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回流焊原理及温度曲线

分类: SMT封装来源:网络作者:网络发布时间:2019-03-08关键字:回流焊  原理  温度曲线
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要想提高回流焊接质量必须要了解回流焊的原理,回流焊的质量很大的原因与回流焊温度曲线有关。

  要想提高回流焊接质量必须要了解回流焊的原理,回流焊的质量很大的原因与回流焊温度曲线有关。

  一、回流焊原理讲解

  回流焊是英文Reflow是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料,实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘间机械与电气连接的软钎焊。回流焊是将元器件焊接到PCB板材上,回流焊是对表面帖装器件的。回流焊是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂在定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接;所以叫"回流焊"是因为气体在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的。

  A.当PCB进入升温区时,焊膏中的溶剂、气体蒸发掉,同时,焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚,焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘,将焊盘、元器件引脚与氧气隔离。

  B.PCB进入保温区时,使PCB和元器件得到充分的预热,以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB元器件。

  C.当PCB进入焊接区时,温度迅速上升使焊膏达到熔化状态,液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点。

  D.PCB进入冷却区,使焊点凝固此;时完成了回流焊。

  二、回流焊温度曲线讲解

  回流焊温度曲线是指SMA通过回炉时,SMA上某点的温度随时间变化的曲线。温度曲线提供了种直观的方法,来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得佳的可焊性,避免由于超温而对元件造成损坏,以及保证焊接质量都非常有用。

回流焊温度曲线

  1、回流焊温度曲线设置依据

  a、根据使用焊锡膏的温度曲线进行设置。不同金属含量的焊锡膏有不同的温度曲线,应按照焊锡膏生产厂商提供的温度曲线进行设置具体产品的回流焊温度曲线;

  b、根据PCB的材料、厚度、是否多层板、尺寸大小等;

  c、根据表面组装板搭载元器件的密度、元器件的大小以及有BGA、CSP等特殊元器件进行设置。

  d、根据设备的具体情况,例如:加热区的长度、加热源的材料、回(再)流焊炉的构造和热传导方式等因素进行设置。

  2、回流焊温度曲线的设置

  a、回流焊预热阶段温度曲线的设置:

  预热是指为了使锡水活性化为目的和为了避免浸锡时进行急剧高温加热引起部品不具合为目的所进行的加热行为。 预热温度:依使用锡膏的种类及厂商推荐的条件设定。般设定在80~160℃范围内使其慢慢升温(佳曲线);而对于传统曲线恒温区在140~160℃间,注意温度高则氧化速度会加快很多(在高温区会线性增大,在150℃左右的预热温度下,氧化速度是常温下的数倍,铜板温度与氧化速度的关系见附图)预热温度太低则助焊剂活性化不充分。 ?预热时间视PCB板上热容量大的部品、PCB面积、PCB厚度以及所用锡膏性能而定。般在80~160℃预热段内时间为60~120sec,由此有效除去焊膏中易挥发的溶剂,减少对元件的热冲击,同时使助焊剂充分活化,并且使温度差变得较小。 ?预热段温度上升率:就加热阶段而言,温度范围在室温与溶点温度间慢的上升率可望减少大部分的缺陷。对佳曲线而言推荐以0.5~1℃/sec的慢上升率,对传统曲线而言要求在3~4℃/sec以下进行升温较好。

  b、回流焊在恒温阶段的温度曲线设置

  回流焊的恒温阶段是指温度从120度~150度升焊膏熔点的区域。保温段的主要目的是使SMA内各元件的温度趋於稳定,尽量减少温差。在这个区域裏给予足够的时间使较大元件的温度赶上较小元件,并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到保温段结束,焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去,整个电路板的温度达到平衡。应注意的是SMA上所有元件在这段结束时应具有相同的温度,否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。

  c、回流焊在回流阶段的温度曲线设置:

  回流曲线的峰值温度通常是由焊锡的熔点温度、组装基板和元件的耐热温度决定的。般小峰值温度大

  约在焊锡熔点以上30℃左右(对于目前Sn63 - pb焊锡,183℃熔融点,则低峰值温度约210℃左右)。峰值温度过低就易产生冷接点及润湿不够,熔融不足而致生半田, 般高温度约235℃,过高则环氧树脂基板和塑胶部分焦化和脱层易发生,再者超额的共界金属化合物将形成,并导致脆的焊接点(焊接强度影响)。超过焊锡溶点以上的时间:由于共界金属化合物形成率、焊锡内盐基金属的分解率等因素,其产生及滤出不仅与温度成正比,且与超过焊锡溶点温度以上的时间成正比,为减少共界金属化合物的产生及滤出则超过熔点温度以上的时间必须减少,般设定在45~90秒间,此时间限制需要使用个快速温升率,从熔点温度快速上升到峰值温度,同时考虑元件承受热应力因素,上升率须介于2.5~3.5℃/see间,且大改变率不可超过4℃/sec。

  d、回流焊在冷却阶段的温度曲线设置:

  高于焊锡熔点温度以上的慢冷却率将导致过量共界金属化合物产生,以及在焊接点处易发生大的晶粒结构,使焊接点强度变低,此现象般发生在熔点温度和低于熔点温度点的温度范围内。快速冷却将导致元件和基板间太高的温度梯度,产生热膨胀的不匹配,导致焊接点与焊盘的分裂及基板的变形,般情况下可容许的大冷却率是由元件对热冲击的容忍度决定的。综合以上因素,冷却区降温速率般在4℃/S左右,冷却75℃即可。

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