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炉温工艺曲线设置方法
如何设定出合格的炉温工艺曲线
什么是回流焊:
回流焊是英文Reflow是经过从头消融早先分派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之间机械与电气连结的
软钎焊。
回流焊是将元器件焊接到PCB板材上,回流焊是特意针对SMD表面贴
装器件的。
回流焊是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂在必定的高温气流下进行
物理反响达到SMD的焊接;之因此叫"回流焊"是因为气体在焊机内循环往返流
动产生高温达到焊接目的。
(回流焊温度曲线图)
“产质量量是生产出来的,不是查验出来,只有在生产过程中的每个环节,严
格依据生产工艺和作业指导书要求进行,才能保证产品的质量。
電子廠SmT贴片焊接车间在SmT生产流程中,回流炉参数设置的利害是影响
焊接质量的重点,经过温度曲线,能够为回流炉参数的设置供给正确的理论依
据,在大多半状况下,温度的散布受组装电路板的特征、焊膏特征和所用回流
炉能力的影响。
怎样正确的设定回流焊温度曲线:
第一我们要认识回流焊的几个重点的地方及温度的分区状况及回流焊的种类.
影响炉温的重点地方是:
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:
加热区的数目及回流焊的长度
7:
加热区的有效长度及泠却的特色等
回流焊的分区状况:
1:
预热区(别名:
升温区)
2:
恒温区(保温区/活性区)
3:
回流区
4:
泠却区
回流焊焊接影响工艺的要素:
1.往常PLCC、QFP与一个分立片状元件对比热容量要大,焊接大面积元件就比小元件更困难些。
2.在回流焊炉中传递带在周而复使传递产品进行回流焊的同时,也成为一个散
热系统,别的在加热部分的边沿与中心散热条件不同,边沿一般温度偏低,炉
内除各温区温度要求不同外,同一载面的温度也差别。
3.产品装载量不同的影响。
回流焊的温度曲线的调整要考虑在空载,负载及不
同负载因子状况下能获取优秀的重复性。
负载因子定义为:
LF=L/(L+S);此中
L=组装基板的长度,S=组装基板的间隔。
回流焊工艺要获取重复性好的结果,
负载因子愈大愈困难。
往常回流焊炉的最大负载因子的范围为0.5~0.9。
这要根
据产品状况(元件焊接密度、不同基板)和再流炉的不同型号来决定。
要获取
优秀的焊接成效和重复性,实践经验很重要的。
一、初步炉温设定:
1、看锡膏种类,有铅仍是无铅?
还要考虑锡膏特征,焊膏是由合金粉末、糊状
助焊剂平均混和而成的膏体。
焊膏中的助焊剂(点击助焊剂的特征)主要由溶剂、松香或合成树脂、活性剂及抗垂流剂四类原物质组成。
溶剂决定了焊膏所需的
干燥时间,为了增添焊膏的粘度使之具备优秀流变性加入了合成树脂或松香,活性剂是用来除掉合金所产生的氧化物以洁净板面焊盘,抗垂流剂的加入有助于合金粉末在焊膏中体现悬浮状态,防止沉降现象。
权衡焊膏质量的要素好多,在实质生产中应重点考虑以下的焊膏特征。
(1)依据电路板表面洁净度的要求决定焊膏的活性与合金含量;
(2)依据印刷设施及生产环境决定焊膏的粘度、流变性及倒塌特征;
(3)依据工艺要求及元件所能蒙受的温度决定焊膏的熔点;
(4)依据焊盘的最小脚间距决定焊膏合金粉末的颗粒大小。
2、看PCB板厚度是多少?
此时联合以上1、2点,依据经验就有个初步的炉温
了;
3、再看PCB板材,详细仔细设定一下回流区的炉温;
4、再看PCB板上的各样元器件,考虑元件大小的不同、特别元件、厂家要求的特别元件等方面,再认真设定一下炉温;
5、还的考虑一下炉子的加热效率,因为现在汇流炉有好多种,其加热效率是
各个不同样的,因此这一点不该忽略掉;
联合以上5方面,就能够设定出初步的炉温了。
二、炉温的详尽设定及热电偶的安装步骤:
1,感觉温度用的热电偶,在使用和安装过程中,应保证除测试点外,无
短接现象发生,不然没法保证试精度。
2,热电偶在与记忆装置或其余测试设施相连结时,其极性应与设施要求
一致,热电偶将温度转变成电动势,,以连结时有方向要求。
第二,测试点的选用,一般起码三点,能代表PCB组件上温度变化的测试点
(能反应PCB组件上高、中低温部位的温度变化);一般状况下,最高温度部位
在PCB与传递方向相垂直的无元件边沿中心处,最低温度在PCB凑近中心部
位的大型元件之半田端子处等),此外对耐热性差部品表面要有测试
点,以及客户的特定要求。
回流温度曲线各区间的介绍设定值:
①常温~预热开始点
②预热区
预热过分致使氧化加深、助焊剂恶化
③预热终点~回流焊接区
④回流焊接区~冷却区
4回流焊接缺点与不良温度曲线的关系:
以下表2仅列出不良温度曲线所惹起的回流焊接缺点,其余影响回流焊接质量
的要素还包含丝印质量的好坏、贴片的正确性和压力、焊膏的质量及环境的控
制等,本文不做论述。
回流焊接的缺点温度曲线的不良之处
吹孔
1、保温段预热温度不足;
2、保温段温度上涨速度过快。
焊点昏暗冷却段冷却速度过缓。
不沾锡
1、焊接段熔焊温度低;
2、保温段保温周期过长;
3、保温段温度过高。
焊后断开保温段保温周期短。
锡珠
1、保温段温度上涨速度过快;
2、保温段温度低;
3、保温周期短。
空洞
1、保温段温度低;
2、保温周期短。
生焊
1、焊接段熔焊温度低;
2、焊接段熔焊周期短。
板面或元件变色
1、焊接段熔焊温度过高;
2、焊接段熔焊周期太长。
提示:
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锡膏过回流焊消融后的焊接成效演示,
仅供参照。
回流焊是SMT工艺的核心技术,PCB上全部的电子元器件经过整体加热
一次性焊接达成,电子厂SMT生产线的质量控制占绝对重量的工作最后都是为
了获取优秀的焊接质量。
设定好温度曲线,就管好了炉子,这是全部PE都知道的事。
好多文件与资料都提到回流焊温度曲线的设置。
关于一款新产品、新炉
子、新锡膏,怎样快速设定回流焊温度曲线?
这需要我们对温度曲线的观点和锡膏焊接原理有基本的认识。
本文以最常用的无铅锡膏锡银铜合金为例,介绍理想的回流焊温度曲线设定方
案和剖析其原理。
如图一
:
图一SAC305无铅锡膏回流焊温度曲线图
图一所示为典型的SAC305合金无铅锡膏回流焊温度曲线图。
图中黄、橙、绿、
紫、蓝和黑6条曲线即为温度曲线。
组成曲线的每一个点代表了对应
PCB上测
温点在过炉时相应时间测得的温度。
跟着时间连续的记录即时温度,把这些点
连结起来,就获取了连续变化的曲线。
也能够看做
PCB上测试点的温度在炉子
内跟着时间变化的过程。
那么,我们把这个曲线分红
4个地区,就获取了
PCB在经过回流焊时某一个区
域所经历的时间。
在这里,我们还要说明另一个观点
“斜率①”。
用PCB经过回
流焊某个地区的时间除以这个时间段内温度变化的绝对值,所获取的值即为
“斜
率”。
引入斜率的观点是为了表示
PCB受热后升温的速率,它是温度曲线中重要
的工艺参数。
图中A、B、C、D四个区段,分别为定义为A:
升温区,B:
预
热恒温区(保温区或活化区),C:
回流焊接区(焊接区或Reflow区),D:
冷却区。
持续深入分析个区段的设置与意义:
一.升温区
A
PCB
进入回流焊链条或网带,从室温开始受热到
150℃的地区叫做升温区。
升
温区的时间设置在60-90秒,斜率控制在2-4之间。
此地区内PCB板上的元器件温度相对较快的线性上涨,锡膏中的低沸点溶剂开
始部分挥发。
若斜率太大,升温速率过快,锡膏必然因为低沸点溶剂的快速挥
发或许水气快速沸腾而发生飞溅,进而在炉后发生“锡珠”缺点。
过大的斜率也会
因为热应力的原由造成比如陶瓷电容微裂、PCB板变形曲翘、BGA内部破坏等
机械伤害。
升温过快的另一个不良结果就是锡膏没法蒙受较大的热冲击而发生坍塌,这是
造成“短路”的原由之一。
长久对制造厂的服务追踪,好多厂商的SMT线该地区
的斜率实质控制在1.5-2.5之间能获取满意的成效。
因为各个板载贴装的元器件尺寸、质量不一,在升温区结束时,大小元器件之间的温度差别相对较大。
二.预热恒温区B
此地区在好多文件和供给商资猜中也称为保温区、活化区。
该地区PCB表面温度由150℃缓和上涨至200℃,时间窗口在60-120秒之间。
PCB板上各个部分慢慢遇到热风加热,温度随时间迟缓上涨。
斜率在
之间。
此时锡膏中的有机溶剂持续挥发。
活性物质被温度激活开始发挥作用,消除焊盘表面、部件脚和锡粉合金粉末中的氧化物。
恒温区被设计成缓和升温的目的是为了兼备PCB上贴装的大小不一的元器件能平均升温。
让不同尺寸和资料的元器件之间的温度差渐渐减小,在锡膏熔融以前达到最小的温差,为在下一个
温度分区内熔融焊接做好准备。
这是防备“墓碑”缺点的重要方法。
众多无铅锡膏
厂商的SAC305合金锡膏配方里活性剂的活化温度多半在150-200℃之间,这
也是本温度曲线在这个温度区间内预热的原由之一。
需要注意的是:
1、预热时间太短。
活性剂③与氧化物反响时间不够,被焊物表面的氧化物未能有效消除。
锡膏中的水气未能完整迟缓蒸发、低沸点溶剂挥发
量不足,这将致使焊接时溶剂剧烈沸腾而发生飞溅产生“锡珠”。
湿润不足,可能会产生浸润不足的“少锡”“虚焊”、“空焊”、“漏铜”的不良。
2、预热时间过长。
活
性剂耗费过分,在下一个温度地区焊接区熔融时没有足够的活性剂即时消除与隔绝高温产生的氧化物和助焊剂高温碳化的残留物。
这类状况在炉后的也会表现出“虚焊”、“残留物发黑”、“焊点昏暗”等不良现象。
三.回流焊接区C
回流区又叫焊接区或Refelow区。
SAC305合金的熔点在217℃-218℃之间④,因此本地区为>217℃的时间,峰值温度<245℃,时间30-70秒。
形成优良焊点的温度一般在焊料熔点之上
15-30℃左右,因此回流区最低峰值温度应当设置在230℃以上。
考虑到无铅锡
膏的熔点已经在217℃以上,为照料到PCB和元器件不受高温破坏,峰值温度
最高应控制在250℃以下,笔者所见大多半工厂实质峰值温度最高在245℃以
下。
预热区结束后,PCB板上温度以相对较快的速率上涨到锡粉合金液相线,此时焊料开始熔融,持续线性升温到峰值温度后保持一段时间后开始降落到固相线。
此时锡膏中的各样组分全面发挥作用:
松香或树脂融化并在焊料四周形成一层保护膜与氧气隔断。
表面活性剂被激活用于降低焊料和被焊面之间的表面张力,加强液态焊料的湿润力。
活性剂持续与氧化物反响,不停消除高温产生的氧化物与被碳化物并供给部分流动性,直到反响完整结束。
部分增添剂在高温下分
解并挥发不留下残留物。
高沸点溶剂跟着时间不停挥发,并在回焊结束时完整挥发。
稳固剂平均散布于金属中和焊点表面保护焊点不受氧化。
焊料粉末从固态变换为液态,并跟着焊剂湿润扩展。
少许不同的金属发生化学反响生产金属间化合物,如典型的锡银铜合金会有Ag3Sn、Cu6Sn5生成。
回焊区是温度曲线中最核心的区段。
峰值温度过低、时间太短,液态焊料没有
足够的时间流动湿润,造成“冷焊”、“虚焊”、“浸润不良(漏铜)”、“焊点不但明”
和“残留物多”等缺点;峰值温度过高或时间过长,造成
“PCB板变形”、“元器件
热破坏”、“残留物发黑”等等缺点。
它需要在峰值温度、
PCB板和元器件能蒙受
的温度上限与时间、形成最正确焊接成效的熔融时间之间追求均衡,以期获取理
想的焊点。
四.冷却区D
焊点温度从液相线开始向降落低的区段称为冷却区。
往常
SAC305合金锡膏的
冷却区一般认为是217℃-170℃之间的时间段(也有的文件提出最低到150℃)。
因为液态焊料降温到液相线以下后就形成固态焊点,形成焊点后的质量短期内肉眼没法判断,因此好多工厂常常不是很重视冷却区的设定。
但是焊点的冷却
速率关乎焊点的长久靠谱性,不可以不认真对待。
冷却区的管控重点主假如冷却速率。
经过好多焊锡实验室研究得出的结论:
快
速降温有益于获取稳固靠谱的焊点。
往常人们的直觉认为应当迟缓降温,以抵消各元器件和焊点的热冲击。
但是,
回流焊锡膏钎焊慢速冷却会形成更多粗大的晶粒,在焊点界面层和内部生较大
Ag3Sn、Cu6Sn5等金属间化合物颗粒。
降低焊点机械强度和热循环寿命,而且
有可能造成焊点昏暗光彩度低甚至无光彩。
快速的冷却能形成光滑平均而薄的金属间化物,形成渺小富锡枝状晶和锡基体中弥散的渺小晶粒,使焊点力学性能和靠谱性获取显然的提高与改良。
生产应用中,其实不是冷却速率越大越好。
要联合回流焊设施的冷却能力、板子、元器件和焊点能蒙受的热冲击来考量。
应当在保证焊点质量时不伤害板子和元
器件之间追求均衡。
最小冷却速率应当在2.5℃以上,最正确冷却速率在3℃以上。
考虑到元器件和PCB能蒙受的热冲击,最大冷却速率应当控制在6-10℃。
工厂在选择设施时,最好选择带水冷功能的回流焊而获取较强的冷却能力贮备。
双轨回流焊的工作原理:
双轨回流焊炉经过同时平行办理两个电路板,可使单个双轨炉的产能提高两倍。
当前,电路板制造商仅限于在每个轨道中办理同样或重量相像的电路板。
而现
在,拥有独立轨道速度的双轨双速回流焊炉使同时办理两块差别更大的电路板成为现实。
第一,我们要认识影响热能从回流炉加热器向电路板传达的主要要素。
在往常状况下,如下图,回流焊炉的电扇推进气体(空气或氮气)经过
加热线圈,气体被加热后,经过孔板内的一系列孔口授达到产品上。
双轨回流焊PCB已经相当普及,并在渐渐变得复那时起来,它得以这样普及,
主要原由是它给设计者供给了极为优秀的弹性空间,进而设计出更加小巧,紧
凑的低成本的产品。
到今日为止,双轨回流焊板一般都有经过回流焊接上边(元
件面),而后经过波峰焊来焊接下边(引脚面)。
扩展阅读SMT全自动锡膏印刷机:
全自动锡膏印刷机至关重要:
1.锡膏印刷机对质量至关重要:
SMT=Printer+Mounter+Reflow,整线生产过程中有超60%以上的缺点来自于錫
膏印刷:
近几年随印刷电路基板(PCB)的封装密度高密度化,要求提高锡膏网版印
刷制程作业质量的声浪日新月异。
锡膏是SMT生产工艺中至关重要的一部分,锡膏中金属粉末的大小、金
属含量的分派、助焊剂的比率、回温时间、搅拌时间和锡膏的保留环境、搁置
时间都会影响到锡膏印刷质量。
因为锡膏原由造成的下锡不良、焊接成效不好
等品责问题时有发生。
因此选购好的锡膏印刷机,不要只着重其外观,好的设施往常市场均有仿造,
性能和节能,安全性多方面考虑才行。
自然选择时盲目选品牌也是不正确的,
祝您选择到更适合您的设施.
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