對焊接工藝進行深入研究，並據此開發出合理的焊接溫度曲線是保證SMT產品質量的非常重要的一個環節。下面是小編為大家整理的焊接工藝技術論文，希望你們喜歡。
摘要：隨著SMT工藝技術的發展，對焊接的要求越來越高，這使得迴流焊接尤其是充氮迴流焊接越來越受到人們的重視，很多從事SMT技術的人都把很大的精力投入到迴流焊接的研究上，本文主要從爐溫曲線的設定及焊接缺陷方面對迴流焊接工藝進行較為詳細的介紹。
關鍵詞：SMT工藝技術 迴流焊接 爐溫曲線 焊接缺陷
迴流焊接是SMT特有的工藝環節，焊接質量的優劣不僅影響正常生產，也影響最終產品的質量和可靠性。因此對迴流焊接工藝進行深入研究，並據此開發出合理的焊接溫度曲線是保證SMT產品質量的非常重要的一個環節。迴流焊接不同與一般的金屬焊接，它是一種高效的、自動的焊接方式。焊接操作者只需要事前通過電腦顯示屏設定好各個加熱區的溫度，待焊接的PCB通過迴流焊爐內的軌道在輸送過程中便完成了焊接作業。迴流焊接是SMT工藝中複雜而關鍵的一環，它涉及到自動控制、熱傳遞、材料、流體力學和冶金等多種知識，要想獲得優良的焊接質量，必須深入研究這些方方面面。
1. 迴流焊接裝置簡介
目前應用較廣焊接裝置是全熱風強制對流回流焊爐，它是一種通過對流噴射管嘴或者耐熱風扇來迫使氣流迴圈，待焊接表面通過吸收熱風傳遞的熱量實現焊接。早期的迴流焊加熱主要採用加熱氟油，由氟油蒸汽對待焊接件進行熱量傳遞的加熱方式，所以PCB和元器件內部的溫度接近於給定的加熱溫區內氣體的溫度。由於高溫蒸汽“無孔不入”的'滲透性，故待焊件受熱一致，比較容易實現焊接溫度的均勻性。但由於氟油氣體不符合環保要求，所以逐漸被淘汰。90年代初期先後流行的熱板傳導式、紅外輻射式隧道加熱爐，也由於難於控制，遮蔽效應，受熱不均勻等侷限性難以適應日益發展的SMT小型化、高密度、微間距要求，而只能用於SMT初級產品的生產。在全熱風迴流焊接裝置中，迴圈氣體的對流速度至關重要。為確保迴圈氣體作用於印製板的任一區域，氣流必須具有足夠快的速度。但如果速度過高則易造成PCB的抖動和元器件移位，因此一般將熱風扇馬達的轉速設定為500—1000轉/分。採用此種加熱方式耗電較多，此外如果是氮氣保護的話，還要注意氮氣的外洩。這種方式更適合於免清洗工藝。目前我公司採用的就是這種工藝，沒加氮氣保護效果也比較好。
2. 溫度曲線的設定及分析
溫度曲線是指PCB通過迴流焊爐時，PCB上某一焊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焊點在整個迴流焊過程中的溫度變化情況。這對於獲得最佳的可焊性，避免由於過熱造成元器件損壞，以及保證焊接質量都是非常有用的。
對於Sn/Pb焊膏一個典型的溫度曲線分為預熱區、保溫區、迴流區、冷卻區四個階段，如下圖所示：以下對這四個區進行簡要分析。
預熱區：該區段的作用是把室溫的PCB儘快加熱，以達到第二個設定目標，但升溫速率要控制在適當範圍內，如果過快會產生熱衝擊，PCB和元器件易受損;過慢則助焊劑活性作用影響焊接質量。由於該區加熱速度較快，在溫區的後段元器件間的溫差較大。為防止熱衝擊對元件造成損傷，一般規定最大升溫速率為4度/秒。通常上升速率設定為1—3度/秒。我公司設定的升溫速率控制在1.5—3度/秒。
保溫區：是指溫度從120℃升溫至160℃的區域。該區段的主要目的是使PCB上各元件的溫度趨於均勻，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，並保證錫膏中助焊劑活性成份充分作用溶劑得到充分揮發。到保溫區結束時，焊盤、錫膏球及元件引腳上氧化物應被除去，整個印製板的溫度達到均衡。應注意的PCB上所有元件在這一區段結束時應具有相同的溫度，否則進入到迴流段將會因為各部分溫度不均產生各種不良焊接現象，所以應控制好這一區的時間，經過多次實驗我們設定該區的時間範圍為60—100秒。
迴流區：在這一區域里加熱器的溫度設定得最高，使元件的溫度快速上升至峰值溫度。在迴流段其焊接峰值溫度視所有錫膏的不同而不同，一般推薦為錫膏的熔點溫度加20—40℃。對於熔點為183℃的63Sn/37Pb錫膏，峰值溫度一般為210—230℃，迴流時間不要過長，以防止對PCB造成不良影響。理想的溫度曲線是超過焊錫熔點的“尖端區”覆蓋的體積最小且左右對稱，一般情況下超過200℃的時間範圍為30秒，但這要視具體情況而定，如果有其它如虛焊、冷焊等缺陷時，也可以適當延長。
冷卻區：這一區段熔融狀焊料已充分潤溼被連線表面，應該用盡可能快的速度進行冷卻，有助於得到明亮的焊點並飽滿的外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會導致PAD的更多分解物進入錫中，從而產生灰暗毛糙焊點。在極端的情形下，它能引起沾錫不良和弱焊點結合力。冷卻段降溫速率一般為3—10℃/秒，冷卻至75℃即可，一般情況下都要用離子風扇進行強制冷卻。
3. 回焊爐溫區的設定
目前的回焊爐主要有四溫區、五溫區、八溫區等幾種型別。我公司的回焊爐一臺是五溫區、一臺為八溫區。溫區越多溫度曲線越容易調節，而且調節的也越細膩。但隨著溫區的增多裝置的價格及能耗也會相應的增加，所以現在最多為八溫區的回焊爐。溫度曲線大體有兩種形式，一種是漸升式的，其主要特點是有一個較為平坦的保溫區，這種曲線只有較多溫區的回焊爐才能調出來，這種曲線也是將來的發展趨勢;另一種是三角式的溫度曲線，這種曲線一般是波峰焊或較少溫區的回焊爐所用的，因為這些裝置沒有足夠的溫區可以調出漸升式的曲線。本文僅對漸升式溫度曲線進行分析研究，漸升式溫度曲線回焊爐各溫區的設定如下：
序號 曲線區段 溫度範圍 必要溫區數
1 預熱區 室溫—120℃ 1—2
2 保溫區 120—160℃ 2—3
3 迴流區 183℃以上 2—3
4 冷卻區 160℃ 對於有風、水兩級
4. 溫度曲線的測試
測量回流焊接溫度曲線測試儀(以下簡稱測溫儀)，其主體是扁平金屬盒子，一端插座接著幾個帶有細導線的微型熱電偶探頭。測量時可用高溫焊錫或高溫膠帶等固定在測試點上，開啟測溫儀上開關，測溫儀隨同被測印製板一起進入爐腔，自動按內編時間程式進行取樣記錄。測試記錄完畢，將測試儀與電腦連線將資料下載至電腦並經印表機打印出來。測溫儀作為SMT工藝人員的眼睛與工具，在國內外SMT行業中已相當普遍地使用。在使用測溫儀時，應注意以下幾點： ①測定時，必須使用已完全裝配完畢的成品板，首先對印製板元器件進行熱特性分析，由於印製板受熱效能不同，元器件體積大小及材料差異等原因，各點實際受熱升溫不相同，找出最熱點、最冷點，分別設定熱電偶便可測量出最高溫度與最低溫度。②儘可能多設定熱電偶測試點，以求全面反映印製板各部分真實受熱狀態。③熱電偶探頭用高溫焊錫或膠帶固定在測試位置，否則受一些熱鬆動，偏離預定測試點引起測試誤差。④測試溫度曲線的影響，有負載與空載時的測量結果是不同的，溫度曲線的調整要考慮在空載、負載及不同負載因子情況下能得到良好的重複性。負載因子定義為：LF=L/(L+S);其中L=組裝基板的長度，S=組裝基板的間隔。迴流焊接工藝要得到重複性好的結果，負載因子愈大愈困難。通常最大負載因子的範圍為0.5—0.9。
5. 焊接缺陷的原因分析
短路：錫膏在加熱過程中會產生塌邊，這個情況主要出現在預熱和迴流兩個區段，在預熱區作為錫膏中成分之一的阻焊劑就會降低粘度而流出，同時將錫膏顆粒擠到焊盤外，在熔融時錫膏如不能返回到焊盤內，就會形成錫珠嚴重的會造成短路。元件引腳是否平整良好，電路線路板佈線設計是否規範，錫膏的黏度、錫膏印刷和貼片的精度都是造成短路的原因。
墓碑：片式元件在迴流過程中由於兩端電極受力不均衡而致使一端發生翹立的現象稱為墓碑。產生的原因有兩個：一個是由於置件偏移或chip元件兩端電極大小不對稱而使得元件在迴流過程中兩端受力不均;而另一個原因是由於元件在急熱過程中兩端存在著溫度差，電極兩端一邊的錫膏完全熔融後獲得良好的潤溼，而另一邊的錫膏由於沒有完全熔融而引起潤溼不良，這樣促進了元件的翹立。因此加熱時要使與元件平行方向的加熱形成均衡的溫度分佈，避免有較大溫差的產生。
潤溼不良：潤溼不良是指焊接過程中錫膏與PCB焊盤(銅箔)或元件的電極，經浸潤後不生成相互間的熔合，而發生虛焊的現象。其中原因大多是焊盤表面受到汙染或沾上阻焊劑，或是被接合物表面生成金屬化合物層而引起的。錫膏的吸溼作用使活化程度降低，也會發生潤溼不良。因此焊盤表面和元件表面都要做好防汙措施，選擇合適的錫膏，並設定合理的焊接溫度曲線。
[ 參考文獻 ]
[1] 蔡海濤;李威;王浩;;迴流焊接溫度曲線控制研究[J];微處理機;2008年05期
[2] 彭勇;;再流焊接的溫度控制[J];熱加工工藝;2009年15期
[3] 鮮飛焊接常見缺陷及解決辦法[J].印製電路資訊，2004.(05)
[4] 彌銳;;SMT焊接工藝過程控制探討[J];山西冶金;2012年04期