1、什么是回流焊

回流焊是英文Reflow是通過(guò)重新熔化預先分配到印制板焊盤(pán)上的膏裝軟釬焊料，實(shí)現表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤(pán)之間機械與電氣連接的軟釬焊?；亓骱甘菍⒃骷附拥絇CB板材上，回流焊是對表面帖裝器件的?；亓骱甘强繜釟饬鲗更c(diǎn)的作用,膠狀的焊劑在一定的高溫氣流下進(jìn)行物理反應達到SMD的焊接；之所以叫"回流焊"是因為氣體在焊機內循環(huán)流動(dòng)產(chǎn)生高溫達到焊接目的?；亓骱冈矸譃閹讉€(gè)描述：

A.當PCB進(jìn)入升溫區時(shí)，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時(shí)，焊膏中的助焊劑潤濕焊盤(pán)、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤(pán)，將焊盤(pán)、元器件引腳與氧氣隔離。B.PCB進(jìn)入保溫區時(shí)，使PCB和元器件得到充分的預熱，以防PCB突然進(jìn)入焊接高溫區而損壞PCB和元器件。C.當PCB進(jìn)入焊接區時(shí)，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(pán)、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(diǎn)。D.PCB進(jìn)入冷卻區，使焊點(diǎn)凝固此；時(shí)完成了回流焊。雙軌回流焊的工作原理雙軌回流焊爐通過(guò)同時(shí)平行處理兩個(gè)電路板，可使單個(gè)雙軌爐的產(chǎn)能提高兩倍。目前, 電路板制造商僅 限于在每個(gè)軌道中處理相同或重量相似的電路板。而現在, 擁有獨立軌道速度的雙軌雙速回流焊爐使同時(shí)處理兩塊差異更大的電路板成為現實(shí)。首先，我們要了解影響熱能從回流爐加熱器向電路板傳遞的主要因素。在通常情況下，如圖所示，回流焊爐的風(fēng)扇推動(dòng)氣體（空氣或氮氣）經(jīng)過(guò)加熱 線(xiàn)圈，氣體被加熱后，通過(guò)孔板內的一系列孔口傳遞到產(chǎn)品上。

可用如下方程來(lái)描述熱能從氣流傳遞到電路板的過(guò)程，q = 傳遞到電路板上的熱能; a = 電路板和組件的對流熱傳遞系數; t = 電路板的加熱時(shí)間; A = 傳熱表面積 ; ΔT = 對流氣體和電路板之間的溫度差 我們將電路板相關(guān)參數移到公式的一側，并將回流焊爐參數移到另一側，可得到如下公式：q = a | t | A | | T雙軌回流焊PCB已經(jīng)相當普及，并在逐漸變得復那時(shí)起來(lái)，它得以如此普及，主要原因是它給設計者提供了極為良好的彈性空間，從而設計出更為小巧，緊湊的低成本的產(chǎn)品。到今天為止，雙軌回流焊板一般都有通過(guò)回流焊接上面（元件面），然后通過(guò)波峰焊來(lái)焊接下面（引腳面）。目前的一個(gè)趨勢傾向于雙軌回流焊回流焊，但是這個(gè)工藝制程仍存在一些問(wèn)題。大板的底部元件可能會(huì )在第 二次回流焊過(guò)程中掉落，或者底部焊接點(diǎn)的部分熔融而造成焊點(diǎn)的可靠性問(wèn)題。

2、回流焊流程介紹

回流焊加工的為表面貼裝的板，其流程比較復雜，可分為兩種：?jiǎn)蚊尜N裝、雙面貼裝。A，單面貼裝：預涂錫膏 → 貼片（分為手工貼裝和機器自動(dòng)貼裝） → 回流焊 → 檢查及電測試。B，雙面貼裝：A面預涂錫膏 → 貼片（分為手工貼裝和機器自動(dòng)貼裝） → 回流焊 →B面預涂錫膏 →貼片（分為手工貼裝和機器自動(dòng)貼裝）→ 回流焊 → 檢查及電測試?；亓骱傅膠ui簡(jiǎn)單的流程是"絲印焊膏--貼片--回流焊，其核心是絲印的準確，對貼片是由機器的PPM來(lái)定良率，回流焊是要控制溫度上升和zui高溫度及下降溫度曲線(xiàn)。

回流焊工藝要求

回流焊技術(shù)在電子制造領(lǐng)域并不陌生，我們電腦內使用的各種板卡上的元件都是通過(guò)這種工藝焊接到線(xiàn)路板上的。這種工藝的優(yōu)勢是溫度易于控制，焊接過(guò)程中還能避免氧化，制造成本也更容易控制。這種設備的內部有一個(gè)加熱電路，將氮氣加熱到足夠高的溫度后吹向已經(jīng)貼好元件的線(xiàn)路板，讓元件兩側的焊料融化后與主板粘結。

1、要設置合理的再流焊溫度曲線(xiàn)并定期做溫度曲線(xiàn)的實(shí)時(shí)測試。

2、要按照PCB設計時(shí)的焊接方向進(jìn)行焊接。

3、焊接過(guò)程中嚴防傳送帶震動(dòng)。

4、必須對首塊印制板的焊接效果進(jìn)行檢查。

5、焊接是否充分、焊點(diǎn)表面是否光滑、焊點(diǎn)形狀是否呈半月?tīng)?、錫球和殘留物的情況、連焊和虛焊的情況。還要檢查PCB表面顏色變化等情況。并根據檢查結果調整溫度曲線(xiàn)。在整批生產(chǎn)過(guò)程中要定時(shí)檢查焊接質(zhì)量。

影響工藝的因素：

1、通常PLCC、QFP與一個(gè)分立片狀元件相比熱容量要大，焊接大面積元件就比小元件更困難些。

2、在回流焊爐中傳送帶在周而復使傳送產(chǎn)品進(jìn)行回流焊的同時(shí)，也成為一個(gè)散熱系統，此外在加熱部分的邊緣與中心散熱條件不同，邊緣一般溫度偏低，爐內除各溫區溫度要求不同外，同一載面的溫度也差異。

3、產(chǎn)品裝載量不同的影響?；亓骱傅臏囟惹€(xiàn)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復性。負載因子定義為：LF=L/(L+S);其中L=組裝基板的長(cháng)度，S=組裝基板的間隔?；亓骱腹に囈玫街貜托院玫慕Y果，負載因子愈大愈困難。通?；亓骱笭t的zui大負載因子的范圍為0.5~0.9。這要根據產(chǎn)品情況（元件焊接密度、不同基板）和再流爐的不同型號來(lái)決定。要得到良好的焊接效果和重復性，實(shí)踐經(jīng)驗很重要的?；亓骱甘荢MT工藝的核心技術(shù)，PCB上所有的電子元器件通過(guò)整體加熱一次性焊接完成，電子廠(chǎng)SMT生產(chǎn)線(xiàn)的質(zhì)量控制占絕 對分量的工作zui后都是為了獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量。設定好溫度曲線(xiàn)，就管好了爐子，這是所有PE都知道的事。很多文獻與資料都提到回流焊溫度曲線(xiàn)的設置。對于一款新產(chǎn)品、新?tīng)t子、新錫膏，如何快速設定回流焊溫度曲線(xiàn)？這需要我們對溫度曲線(xiàn)的概念和錫膏焊接原理有基本的認識。本文以zui常用的無(wú)鉛錫膏Sn96.5Ag3.0Cu0.5錫銀銅合金為例，介紹理想的回流焊溫度曲線(xiàn)設定方案和分析其原理。如圖一 ：

圖一所示為典型的SAC305合金無(wú)鉛錫膏回流焊溫度曲線(xiàn)圖。圖中黃、橙、綠、紫、藍和黑6條曲線(xiàn)即為溫度曲線(xiàn)。構成曲線(xiàn)的每一個(gè)點(diǎn)代表了對應PCB上測溫點(diǎn)在過(guò)爐時(shí)相應時(shí)間測得的溫度。隨著(zhù)時(shí)間連續的記錄即時(shí)溫度，把這些點(diǎn)連接起來(lái)，就得到了連續變化的曲線(xiàn)。也可以看做PCB上測試點(diǎn)的溫度在爐子內隨著(zhù)時(shí)間變化的過(guò)程。那么，我們把這個(gè)曲線(xiàn)分成4個(gè)區域，就得到了PCB在通過(guò)回流焊時(shí)某一個(gè)區域所經(jīng)歷的時(shí)間。在這里，我們還要闡明另一個(gè)概念“斜率①”。用PCB通過(guò)回流焊某個(gè)區域的時(shí)間除以這個(gè)時(shí)間段內溫度變化的絕 對值，所得到的值即為“斜率”。引入斜率的概念是為了表示PCB受熱后升溫的速率，它是溫度曲線(xiàn)中重要的工藝參數。圖中A、B、C、D四個(gè)區段，分別為定義為A：升溫區 ，B：預熱恒溫區（保溫區或活化區），C：回流焊接區（焊接區或Reflow區），D：冷卻區。

繼續深入解析個(gè)區段的設置與意義：

一．升溫區A

PCB進(jìn)入回流焊鏈條或網(wǎng)帶，從室溫開(kāi)始受熱到150℃的區域叫做升溫區。升溫區的時(shí)間設置在60-90秒，斜率控制在2-4之間。此區域內PCB板上的元器件溫度相對較快的線(xiàn)性上升，錫膏中的低沸點(diǎn)溶劑開(kāi)始部分揮發(fā)。若斜率太大，升溫速率過(guò)快，錫膏勢必由于低沸點(diǎn)溶劑的快速揮發(fā)或者水氣迅速沸騰而發(fā)生飛濺，從而在爐后發(fā)生“錫珠”缺陷。過(guò)大的斜率也會(huì )由于熱應力的原因造成例如陶瓷電容微裂、PCB板變形曲翹、BGA內部損壞等機械損傷。升溫過(guò)快的另一個(gè)不 良后果就是錫膏無(wú)法承受較大的熱沖擊而發(fā)生坍塌，這是造成“短路”的原因之一。長(cháng)期對制造廠(chǎng)的服務(wù)跟蹤，很多廠(chǎng)商的SMT線(xiàn)該區域的斜率實(shí)際控制在1.5-2.5之間能得到滿(mǎn)意的效果。由于各個(gè)板載貼裝的元器件尺寸、質(zhì)量不一，在升溫區結束時(shí)，大小元器件之間的溫度差異相對較大。

二．預熱恒溫區B

此區域在很多文獻和供應商資料中也稱(chēng)為保溫區、活化區。該區域PCB表面溫度由150℃平緩上升至200℃，時(shí)間窗口在60-120秒之間。PCB板上各個(gè)部分緩緩受到熱風(fēng)加熱，溫度隨時(shí)間緩慢上升。斜率在0.3-0.8之間。此時(shí)錫膏中的有機溶劑繼續揮發(fā)?；钚晕镔|(zhì)被溫度激活開(kāi)始發(fā)揮作用，清 除焊盤(pán)表面、零件腳和錫粉合金粉末中的氧化物。恒溫區被設計成平緩升溫的目的是為了兼顧PCB上貼裝的大小不一的元器件能均勻升溫。讓不同尺寸和材料的元器件之間的溫度差逐漸減小，在錫膏熔融之前達到zui小的溫差，為在下一個(gè)溫度分區內熔融焊接做好準備。這是防止“墓碑”缺陷的重要方法。眾多無(wú)鉛錫膏廠(chǎng)商的SAC305合金錫膏配方里活性劑的活化溫度大都在150-200℃之間，這也是本溫度曲線(xiàn)在這個(gè)溫度區間內預熱的原因之一。

需要注意的是：

1、預熱時(shí)間過(guò)短?；钚詣叟c氧化物反應時(shí)間不夠，被焊物表面的氧化物未能有效清 除。錫膏中的水氣未能完全緩慢蒸發(fā)、低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)量不足，這將導致焊接時(shí)溶劑猛烈沸騰而發(fā)生飛濺產(chǎn)生“錫珠”。潤濕不足，可能會(huì )產(chǎn)生浸潤不足的“少錫”“虛焊”、“空焊”、“漏銅”的不 良。

2、預熱時(shí)間過(guò)長(cháng)?；钚詣┫倪^(guò)度，在下一個(gè)溫度區域焊接區熔融時(shí)沒(méi)有足夠的活性劑即時(shí)清 除與隔離高溫產(chǎn)生的氧化物和助焊劑高溫碳化的殘留物。這種情況在爐后的也會(huì )表現出“虛焊”、“殘留物發(fā)黑”、“焊點(diǎn)灰暗”等不 良現象。

三．回流焊接區C

回流區又叫焊接區或Refelow區。SAC305合金的熔點(diǎn)在217℃-218℃之間④，所以本區域為＞217℃的時(shí)間，峰值溫度＜245℃，時(shí)間30-70秒。形成優(yōu) 質(zhì)焊點(diǎn)的溫度一般在焊料熔點(diǎn)之上15-30℃左右，所以回流區zui低峰值溫度應該設置在230℃以上?？紤]到Sn96.5Ag3.0Cu0.5無(wú)鉛錫膏的熔點(diǎn)已經(jīng)在217℃以上，為照顧到PCB和元器件不受高溫損壞，峰值溫度zui高應控制在250℃以下，筆者所見(jiàn)大部分工廠(chǎng)實(shí)際峰值溫度zui高在245℃以下。預熱區結束后，PCB板上溫度以相對較快的速率上升到錫粉合金液相線(xiàn)，此時(shí)焊料開(kāi)始熔融，繼續線(xiàn)性升溫到峰值溫度后保持一段時(shí)間后開(kāi)始下降到固相線(xiàn)。此時(shí)錫膏中的各種組分全 面發(fā)揮作用：松香或樹(shù)脂軟化并在焊料周?chē)纬梢粚颖Ｗo膜與氧氣隔絕。表面活性劑被激活用于降低焊料和被焊面之間的表面張力，增強液態(tài)焊料的潤濕力?；钚詣├^續與氧化物反應，不斷清 除高溫產(chǎn)生的氧化物與被碳化物并提供部分流動(dòng)性，直到反應完全結束。部分添加劑在高溫下分解并揮發(fā)不留下殘留物。高沸點(diǎn)溶劑隨著(zhù)時(shí)間不斷揮發(fā)，并在回焊結束時(shí)完全揮發(fā)。穩定劑均勻分布于金屬中和焊點(diǎn)表面保護焊點(diǎn)不受氧化。焊料粉末從固態(tài)轉換為液態(tài)，并隨著(zhù)焊劑潤濕擴展。少量不同的金屬發(fā)生化學(xué)反應生產(chǎn)金屬間化合物，如典型的錫銀銅合金會(huì )有Ag3Sn、Cu6Sn5生成?；睾竻^是溫度曲線(xiàn)中zui核心的區段。峰值溫度過(guò)低、時(shí)間過(guò)短，液態(tài)焊料沒(méi)有足夠的時(shí)間流動(dòng)潤濕，造成“冷焊”、“虛焊”、“浸潤不 良（漏銅）”、“焊點(diǎn)不光亮”和“殘留物多”等缺陷；峰值溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(cháng)，造成“PCB板變形”、“元器件熱損壞”、“殘留物發(fā)黑”等等缺陷。它需要在峰值溫度、PCB板和元器件能承受的溫度上限與時(shí)間、形成zui佳焊接效果的熔融時(shí)間之間尋求平衡，以期獲得理想的焊點(diǎn)。

四．冷卻區D

焊點(diǎn)溫度從液相線(xiàn)開(kāi)始向下降低的區段稱(chēng)為冷卻區。通常SAC305合金錫膏的冷卻區一般認為是217℃-170℃之間的時(shí)間段（也有的文獻提出zui低到150℃）。由于液態(tài)焊料降溫到液相線(xiàn)以下后就形成固態(tài)焊點(diǎn)，形成焊點(diǎn)后的質(zhì)量短期內肉眼無(wú)法判斷，所以很多工廠(chǎng)往往不是很重視冷卻區的設定。然而焊點(diǎn)的冷卻速率關(guān)乎焊點(diǎn)的長(cháng)期可靠性，不能不認真對待。冷卻區的管控要點(diǎn)主要是冷卻速率。經(jīng)過(guò)很多焊錫實(shí)驗室研究得出的結論：快速降溫有利于得到穩定可靠的焊點(diǎn)。通常人們的直覺(jué)認為應該緩慢降溫，以抵消各元器件和焊點(diǎn)的熱沖擊。然而，回流焊錫膏釬焊慢速冷卻會(huì )形成更多粗大的晶粒，在焊點(diǎn)界面層和內部生較大Ag3Sn、Cu6Sn5等金屬間化合物顆粒。降低焊點(diǎn)機械強度和熱循環(huán)壽命，并且有可能造成焊點(diǎn)灰暗光澤度低甚至無(wú)光澤?？焖俚睦鋮s能形成平滑均勻而薄的金屬間化物，形成細小富錫枝狀晶和錫基體中彌散的細小晶粒，使焊點(diǎn)力學(xué)性能和可靠性得到明顯的提升與改善。生產(chǎn)應用中，并不是冷卻速率越大越好。要結合回流焊設備的冷卻能力、板子、元器件和焊點(diǎn)能承受的熱沖擊來(lái)考量。應該在保證焊點(diǎn)質(zhì)量時(shí)不損害板子和元器件之間尋求平衡。zui小冷卻速率應該在2.5℃以上，zui佳冷卻速率在3℃以上?？紤]到元器件和PCB能承受的熱沖擊，zui大冷卻速率應該控制在6-10℃。工廠(chǎng)在選擇設備時(shí)，zui好選擇帶水冷功能的回流焊而獲得較強的冷卻能力儲備。