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回流温度曲线

回流焊是电子制造领域常见的焊接方式之一。在回流焊应用中,我们经常会遇到各种缺陷,包括溅锡(spattering)、空洞(voiding)、塌陷(slumping)、短路(bridging)、立碑(tombstoning)等。而这些缺陷其实可以通过调整回流温度曲线来进行弥补。为了实现回流曲线的准确调整,理解回流温度曲线的各个阶段如何影响最终焊接的效果就显得至关重要。



一、热风回流焊温度曲线介绍

对热风回流焊来讲,我们可以把温度曲线分为预热区,保温区,回流区和冷却区这几个过程,在焊接过程中需要使用助焊剂清除焊件表面氧化物焊膏的熔融,再流动与焊膏冷却凝固。经过以上步骤回流焊接完成后的快速冷却有助于得到一个明亮的焊点,与饱满的外形,较低的接触角度,而缓慢冷却的话很容易会导致其PAD的更多分解物进入锡中,产生一些灰暗毛躁的焊点,甚至还会引起沾锡不良和弱焊点结合力等后果,一般来讲冷却区降温的速率在-4摄氏度以内,冷却温度至75摄氏度即可,一般情况下也都需要使用冷却风扇对其进行强行冷却处理。

二、热风回流焊温度曲线设置方法

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:
A、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
B、根据什么设置回流焊机温度曲线
1、根据使用焊锡膏的温度曲线进行设置。不同金属含量的焊锡膏有不同的温度曲线,应按照焊锡膏生产厂商提供的温度曲线进行设置具体产品的回流焊温度曲线;
2、根据PCB的材料、厚度、是否多层板、尺寸大小等;
3、根据表面组装板搭载元器件的密度、元器件的大小以及有无BGA、CSP等特殊元器件进行设置。
4、根据设备的具体情况,例如:加热区的长度、加热源的材料、回(再)流焊炉的构造和热传导方式等因素进行设置。

无铅锡膏分析:
常用无铅锡膏的合金为Sn96.5Ag3Gu0.5,熔点是217度,下面以本公司典型产品ES-1000无铅固晶锡膏为例说明,其推荐的回流曲线如下图:

1、预热区
预热区升温到150度,时间为90S左右,建议升温速度控制在0.75°C/s 到 2°C/s之间.
2、恒温区
恒温区的最高温度是217度左右,时间为80S,最高温度和最低温度差25度,建议升温速度控制在0.5°C/s 到 1°C/s之间.
3、回流区
回流区的最高温度是235-255度,最低温度为217度,达到峰值的时间大概是35S左右;建议升温速度控制在1°C/s 到 2°C/s之间,整个回流的时间保持在30-60S。
4、泠却区
泠却区的时间为70S左右,温度由245度降到75度左右,建议降温速度控制在1.5°C/s 到 3°C/s之间.

三、热风回流焊温度各个阶段分析

能过以上步骤完成了热风回流焊温度曲线设置方法,接着就要分析一下各个阶段回流焊的温度了,热风回流焊温度曲线分为四个阶段:回流焊预热温度、回流焊均热温度、回流焊回流焊接温度、回流焊冷却温度。

1、热风回流焊温度预热阶段分析
回流焊预热阶段主要是蒸发、干燥焊锡膏中的溶剂,同时激活助焊剂中的活性剂,并开始去除氧化物。这一阶段非常关键,必须进行缓慢而可控的升温。如果升温过快,助焊剂会沸腾,并将焊锡飞溅到整块板上。而另一种缺陷则来自过快的升温导致的焊锡膏塌陷,并最终造成锡桥的产生。当然,在所有溶剂蒸发前的焊锡膏加热过程过长,也会使得焊锡膏粘度下降,从而产生塌陷。。
2、热风回流焊均热温度阶段分析
热风回流焊均热温度主要是减少进入回流区的热应力冲击,防止焊接翘起,大体积的元件冷焊等问题。均热阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应,增大焊件表面润湿性能,使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。所以在均热温度阶段我们需要分析是否控制好温度,保证保证助焊剂能很好地清洁焊面,又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉。
3、回流焊回流焊接温度阶段分析
回流焊回流阶段温度一般会高于回流线的温度217摄氏度,锡膏在这个时候会发生润湿反应,然后生成金属间化合物层。到达最高温度(235 -255℃),然后全自动回流焊开始降温,落到回流线以下,焊锡凝固。回流区同样应考虑温度的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击。回流区的最高温度是由PCB板上的温度敏感元件的耐温能力决定的。在回流区的时间应该在保证元件完成良好焊接的前提下越短越好,一般为30-60秒最好,过长的回流时间和较高温度,如回流时间大于90秒,最高温度大于260度,会造成金属间化合物层增厚,影响焊点的长期可靠性。
4、回流焊温度冷却阶段分析
要想拥有好看,光亮,平滑的焊点,我们必须要控制好回流焊的温度冷却过程,因为如果冷却不好的话会产生很多问题,比如元件弯曲,焊点无光,焊点表面有很多突起的毛刺。所以我们在对回流焊进行冷却时一定要控制好温度曲线。

四、热风回流焊温度会受到哪些因素影响

因为热风回流焊的温度控制直接影响着回流焊的质量好坏,因为回流焊的焊接工艺窗口比较小,所以我们要采用横向温度的控制方法。热风回流焊横向温度曲线正常情况受到以下因素的影响。
1、热风回流焊的热风传递过程
在无铅焊接时,我们需要注意热效率在传递过程中的损耗。特别是像一些大热容量的元器件,如果受热不够很容易造成温度不足。
2、热风回流焊热传递方法
一般我们都是采用热风微循环的加热方式,把出风口对准加热板孔吹气,让热风在小范围内流动。小循环的设计由于热风的流动集中且有明确的方向性。这样的热风加热热传递效果增加15%左右,而热传递效果的增加对减少大小热容量器件的横向温差会起到较大的作用。
3、热风回流焊链速的控制
链速的控制会影响线路板的横向温差。常规而言,降低链速,会给予大热容量的器件更多的升温时间,从而使横向温差减小。但是毕竟炉温曲线的设置取决于焊膏的要求,所以无限制的降低链速在实际生产中是不现实的。
4、热风回流焊风速与风量的控制
我们在对风速和风量的控制过程中需要注意风扇的转速尽量减少设备抽排风量以避免对炉内热风流动造成影响。还有一个是设备的稳定性,如果设备不稳定很容易跳出工艺窗口导致冷焊或原器件损坏,所以我们在对热风回流焊风速和风量控制时也不要忘记了对设备稳定性进行测试。
总结,通过以上对热风回流焊的温度曲线介绍,设置,分析及回流焊的影响因素详细分析,相信大家都很清楚热风回流焊温度设置方法了,希望本文能够帮助大家。晨日科技也乐于帮助客户解决焊接过程中的各项技术难题,包括对设备稳定性进行测试等,如果您有任何问题,请联系我们的工程师,我们将竭诚为您服务。




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