【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 對(duì) PCB整體加熱再流焊又可分為：氣相再流焊、熱板再流焊、紅外再流焊、紅外加熱風(fēng)再流焊和全熱風(fēng)再流焊。 2）對(duì) PCB 局部加熱 對(duì) 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 。 目前比較流行和實(shí)用的大多是遠(yuǎn)紅外再流焊、紅外加熱風(fēng)再流焊和全熱風(fēng)再流焊。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 1）紅外再流焊設(shè)備 紅外再流焊的原理是熱能通常有 80％的能量以電磁波的形式（紅外線）向外發(fā)射，焊點(diǎn)受紅外幅射后溫度升高，從而完成焊接過(guò)程。通常， 波長(zhǎng)在 ～ l0μ m 的紅外輻射能力最強(qiáng)，約占紅外總能量的 80％～ 90％，輻射到的物體能快速升溫。 為使組件局部區(qū)域熱平衡及預(yù)先干燥焊膏 ,先要把它加熱至 120℃～ 150℃。在傳熱范圍內(nèi) ,使焊接組件有時(shí)間進(jìn)行溫度平衡，隨后焊劑熔化 ,進(jìn)入第二溫區(qū)時(shí) ,使焊接前組件溫度要達(dá)到 150℃～ 170℃ ,然后在再流焊區(qū)（ 210℃～ 230℃）內(nèi)完成焊接。這必須保證預(yù)敷焊料熔化 ,而且要保證所有焊點(diǎn)都可靠地潤(rùn)濕。 2）強(qiáng)制對(duì)流焊設(shè)備 全熱風(fēng)再流焊機(jī)的加熱系統(tǒng)主要由熱風(fēng)馬達(dá)、加熱管、熱電耦、固態(tài)繼電器 SSR、溫控模塊等部分組成。 再流焊機(jī)爐膛被劃分成若干獨(dú)立控溫的溫區(qū)，其中每個(gè)溫區(qū)又分為上、下兩個(gè)溫區(qū)。溫區(qū)內(nèi)裝有發(fā)熱管，熱風(fēng)馬達(dá)帶動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，形成的熱風(fēng)通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的風(fēng)道，經(jīng)整流板吹出，使熱氣均勻分布在溫區(qū)內(nèi)。 強(qiáng)制對(duì)流焊是組件靠強(qiáng)制熱空氣對(duì)流加熱。該設(shè)備有一個(gè)氣體的加熱系統(tǒng) ,應(yīng)用大功率風(fēng)扇把熱風(fēng)吹向焊接件 ,由于組件與熱風(fēng)的偶連好 ,所以，只要很短時(shí)間 ,組件和氣體之間就能達(dá)到熱平衡。這意味著受熱元件的溫度比用輻射爐的溫度低。這種方法增大了加熱的均勻性。 3）氣相再流焊設(shè)備 (也稱冷凝焊 ) 氣相再流焊是利用氟惰性液體由氣態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)放 出的氣化潛熱來(lái)進(jìn)行加熱的一種焊接方法。氣相再流焊接使用氟惰性液體作熱轉(zhuǎn)換介質(zhì)，加熱這種介質(zhì)，利用它沸騰后產(chǎn)生的飽和蒸氣的氣化潛熱進(jìn)行加熱。 在氣相焊系統(tǒng)中 ,焊接操作控制的變量是組件的預(yù)熱和在線系統(tǒng)中的通過(guò)時(shí)間 , 及在系統(tǒng)中蒸氣的停留時(shí)間的控制。利用這種方法焊接 ,特性曲線控制簡(jiǎn)單。 氣相再流焊主要工藝參數(shù)如下 :預(yù)熱溫度升速率 :2～ 3℃ /S；元器件表面溫度在 120～150℃范圍中停留 ,時(shí)間 :30～ 60s,在 200℃汽相焊區(qū)停留時(shí)間 :25～ 40s。 4）激光再流焊設(shè)備 激光焊接是利用激光束直接照射焊接部位，焊接部 位（器件引腳和焊料）吸收激光能并轉(zhuǎn)成變熱能，溫度急劇上升到焊接溫度，導(dǎo)致焊料熔化，激光照射停止后，焊接部位迅速空冷，焊料凝固，形成牢固可靠的連接。 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(jiǎn)稱 YAGNd)。此外 ,激光焊也可用于高密度 SMT 印制板組裝件的維修 ,切斷多余的印制連線 ,補(bǔ)焊添加的元器件 ,而其它焊點(diǎn)不受熱 ,保證維修的質(zhì)量。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 溫度曲線 在 PCB組裝業(yè)中，再流焊接工藝是目前最流行和最常用的批量生產(chǎn)焊接技術(shù)。再流焊接工藝的關(guān)鍵在于找出最適當(dāng)?shù)脑倭鳒囟惹€，一條優(yōu)化的再流溫度 曲線將保證高品質(zhì)的焊點(diǎn)。 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(zhì)地、板上元件種類(lèi)及布局等有關(guān)。首先要對(duì)理想的溫度曲線有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。目前典型的焊膏再流溫度曲線有兩種：一種為升溫 到 回流溫度曲線，主要用于水溶焊膏和難于焊接的合金的焊接工藝；另一種為升溫 保溫 回流溫度曲線，可用于 SMA或免洗焊膏的焊接，這是比較常用的一種溫度曲線。本文著重介紹的是升溫 保溫 回流溫度曲線，適用于成分為 Sn63/Pb37 的共晶焊膏，其熔點(diǎn)為 183℃。 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(gè)溫區(qū)組成，前面三個(gè)區(qū)加熱、最后一個(gè)區(qū)冷卻。實(shí)際上爐子的溫區(qū)越多，越能使溫度曲線的輪廓更準(zhǔn)確，接近設(shè)定值。大多數(shù)焊膏都能用四個(gè)基本溫區(qū)成功回流。 升溫區(qū)，也叫預(yù)熱區(qū)，將 PCB 從環(huán)境溫度加熱到所須的活化溫度。在這個(gè)區(qū)，組件的溫度以 4℃ /S 的速率連續(xù)上升，時(shí)間大約為 90 秒左右。溫度升得太快會(huì)對(duì)元件造成熱沖擊，產(chǎn)生諸如應(yīng)力裂紋等可靠性問(wèn)題；而溫度上升太慢，焊膏將達(dá)不到活化溫度。 保溫區(qū)，也叫活化區(qū)。它有兩個(gè)功能：第一是 PCB 在相 當(dāng)穩(wěn)定的溫度下受熱，允許不同質(zhì)量的元件在溫度上趨于一致，減少它們的相對(duì)溫差（△ T）；第二個(gè)功能是使助焊劑活化，揮發(fā)性的溶劑從焊膏中揮發(fā)。一般的活化溫度范圍是 120～ 150℃，保溫時(shí)間大約為90 秒左右。如果活化區(qū)的溫度設(shè)定太高，助焊劑將沒(méi)有足夠的時(shí)間活化。雖然有的焊膏北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 允許活化期間提高一點(diǎn)溫度，但是理想的曲線要求相當(dāng)平穩(wěn)的溫度。應(yīng)選擇能維持平坦的活化溫度曲線的爐子，將提高可焊性。 再流區(qū)，也叫峰值區(qū)。這個(gè)區(qū)的作用是將 PCB 組件的溫度從活化溫度提高到峰值溫度。典型的峰值溫度范圍是 205～ 230℃，回流時(shí)間大約 60 秒左右。假如這個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定太高，會(huì)使其溫升斜率超過(guò) 4℃ /S，或達(dá)到的回流峰值溫度比理想的高，這種情況可能引起PCB 的過(guò)分翹曲或燒損，并損害元件。 冷卻區(qū)，理想的冷卻區(qū)曲線應(yīng)該與回流區(qū)曲線成鏡像關(guān)系。冷卻速率應(yīng)控制在 4℃ /S之內(nèi)，較快的冷卻速率可得到較細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)和較高強(qiáng)度與較亮的焊點(diǎn)。但太快會(huì)引起元件內(nèi)部的熱應(yīng)力。 測(cè)試溫度曲線的注意事項(xiàng) 在開(kāi)始設(shè)定溫度曲線之前，需準(zhǔn)備下列設(shè)備和工具：溫度曲線測(cè)試儀、熱電偶、將熱電偶附于 PCB 的工具和焊膏參數(shù)表。 現(xiàn)在市場(chǎng)上能購(gòu)買(mǎi)到的測(cè)溫儀分為兩類(lèi)：一種為實(shí) 時(shí)測(cè)溫儀，即時(shí)傳送溫度 /時(shí)間數(shù)據(jù)并作出圖形；另一種測(cè)溫儀采樣并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，然后上傳到計(jì)算機(jī)，再在計(jì)算機(jī)上分析處理。所用的熱電偶必須足夠長(zhǎng)，并可經(jīng)受典型的爐膛溫度。一般較小直徑的熱電偶，熱質(zhì)量小響應(yīng)快，得到的結(jié)果精確。 熱電偶附著于 PCB 的方法有幾種： 1）使用高溫焊料如銀 /錫合金焊接到測(cè)試點(diǎn)上，焊點(diǎn)要盡量小。 2）用少量的熱化合物（也叫熱導(dǎo)膏或熱油脂）斑點(diǎn)覆蓋住熱電偶，再用高溫膠帶粘住。這是比較常用的一種方法。 3）用高溫膠，如氰基丙酸鹽粘合劑來(lái)固定熱電偶。這種方法通常不太可靠。 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(pán)和相應(yīng)的元件引腳或金屬端之間。焊膏特性參數(shù)表也是必要的，因其包含的信息對(duì)溫度曲線至關(guān)重要，如：期望的溫度曲線持續(xù)時(shí)間、焊膏活化溫度、熔點(diǎn)和回流峰值溫度。 焊接時(shí) SMT 板面溫度要高于焊料熔化溫度 30℃～ 40℃，以保證焊料的潤(rùn)濕性及在一定時(shí)間內(nèi)能完成焊接工作，溫度不適當(dāng)會(huì)導(dǎo)致元件焊接質(zhì)量差，甚至?xí)p壞元件。因此在新產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)反復(fù)調(diào)整爐溫，并得到一條滿意的焊接溫度曲線。 溫度曲線是指 SMT 通過(guò)再流爐時(shí)， SMT 板面的溫度隨時(shí)間變化的曲線。實(shí)際測(cè)量時(shí)是將溫度測(cè)試儀的熱電偶設(shè)置在 SMT 板面上，選取 3～ 6 個(gè)測(cè)試點(diǎn)。測(cè)試點(diǎn)的選擇由吸熱最大的點(diǎn)位和吸熱最小的點(diǎn)位來(lái)決定，并以它們的溫度表示 SMT 板面上的焊接溫度。影響曲線形狀的關(guān)鍵參數(shù)是，傳送帶的速度和每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定。帶速?zèng)Q定 SMT 停留在每個(gè)溫區(qū)的持續(xù)時(shí)間，增加時(shí)間可以使 SMA 上溫度愈來(lái)愈接近所設(shè)定的溫度，每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定影響 SMA的溫度上升速率。在熱風(fēng)紅外再流爐焊中， SMT 上的溫度對(duì)爐溫很敏感，只要適當(dāng)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 調(diào)控?zé)嵩吹臏囟?，就可以方便地調(diào)節(jié) SMA 上的溫度。紅外再流爐中，理想的溫度曲線通常由四個(gè)溫區(qū)組成，即預(yù)熱區(qū)、保溫 區(qū)／活性區(qū)、再流區(qū)和冷卻區(qū)。再流爐的溫區(qū)愈多，愈能使溫度曲線精確。 溫度曲線的測(cè)試方法 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于再流焊爐的溫度曲線測(cè)試的方法也在逐漸增多，并且提供簡(jiǎn)單而精確的溫度記錄于非易失性存儲(chǔ)器中，高精度、高性價(jià)比。 在使用表面貼裝元件的印刷電路板 (PCB)裝配中，要得到優(yōu)質(zhì)的焊點(diǎn)，一條優(yōu)化的回流溫度曲線是最重要的因素之一。溫度曲線是施加于電路裝配上的溫度對(duì)時(shí)間的函數(shù)，當(dāng)在笛卡爾平面作圖時(shí)，回流過(guò)程中在任何給定的時(shí)間上，代表 PCB 上一個(gè)特定點(diǎn)上的溫度形成一條曲線。 幾個(gè)參數(shù)影響曲線的形狀， 其中最關(guān)鍵的是傳送帶速度和每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定。帶速?zèng)Q定機(jī)板暴露在每個(gè)區(qū)所設(shè)定的溫度下的持續(xù)時(shí)間，增加持續(xù)時(shí)間可以允許更多時(shí)間使電路裝配接近該區(qū)的溫度設(shè)定。每個(gè)區(qū)所花的持續(xù)時(shí)間總和決定總共的處理時(shí)間。 每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定影響 PCB 的溫度上升速度，高溫區(qū) PCB 與低溫區(qū)的溫度之間產(chǎn)生一個(gè)較大的溫差。增加區(qū)的設(shè)定溫度允許機(jī)板更快地達(dá)到給定溫度。因此，必須作出一個(gè)圖形來(lái)決定 PCB 的溫度曲線。接下來(lái)是這個(gè)步驟的輪廓，用以產(chǎn)生和優(yōu)化圖形。 在開(kāi)始作曲線步驟之前，需要下列設(shè)備和輔助工具：溫度曲線儀、熱電偶、將熱電偶附著于 PCB 的工具和錫膏參數(shù)表?？蓮拇蠖鄶?shù)主要的電子工具供應(yīng)商買(mǎi)到溫度曲線附件工具箱，這工具箱使得作曲線方便，因?yàn)樗克璧母郊?(除了曲線儀本身 )。 現(xiàn)在許多再流焊機(jī)器包括了一個(gè)板上測(cè)溫儀，甚至一些較小的、便宜的臺(tái)面式爐子。測(cè)溫儀一般分為兩類(lèi)：實(shí)時(shí)測(cè)溫儀，即時(shí)傳送溫度 /時(shí)間數(shù)據(jù)和作出圖形；而另一種測(cè)溫儀采樣儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，然后下載到計(jì)算機(jī)。 熱電偶必須長(zhǎng)度足夠，并可經(jīng)受典型的爐膛溫度。一般較小直徑的熱電偶，熱質(zhì)量小響應(yīng)快，得到的結(jié)果精確。 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(diǎn)盡量最小。 另一種可接受的方法，快速、容易和對(duì)大多數(shù)應(yīng)用足夠準(zhǔn)確，少量的熱化合物 (也叫熱導(dǎo)膏或熱油脂 )斑點(diǎn)覆蓋住熱電偶，再用高溫膠帶粘住。 還有一種方法來(lái)附著熱電偶，就是用高溫膠，如氰基丙烯酸鹽粘合劑，此方法通常沒(méi)有其它方法可靠。附著的位置也要選擇，通常最好是將熱電偶尖附著在 PCB 焊盤(pán)和相應(yīng)的元件引腳或金屬端之間。 測(cè)試步驟： 1) 選取能代表 SMA 組件上溫度變化的測(cè)試點(diǎn)，一般至少應(yīng)選取三點(diǎn)，這三點(diǎn)應(yīng)反映北華航天工業(yè)學(xué)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。再流焊機(jī)所用傳送方式的 不同有時(shí)會(huì)影響最高、最低部位的分布情況，這點(diǎn)應(yīng)根據(jù)具體爐子情況具體考慮。對(duì)于網(wǎng)帶式傳送的再流焊機(jī)表面組裝件上最高溫度部位一般在 SMA 與傳送方向相垂直的無(wú)元件的邊緣中心處，最低溫度部位一般在 SMA 靠近中心部位的大型元器件處 (如 PLCC)， 2) 用高溫焊料、貼片膠或高溫膠帶紙將溫度采集器上的熱電偶測(cè)量頭分別固定到SMA 組件上已選定的測(cè)試點(diǎn)部位，再用高溫膠帶把熱電偶絲固定，以免因熱電偶絲的移動(dòng)影響測(cè)量數(shù)據(jù)。采用焊接辦法固定熱電偶測(cè)試點(diǎn)，注意各測(cè)試點(diǎn)焊料量盡量小和均勻。 3) 將被測(cè)的 SMA 組件連同溫度采集器一 同置于再流焊機(jī)入口處的傳送鏈 /網(wǎng)帶上，隨著傳送鏈 /網(wǎng)帶的運(yùn)行，將完成一個(gè)測(cè)試過(guò)程。注意溫度采集器距待測(cè)的 SMA 組件距離應(yīng)大 100mm。 4) 將溫度采集器記錄的溫度曲線顯示或打印出來(lái)。由于測(cè)試點(diǎn)熱容量的不同，通過(guò)3個(gè)測(cè)試點(diǎn)所測(cè)的溫度曲線形狀會(huì)略有不同，爐溫設(shè)定是否合理，可根據(jù) 3條曲線預(yù)熱結(jié)束時(shí)的溫度差焊接峰值溫度以及再流時(shí)間來(lái)考慮。 錫膏特性參數(shù)表也是必要的，其包含的信息對(duì)溫度曲線是至關(guān)重要的，如：所希望的溫度曲線持續(xù)時(shí)間、錫膏活性溫度、合金熔點(diǎn)和所希望的回流最高溫度。 開(kāi)始之前，必須理想的溫度曲線有個(gè) 基本的認(rèn)識(shí)。理論上理想的曲線由四個(gè)部分或區(qū)間組成，包括預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)、焊接區(qū)和冷卻區(qū)四個(gè)溫區(qū)。前面三個(gè)溫區(qū)主要是加熱的作用，從預(yù)熱逐漸升溫至焊錫膏融化的溫度，最后一個(gè)區(qū)冷卻，即焊點(diǎn)成形的區(qū)域。爐的溫區(qū)越多，越能使溫度曲線的輪廓達(dá)到更準(zhǔn)確和接近設(shè)定。大多數(shù)錫膏都能用四個(gè)基本溫區(qū) 成功地進(jìn)行回流焊。 預(yù)熱區(qū)，也叫斜坡區(qū)，用來(lái)將 PCB 的溫度從周?chē)h(huán)境溫度提升到所須的活性溫度。在這個(gè)區(qū)，產(chǎn)品的溫度以不超過(guò)每秒 4℃速度連續(xù)上升，溫度升得太快會(huì)引起某些缺陷，如陶瓷電容的細(xì)微裂紋，而溫度上升太慢，錫膏會(huì)感溫過(guò)度，沒(méi)有 足夠的時(shí)間使 PCB 達(dá)到活性溫度。爐的預(yù)熱區(qū)一般占整個(gè)加熱通道長(zhǎng)度的 25～ 33%。 保溫區(qū)，有時(shí)叫做干燥或浸濕區(qū)，這個(gè)區(qū)一般占加熱通道的 33～ 50%，有兩個(gè)功能，第一個(gè)功能是，將 PCB 在相當(dāng)穩(wěn)定的溫度下感溫，允許不同質(zhì)量的元件在溫度上同質(zhì)，減少它們的相當(dāng)溫差。第二個(gè)功能是，允許助焊劑活性化，揮發(fā)性的物質(zhì)從錫膏中揮發(fā)。 一般普遍的活性溫度范圍是 120℃～ 150℃，如果活性區(qū)的溫度設(shè)定太高，助焊劑沒(méi)有足夠的時(shí)間活性化，溫度曲線的斜率是一個(gè)向上遞增的斜率。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(dāng)平穩(wěn)的溫度，這樣使得 PCB 的溫度在活性區(qū)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)是相等的。市面上有的爐子不能維持平坦的活性溫度曲線，選擇能維持平坦的活性溫度曲線的爐子，將提高可焊接性能，使用者有一個(gè)較大的處理窗口。 回流區(qū)，有時(shí)叫做峰值區(qū)或最后升溫區(qū)。這個(gè)區(qū)的作用是將 PCB 裝配的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度?；钚詼囟瓤偸潜群辖鸬娜埸c(diǎn)溫度低一點(diǎn)，而峰值溫度總是在熔北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 點(diǎn)上。典型的峰值溫度范圍是 215℃～ 230℃，這個(gè)區(qū)的溫度