶有大的細間距 IC 的 PCB 有一個角發(fā)生翹曲，而沒有支撐，或者由于不正確地調整測試夾具而形成機械負載，會對焊點造成危脅。這會導致受到機械負載最多的印制板上的元件引線發(fā)生疲勞斷裂。為了解決這一問題，要求大而重的元件有足夠的機械支撐固定，而且要求引線應柔性的。涂敷焊膏用量應適當，在滿足機械強度和電氣性能的前提下，焊點要小，另外要選擇適當的焊接方法，建立最佳的溫度曲線，從而提高焊接結構的整體可靠性。 腐蝕 空氣污染所致的干性化學腐蝕危險性小。 基板材料老化 基板材料在溫度升高時發(fā)生老化，而且溫度越高老化越快。對電路來講，連續(xù)運行的時間是 105h。例如，一年后 CuSn層的厚度會增加 . 通常合金化合物是硬而脆的。 3)在焊接金屬與合金層之間的界面處會出現焊接金屬的伴生物，如銅一錫合金層之間出現的 SnO2。一般來說，當溫度超過材料熔點的 倍以上時，才出現較明顯的蠕變。大尺寸 IC 的焊點，帶有相對較硬的引線，這樣的焊點在這種情況下會斷裂。同時，周期性的溫度改變，散熱的變化以及環(huán)境溫度的改變都會引起每次溫度改變機械應力?？梢酝ㄟ^優(yōu)化兩個特性：疲勞屈服點和蠕變阻抗，使焊料合金的疲勞壽命達到最大值。焊點外觀是焊點質量評定的主要依據，按照 SJ/T10666 的規(guī)定，焊點的檢測有以下兩大原則： 1）全檢原則：采用目視或儀器檢驗，檢驗率應達到 100％ 。 由于目視檢測的上述不足，在當前的 SMT 組裝線上很少作為主要的焊接質量檢測手段，多數用于返修 /返工的輔助工具、缺陷確 認等。 檢測儀的優(yōu)點 1)編程簡單 AOI 通常是把貼片機編程完成后自動生成的 TXT 輔助文本文件轉換成所需格式的文件，從中 AOI 獲取位置號、元件系列號、 X坐標、 Y坐標、元件旋轉方向這 5 個參數，然后系統(tǒng)會自動產生電路的布局圖，確定各元件的位置參數及所需檢測的參數。 3)減少生產成本 由于 AOI 可放置在回流爐前對 PCB 進行檢測，可及時發(fā)現由各種原因引起的缺陷，而不必等到 PCB 過了回流爐后才進行檢測，這就大大降低了生產成本 的編程 1)編程的作用就是將每個界面采集出來，學習后，用于測試。 3)設置 mark，盡量選擇對角，距離越遠越準確。 檢測的不足 1)難以檢測 BGA等面陣列類器件的隱藏焊點的質量狀況； 2)對焊點內部缺陷無能為力； 3)完整的焊點 3D 信息比較難以獲得，即使能獲得，速度較慢；同時建立 3D 的 接受準則比較困難； 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 27 4）各類不同