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PCB线路板回流焊工艺要求

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焊炉的目的

通过高温焊料固化,从而达到将PCB和SMT的表面贴装组件连接在一起,形成电气回路。


Reflow

1、焊锡原理

印刷有锡膏的PCB,在零件贴装完成后,经过加热、 锡膏熔化, 冷却后将PCB和零件焊接成一体. 从而达到既定的机械性能、 电器性能 。

2、焊锡三要素                                 

焊接物 ----- PCB零件            

焊接介质 ----- 焊接用材料 :锡膏

一定的温度 ----- 加热设备

工艺分区

基本工艺:

热风回流焊过程中,锡膏需经过以下几个阶段:溶剂挥发;焊剂清除焊件表面的氧化物;锡膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。        

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1、PRE-HEAT 预热区      

重点:预热的斜率、 预热的温度

目的: 使PCB和元器件预热 ,达到平衡,同时除去锡膏中的水份﹑溶剂, 以防锡膏发生塌落和焊料飞溅。保证升温比较缓慢,溶剂挥发。较温和,对元器件的热冲击尽可能小,升温过快会造成对元器件的伤害,如会引起多层陶瓷电容器开裂,同时还会造成焊料飞溅,使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。

作用及规格﹕是用来加热PCB&零件;斜率为1-3℃/秒 ,占总时间的30%左右,最高温度控制在140℃以下,减少热冲击.

2、SOAK 恒温区

重点:均温的时间、均温的温度

目的:保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥,同时还起着焊剂活化的作用,能清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。时间约60~120秒(根据焊料的性质、PCB有所差异)。

作用及规格﹕使大小零件及PCB受热完全均匀,消除局部温差;通过锡膏成份中的溶剂清除零件电极及PCB、PAD及Solder Powder表面氧化物,减小表面张力,为重溶作准备。时间约占45%左右,温度在140-183 ℃之间。

3、REFLOW 回焊区

重点:回焊的最高温度、回焊的时间

目的:锡膏中的焊料使金粉开始熔化,再次呈流动状态,替代液态焊剂润湿焊盘和元器件,这种润湿作用导致焊料进一步扩展,对大多数焊料润湿时间为60~90秒。回流焊的温度要高于焊膏的熔点温度,一般要超过熔点温度20--40度才能保证再流焊的质量。有时也将该区域分为两个区,即熔融区和再流区。

作用及规格﹕为全面热化重熔;温度将达到峰值温度,峰值温度通常控制在205-230℃之间,peak温度过高会导致PCB变形,零件龟裂及二次回流等现象出现。

4、COOLING 冷却区

重点:冷却的斜率

目的:焊料随温度的降低而凝固,使元器件与焊膏形成良好的电接触,冷却速度要求同预热速度相同。缓慢冷却会导致PAD的更多分解物进入锡中,产生灰暗毛糙的焊点,甚至引起沾锡不良和弱焊点结合力。

作用及规格﹕降温,使PCB&零件均匀降温;回焊炉上下各有两个区有降温吹风马达,通常出炉的PCB温度控制在120 ℃(75℃)以下。 降温速率一般为-4℃/sec以内, SESC的标准为:Slope›-3℃/sec。

常见的焊接不良及对策分析

1、锡球与锡球间短路

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原因                                             对策

锡膏量太多 (≧ 1mg/mm)       使用较薄的钢板(150μm)开孔缩小(85% pad)

印刷不精确                             将钢板调准一些

锡膏塌陷                                 修正 Reflow Profile 曲线

刮刀压力太高                           降低刮刀压力

钢板和电路板间隙太大             使用较薄的防焊膜

焊垫设计不当                           同样的线路和间距

2、有脚的SMD零件空焊

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原因                                        对策

零件脚或锡球不平                    检查零件脚或锡球之平面度

锡膏量太少                              增加钢板厚度和使用较小的开孔

灯蕊效应                                  锡膏先经烘烤作业

零件脚不吃锡                           零件必需符合吃锡之需求

3、无脚的SMD 零件空焊  

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原因                                   对策

焊垫设计不当                     将锡垫以防焊膜分隔开,尺寸适切

两端受热不均                      同零件的锡垫尺寸都要相同

锡膏量太少                         增加锡膏量

零件吃锡性不佳                   零件必需符合吃锡之需求

4、SMD 零件浮动(漂移)

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原因                                        对策

零件两端受热不均                   锡垫分隔

零件一端吃锡性不佳                使用吃锡性较佳的零件

Reflow方式                             在Reflow 前先预热到170℃

5、 立碑 ( Tombstone) 效应   

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零件的重力使零件向下

零件下方的熔锡也会使零件向下

锡垫上零件外侧的熔锡会使零件向上

原因                                             对策

焊垫设计不当                                焊垫设计最佳化

零件两端吃锡性不同                      较佳的零件吃锡性

零件两端受热不均                         减缓温度曲线升温速率

温度曲线加热太快                         在Reflow 前先预热到170℃

6、冷焊 ( Cold solderjoints)  

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原因                                   对策

Reflow  温度太低               最低Reflow 温度215℃

Reflow  时间太短                锡膏在熔锡温度以上至少10秒

Pin  吃锡性问题                   查验 Pin 吃锡性

Pad 吃锡性问题                   查验 Pad 吃锡性

7、粒焊 (Granular solderjoints)   

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原因                                              对策

Reflow  温度太低                           较高的Reflow 温度(≧215℃)

Reflow  时间太短                           较长的Reflow 时间(>183℃以上至少10秒

锡膏污染                                        新的新鲜锡膏

PCB 或零件污染

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8、零件微裂(Cracksin components)(龟裂)

原因                                              对策

热冲击(Thermal Shock)                 自然冷却,较小和较薄的零件

PCB板翘产生的应力                        

零件置放产生的应力                       避免PCB弯折,敏感零件的方向性,降低置放压力

PCB Lay-out设计不当                    个别的焊垫,零件长轴与折板方向平行

锡膏量                                            增加锡膏量,适当的锡垫

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