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再流焊接设备及工艺比较
2006-02-08 13:37:15 作者: 来源: 浏览次数:0 文字大小:【】【】【

7.1概述

再流焊接(ReflowSoldering)是近十几年来受到重视而飞速发展的新型焊接技术。虽然其原理与方法已问世几十年,但仅在厚膜电路生产中使用,不甚引人注目。由于表面贴装技术的崛起与发展,再流焊接技术应用日益扩大,并已成为SMT焊接技术的主流。相应的设备也不断得到开发与完善。

再流焊接与流动焊接有较大差别。它所用的焊料呈膏状,是由焊料合金粉末与助焊剂、添加剂组成。通过模板漏印或点滴涂布的方法施敷在PCB的焊盘上,贴上元器件后经过加热,焊料熔化再次流动,湿润待焊接处,冷却后形成焊点,完成焊接作业。

再流焊接的方法与设备经过差不多三十多年的发展,主要有汽相焊、热板传导、红外辐射、全热风等几种。近年来新开发的激光束逐点式再流焊机,可实现极其精密的焊接,但成本高而生产性差。

7.2汽相焊接(Vapor Phase Reflow)

汽相法是加热传热媒介质FC-70氟氯烷系溶剂,沸腾产生饱和蒸汽,遇到温度低的待焊PCB组件放出汽化潜热,使焊膏熔融后焊接元器件与焊盘的。

汽相法的特点是整体加热,蒸汽可到达每个角落,热传导均匀,可形成与产品几何形状无关的焊接。优点是可精确控制温度(取决于熔剂沸点),不会发生过热现象,热转化效率高,且蒸汽中含氧量低,能获得高质量焊点。缺点是溶剂成本高,又是典型的臭氧层损耗物质,因此应用上受到极大的限制。图7-1是隧道式汽相再流焊炉的示意图。溶剂在加热器作用下沸腾产生饱和蒸汽,PCB自左往右进入炉膛,受热进行焊接。炉子上方与左右都有冷凝管,将蒸汽限制在炉膛。

7.3热板传导式再流焊炉

结构示意图如图7-2所示,由加热板产:生的热量以传导力方式,透过薄薄的聚四氟乙烯传送带传到基板元器件与焊料上,实现加热焊接的。这种再流焊早期用在厚膜电路的焊接上。基板为导热忖能良好的陶瓷板。随后也用在单面PCB的初级SMT产品的焊接上。优点是结构简单,操作方便。缺点是热效率低,温度不均匀,PCB板为非热良导体稍厚就无法适应,故很快被取代。

7.4红外辐射再流焊

以红外辐射源产生的红外线,照射到待焊件上即转换成热能,通过数个温区加热至再流焊后所需的温度与热能,然后冷却,完成焊接。结构示意图如图7-3所示。此种方法设备成本低,适用于低组装密度产品的批量生产。热源红外线有远红外线与近红外线两种。一般前者多用于预热,后者多用于再流加热。整个加热炉分成儿段温区分别进行温度控制。缺点是因元器件表面颜色深浅、材质差异,所吸收的热量也有所不同,且体积大的元器件会对小元器件造成阴影使之受热不足,温度的设定难以兼顾周全。一部分调节范围较宽的炉子也能兼作点胶贴片后的固化炉。

7.5热风对流再流焊

利用加热器与风扇,使炉内空气不断升温并循环,待焊件在炉内受到炽热气体的加热,而实现焊接,如图7-4所示。拥有加热均匀、温度稳定的特点。

90年代起,随着SMT的应用不断扩大与元器件的进一步小型化,设备开发制造商纷纷改进加热器的分布、空气的循环流向及增加温区至八个十个,使之能进一步精确控制炉膛各部位的温度分布,更便于温度曲线的理想调节。目前全热风强制对流的再流焊炉已不断改进与完善,拥有其他方法所不具备的特点,从而成为SMT焊接的主流设备。

为适用无铅环保工艺,再流焊炉又制成能充氮保护气与快速冷却的高性能。

7.6关键工艺要素

再流焊接是SMT焊接技术的主要手段。除以上几种再流焊外,近年来出现的插装元器件再流焊工艺,是在插装焊盘处通过针管方式印上焊膏后进行的再流焊接,此工艺只适用于电视调谐器类贴插混装产品大批量生产。另外,激光加热再流焊接法,以激光束逐点直接加热焊料与待焊件,但只适用于科研开发性而非批量生产性的应用。

再流焊的关键工艺要素有再流焊温度曲线与焊膏印刷两个方面。

7.6.1各种再流焊接的比较

各种常用再流焊接方法的优、缺点及适用范围比较如表7.1所示。

7.6.2再流焊温度曲线

再流焊接设备内对待焊件加热的温度-时间参数(常简称为温度曲线)的控制与调整,是决定再流焊接效果与质量的关键。各类设备的演变与改善目的也是更便于温度曲线的精确调整。典型的温度曲线如图7-6所示,通常由四个温区组成,他们分别为预热区、保温区、再流区与冷却区。

预热区 指从室温逐步加热至150℃左右的区域,焊膏中溶剂得到挥发,元器件逐步升温缩小与再流焊的温差。

保温区 温度维持在150℃-160℃,焊膏中活性剂开始作用去除待焊接表面氧化层。

再流区温度逐步上升超过焊膏熔点温度30-40%,峰值温度达到220-230℃时间短于10秒,焊膏完全熔化并湿润元器件焊端与焊盘。

冷却区 迅速降温形成焊点完成焊接。

由于元器件大小、多少与品种及PCB板的尺寸多个因素,要获得理想而一致的曲线需要反复调整设备各温区加热器才能达到最佳温度曲线,温度曲线主要反映PCBA的受热型状态,也就调整最佳工艺参数。

温度曲线的测定是通过温度测试记录仪进行,这种记录测试仪,一般由多个热电偶与记录仪组成。五到六个热电偶分别固定在小元件、大器件、BGA内部、PCB边缘等位置,连接记录仪,一起随PCB进入炉膛进行温度-时间参数的记录。出口处取出后再连上显示器,经专用软件的曲线描绘与数据的分析。

7.6.3焊膏的印刷

现在常用的多温区全热风高性能再流焊炉,已能比较方便地达到精确控制调整温度曲线的准理想状态,相比之下,在高密度与小型化的趋势中,焊膏的印刷就成了再流焊接质量的关键。

影响焊膏印刷质量的因素有焊膏、模板与印刷三个。

1.焊膏 焊膏合金粉末的颗粒形状与细间距器件有关,焊膏的粘度与成分也必须选用适当。别外焊膏一般冷藏储存,使用时取出待恢复到室温后,才能开盖以防温差混入水汽。需要时用搅拌机搅匀。

2.模板 模板的开孔设计、模板厚度与模板加工制作方式将对焊膏印刷的外形质量起决定作用。

3.印刷 印刷用刮刀的材质与形状,刮印的速度、压力与模板的间隙,及模板的清洗,这些将也会影响印刷质量。



本文引用地址:http://www.newbonder.com/article/2006/0208/article_1078.html

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