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。一般设定在80~160℃范围内使其慢慢升温(最佳曲线)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板上热容量最大的部品、PCB面积、PCB厚度以及所用锡膏性能而定。一般在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之间慢的上升率可望减少大部分的缺陷。对最佳曲线而言推荐以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。
第二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度升至焊膏熔点的区域。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_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上所有元件在这一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
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。一般最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,则最低峰值温度约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, 一般最高温度约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,一般设定在45~90秒之间,此时间限制需要使用一个快速温升率,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之间,且最大改变率不可超过4℃/sec。
第四、回流焊在冷却阶段的温度曲线设置:
回流炉实际温区和设定温区温度相差20℃。
回流炉是SMT最后一个关键工序,是一个实时过程控制,其过程变化比较复杂,涉及许多工艺参数,其中温度曲线的设置最为重要,直接决定回流焊接质量。
锡膏开始融化并呈流动状态,一般要超过设定温度20℃才能保证焊接质量。为了保证呈流动状态的焊料可润湿整个焊盘以及元器件的引出端,要求焊料呈熔融状态的时间为40~90秒,这也是决定是否产生虚焊和假焊的重要因素。
性质:
回流炉工艺是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料,实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。
回流炉是SMT(表面贴装技术)最后一个关键工序,是一个实时过程控制,其过程变化比较复杂,涉及许多工艺参数,其中温度曲线的设置最为重要,直接决定回流焊接质量。
首先我们要了解回流焊的几个关键的地方及温度的分区情况及回流焊的种类.
影响炉温的关键地方是:
1:各温区的温度设定数值
2:各加热马达的温差
3:链条及网带的速度
4:锡膏的成份
5:PCB板的厚度及元件的大小和密度
6:加热区的数量及回流焊的长度
7:加热区的有效长度及泠却的特点等
回流焊的分区情况:
1:预热区(又名:升温区)
2:恒温区(保温区/活性区)
3:回流区
4 :泠却区
那么,如何正确的设定回流焊的温度曲线
下面我们以有铅锡膏来做一个简单的分析(Sn/pb)
一:预热区
预热区通常指由室温升至150度左右的区域,在这个区域,SMA平稳升温,在预热区锡膏的部分溶剂能够及时的发挥。元件特别是集成电路缓慢升温。以适应以后的高温,但是由于SMA表面元件大小不一。其温度有不均匀的现象。在些温区升温的速度应控制在1-3度/S 如果升温太快的话,由于热应力的影响会导致陶瓷电容破裂/PCB变形/IC芯片损坏 同时锡膏中的溶剂挥发太快,导致锡珠的产生,回流焊的预热区一般占加热信道长度的1/4—1/3 时间一般为60—120S
二:恒温区
所谓恒温意思就是要相对保持平衡。在恒温区温度通常控制在150-170度的区域,此时锡膏处于融化前夕,锡膏中的挥发进一步被去除,活化剂开始激活,并有效的去除表面的氧化物,SMA表面温度受到热风对流的影响。不同大小/不同元件的温度能够保持平衡。板面的温差也接近*小数值,曲线状态接近水平,它也是评估回流焊工艺的一个窗口。选择能够维持平坦活性温度曲线的炉子将提高SMA的焊接效果。特别是防止立碑缺陷的产生。通常恒温区的在炉子的加热信道占60—120/S的时间,若时间太长也会导致锡膏氧化问题。导致锡珠增多,恒温渠温度过低时此时容易引起锡膏中溶剂得不到充分的挥发,当到回流区时锡膏中的溶剂受到高温容易引起激烈的挥发,其结果会导致飞珠的形成。恒温区的梯度过大。这意味着PCB的板面温度差过大,特别是靠近大元件四周的电阻/电容及电感两端受热不平衡,锡膏融化时有一个延迟故引起立碑缺陷。
三:回流区
回流区的温度*高,SMA进入该区域后迅速升温,并超出熔点30—40度,即板面温度瞬间达到215-225度,(此温度又称之为峰值温度)时间约为5—10/S 在回流区焊膏很快融化,并迅速湿润焊盘,随着温度的进一步提高,焊料表面张力降低。焊料爬至元件引脚的一定高度。形成一个(弯月面)从微观上看:此时焊料中的锡与焊盘上的铜或金属由于扩散作用而形成金属间的化合物,SMA在回流区停留时间过长或温度过高会造成PCB板面发黄/起泡/元件的损坏/如果温度设定正确:PCB的色质保持原貌。焊点光亮。在回流区,锡膏融化后产生的表面张力能适应的校正由贴片过程中引起的元件引脚偏移。但也会由于焊盘设计不正确引起多种焊接缺陷,回流区的升温率应该控制在2。5度---3度/S 一般应该在25-30/S内达到峰值。温度过低。焊料虽然融化,但流动性差,焊料不能充分的湿润,故造成假焊及泠焊
四:泠却区
SMA运行到泠却区后,焊点迅速降温。焊料凝固。焊点迅速泠却。表面连续呈弯月形 通常泠却的方法是在回流焊出口处安装风扇。强制泠却。并采用水泠或风泠,理想的泠却温度曲线同回流区升温曲线呈镜像关系(对称分布)
无铅温度分析:
无铅锡膏的熔点是217度,常见的无铅锡膏的成份为:Sn/Ag/Gu 其比率是:96.5/3.0/0.5 如图(一)所示:
预热区
预热区升温到175度,时间为100S左右,由此可得预热区的升温率(由于本测试仪是采用在线测试,所以从0—46S这段时间还没有进入预热区,时间146-46=100S,由于室温为26度 175-26=149度 升温率为;149度/100S=1.49度/S)
恒温区
恒温区的*高温度是200度左右,时间为80S,*高温度和*低温度差25度
回流区
回流区的*高温度是245度,*低温度为200度,达到峰值的时间大概是35/S左右
回流区的升温率为:45度/35S=1.3度/S 按照(如何正确的设定温度曲线)可知:此温度曲线达到峰值的时间太长。整个回流的时间大概是60S
泠却区
泠却区的时间为100S左右,温度由245度降到45度左右,泠却的速度为:245度—45度=200度/100S=2度/S
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