SMT 加工工艺中回流焊的作用
回流焊(Reflow soldering/oven)是SMT行业内使用最广泛的一种表面元器件焊接方式,另一种焊接方式是波峰焊(Wave soldering).回流焊适用于贴片元器件,而波峰焊适用于插脚电子元器件。下次我会专门讲一讲两者的区别。
回流焊 波峰焊
回流焊也成为再流焊工艺,它的原理是通过在PCB焊盘印刷或者注射适量锡膏(Solder paste)并贴装对应的SMT贴片加工元件,然后利用回流炉的热风对流加热作用是锡膏融化成型,最后通过冷却形成可靠焊点,连接元件与PCB 焊盘,起到机械连接和电气连接的作用。回流焊接工艺比较复杂,涉及的知识面比较广,属于多门学科交叉的一门新技术,一般来说,回流焊分为:预热,恒温,回流,冷却这四个阶段。
1.预热区
恒温区:其目的是使PCB板上各元件温度趋于稳定,并尽可能达成一致,以减少各元件之间的温差。在此阶段,各元器件的受热时间都比较长,原因是小元器件因吸热量少会先达到平衡,大元器件因吸热量大,需要足够的时间方能追赶上小元器件,并保证锡膏中的助焊剂得到充分挥发。此阶段,在助焊剂作用下,焊盘,焊料球及元件引脚上的氧化物将被去除,同时助焊剂也会去除元件和焊盘表面油污、增大焊接面积,防止元件再被氧化。此阶段结束后,各元器件应保持相同或相近的温度,否则有可能因为温度差异过大,而产生焊接不良现象。
恒温的温度和时间取决于PCB设计的复杂性,元件类型差异以及元件数量,通常选择在120-170℃之间,如果PCB特别复杂,恒温区温度应以松香软化温度作为参考进行确定,目的是减少后段回流区焊接时间,我司恒温区一般选在160度。
3.回流区
回流区的目的是使锡膏达到熔化状态,并润湿待焊接元件表面焊盘。
当PCB板进入回流区时,温度会急速上升使锡膏达到熔化状态,有铅锡膏Sn:63/Pb:37的熔点为183℃,无铅焊膏Sn:96.5/Ag:3/Cu:0。5的熔点为217℃,在此段区域里,加热器提供的热量最多,炉温也会设置到最高,使锡膏温度快速上升到峰值温度。
回流焊曲线的峰值温度总的来说是由锡膏熔点,PCB板,以及元件本身的耐热温度决定,在回流区产品的峰值温度根据所用锡膏类型而有所不同,通常来讲,无铅锡膏最高峰值温度一般在230~250℃,有铅锡膏一般在210~230℃,如果峰值温度太低易产生焊点冷焊和润湿不足现象;太高则环氧树脂类型的基板和塑胶部分易出现焦化,PCB起泡及脱层现象,而且也会导致过量的共晶金属化合物形成,使焊点变脆,焊接强度变弱,影响产品机械性能。
需要强调的是,回流区域锡膏中的助焊剂在此时是有助于促进锡膏与元件焊端润湿,降低锡膏表面张力作用,但因回流炉中残留氧气以及金属表面氧化物,对助焊剂的促进会起到遏制作用。
通常良好的炉温曲线,必须满足PCB上各点的峰值温度要尽可能保持一致,差异不能超过10度,只有这样,才能确保产品在进入冷却区时,所有焊接动作都已顺利完成。
4.冷却区