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回流焊机技术

什么是SMT热风回流焊制程工艺?

  • 更新时间2015-04-12 23:51:56
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详细描述

          回流焊机主要表现在回流焊工艺的设定与测试,来确认其性能,深圳市和西电子设备有限公司SMT老李分享:那什么是回流焊机?什么热风回流焊制程工艺呢?回流焊工艺又分多少种?

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1、回流焊机的种类 :热风回流焊机、红外线回流焊机、红外线与热风组合回流焊机、气相焊回流焊机、热型芯板回流焊机等。
       回流焊机是SMT流程中非常关键的一环,其作用是将焊膏融化,使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起,如不能较好地对其进行控制,将对所生产产品的可靠性及使用寿命产生灾难性影响。回流焊的方式有很多,较早前比较流行的方式有红外式及气相式,现在较多厂商采用的是热风式回流焊,还有部分先进的或特定场合使用的再流方式,如:热型芯板、白光聚焦、垂直烘炉等。和西SMT老李将对现在比较流行的热风式回流焊作简单的介绍。 
     2、热风式回流焊机
      现在所使用的大多数新式的回流焊接炉,叫做强制对流式热风回流焊炉。它通过内部的风扇,将热空气吹到装配板上或周围。这种炉的一个优点是可以对装配板逐渐地和一致地提供热量,不管零件的颜色和质地。虽然,由于不同的厚度和元件密度,热量的吸收可能不同,但强制对流式炉逐渐地供热,同一PCB上的温差没有太大的差别。另外,这种炉可以严格地控制给定温度曲线的最高温度和温度速率,其提供了更好的区到区的稳定性,和一个更受控的回流过程。 
   
  3、回流焊机温区分布及各温区功能 
        热风回流焊机过程中,焊膏需经过以下几个阶段,溶剂挥发;助焊剂清除焊件表面的氧化物;焊膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。一个典型的温度曲线(Profile:指通过回焊炉时,PCB上某一焊点的温度随时间变化的曲线)分为预热区、保温区、回流区及冷却区。
    ①回流焊机预热区:预热区的目的是使PCB和元器件预热,达到平衡,同时除去焊膏中的水份、溶剂,以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。升温速率要控制在适当范围内(过快会产生热冲击,如:引起多层陶瓷电容器开裂、造成焊料飞溅,使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点;过慢则助焊剂Flux活性作用),一般规定最大升温速率为4℃/sec,上升速率设定为1-3℃/sec,ECS的标准为低于3℃/sec。 
   ②回流焊机保温区:指从120℃升温至160℃的区域。主要目的是使PCB上各元件的温度趋于均匀,尽量减少温差,保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥,到保温区结束时,焊盘、锡膏球及元件引脚上的氧化物应被除去,整个电路板的温度达到均衡。过程时间约60-120秒,根据焊料的性质有所差异。ECS的标准为:140-170℃,MAX120sec; 
     ③回流焊机回流区:这一区域里的加热器的温度设置得最高,焊接峰值温度视所用锡膏的不同而不同,一般 推荐为锡膏的熔点温度加20-40℃。此时焊膏中的焊料开始熔化,再次呈流动状态,替代液态焊剂润湿焊盘和元器件。有时也将该区域分为两个区,即熔融区和再流区。理想的温度曲线是超过焊锡熔点的“尖端区”覆盖的面积最小且左右对称,一般情况下超过200℃的时间范围为30-40sec。ECS的标准为Peak Temp.:210-220℃,超过200℃的时间范围:40±3sec; 
    ④冷却区:用尽可能快的速度进行冷却,将有助于得到明亮的焊点并饱满的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致PAD的更多分解物进入锡中,产生灰暗毛糙的焊点,甚至引起沾锡不良和弱焊点结合力。降温速率一般为-4℃/sec以内,冷却至75℃左右即可,一般情况下都要用离子风扇进行强制冷却。
     4、影响回流焊机焊接性能的各种因素  
      4.1.工艺因素 
     焊接前处理方式,处理的类型,方法,厚度,层数。处理后到焊接的时间内是否加热,剪切或经过其他的加工方式。 
     4.2.焊接工艺的设计 
      焊区:指尺寸,间隙,焊点间隙导带(布线):形状,导热性,热容量被焊接物:指焊接方向,位置,压力,粘合状态等           
      4.3.焊接条件 
      指焊接温度与时间,预热条件,加热,冷却速度焊接加热的方式,热源的载体的形式(波长,导热速度等)  
      4.4.焊接材料 
      焊剂:成分,浓度,活性度,熔点,沸点等 ;     焊料:成分,组织,不纯物含量,熔点等 母材:母材的组成,组织,导热性能等 焊膏的粘度,比重,触变性能 基板的材料,种类,包层金属等.
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       5, 回流焊机接缺陷分析 
       问题、原因 、对 策 
1.吹孔(BLOWHOLES) 焊中(SOLDER JOINT)所出现的孔洞,大者称为吹孔,小者叫做针孔,皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致。
 调整预热温度,以赶走过多的溶剂。  调整锡膏粘度。提高锡膏中金属含量百分比 
2.空洞(VOIDS)是指焊点中的气体在硬化前未及时逸出所致,将使得焊点的强度不足,将衍生而致破裂。 
3.零件移位及偏斜    MOVEMENT AND MISALIGNNENT  造成零件焊后移位的原因可能有:锡膏印不准、厚度不均、 零件放置不当、热传不均、焊垫或接脚之焊锡性不良,助焊剂活性不足,焊垫比接脚大的太多等,情况较严重时甚至会形成碑立。(TOMBSTONING 或 MAMBATHAN EFFECT,或 DRAWBRIGING),尤以质轻的小零件为甚。
 调整预热使尽量赶走锡膏中的气体。  增加锡膏的粘度。 
 增加锡膏中金属含量百分比改进零件的精
准度。 
 改进零件放置的精准度。  调整预热及熔焊的参数。 
 改进零件或板子的焊锡性。  增强锡膏中助焊剂的活性。 
 改进零件及与焊垫之间的尺寸比例。  不可使焊垫太大。 
4.缩锡(DEWETTING)零件脚或焊垫的焊锡性不佳 
 改进电路板及零件之焊锡性。 
 增强锡膏中助焊剂之活性。         
5.焊点灰暗(DULL  JINT)可能有金属杂质污染或给锡成份不在共熔点,或冷却太慢,使得表面不亮。  防止焊后装配板在冷却中发生震动。  焊后加速板子的冷却率。
 6.不沾锡(NON-WETTING)接脚或焊垫之焊锡性太差,或助焊剂活性不足,或热量不足所致。    
 提高熔焊温度。 
 改进零件及板子的焊锡性。
 增加助焊剂的活性。 
 7.焊后断开(OPEN)常发生于J 型接脚与焊垫之间,其主要原因是各脚的共面性不好,以及接脚与焊垫之间的热容量相差太多所致(焊垫比接脚不容易加热及蓄热)。  
 改进零件脚之共面性 
 增加印膏厚度,以克服共面性之少许误差。  调整预热,以改善接脚与焊垫之间的热差。  增加锡膏中助焊剂之活性。 
 减少焊热面积,接近与接脚在受热上的差距。 
 调整熔焊方法。 
 改变合金成份(比如将63/37改成10/90,令其熔融延后,使焊垫也能及时达到所需的热量)。  
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