焊接工藝技術(shù)論文

　　對焊接工藝進(jìn)行深入研究，并據(jù)此開發(fā)出合理的焊接溫度曲線是保證SMT產(chǎn)品質(zhì)量的非常重要的一個環(huán)節(jié)。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的焊接工藝技術(shù)論文，希望你們喜歡。

　　焊接工藝技術(shù)論文篇一

　　回流焊接工藝技術(shù)研究

　　摘要：隨著SMT工藝技術(shù)的發(fā)展，對焊接的要求越來越高，這使得回流焊接尤其是充氮回流焊接越來越受到人們的重視，很多從事SMT技術(shù)的人都把很大的精力投入到回流焊接的研究上，本文主要從爐溫曲線的設(shè)定及焊接缺陷方面對回流焊接工藝進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。

　　關(guān)鍵詞：SMT工藝技術(shù) 回流焊接 爐溫曲線 焊接缺陷

　　回流焊接是SMT特有的工藝環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣不僅影響正常生產(chǎn)，也影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。因此對回流焊接工藝進(jìn)行深入研究，并據(jù)此開發(fā)出合理的焊接溫度曲線是保證SMT產(chǎn)品質(zhì)量的非常重要的一個環(huán)節(jié)。回流焊接不同與一般的金屬焊接，它是一種高效的、自動的焊接方式。焊接操作者只需要事前通過電腦顯示屏設(shè)置好各個加熱區(qū)的溫度，待焊接的PCB通過回流焊爐內(nèi)的軌道在輸送過程中便完成了焊接作業(yè)。回流焊接是SMT工藝中復(fù)雜而關(guān)鍵的一環(huán)，它涉及到自動控制、熱傳遞、材料、流體力學(xué)和冶金等多種知識，要想獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量，必須深入研究這些方方面面。

　　1. 回流焊接設(shè)備簡介

　　目前應(yīng)用較廣焊接設(shè)備是全熱風(fēng)強(qiáng)制對流回流焊爐，它是一種通過對流噴射管嘴或者耐熱風(fēng)扇來迫使氣流循環(huán)，待焊接表面通過吸收熱風(fēng)傳遞的熱量實(shí)現(xiàn)焊接。早期的回流焊加熱主要采用加熱氟油，由氟油蒸汽對待焊接件進(jìn)行熱量傳遞的加熱方式，所以PCB和元器件內(nèi)部的溫度接近于給定的加熱溫區(qū)內(nèi)氣體的溫度。由于高溫蒸汽“無孔不入”的滲透性，故待焊件受熱一致，比較容易實(shí)現(xiàn)焊接溫度的均勻性。但由于氟油氣體不符合環(huán)保要求，所以逐漸被淘汰。90年代初期先后流行的熱板傳導(dǎo)式、紅外輻射式隧道加熱爐，也由于難于控制，遮蔽效應(yīng)，受熱不均勻等局限性難以適應(yīng)日益發(fā)展的SMT小型化、高密度、微間距要求，而只能用于SMT初級產(chǎn)品的生產(chǎn)。在全熱風(fēng)回流焊接設(shè)備中，循環(huán)氣體的對流速度至關(guān)重要。為確保循環(huán)氣體作用于印制板的任一區(qū)域，氣流必須具有足夠快的速度。但如果速度過高則易造成PCB的抖動和元器件移位，因此一般將熱風(fēng)扇馬達(dá)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為500—1000轉(zhuǎn)/分。采用此種加熱方式耗電較多，此外如果是氮?dú)獗Ｗo(hù)的話，還要注意氮?dú)獾耐庑埂＿@種方式更適合于免清洗工藝。目前我公司采用的就是這種工藝，沒加氮?dú)獗Ｗo(hù)效果也比較好。

　　2. 溫度曲線的設(shè)定及分析

　　溫度曲線是指PCB通過回流焊爐時，PCB上某一焊點(diǎn)的溫度隨時間變化的曲線。溫度曲線提供了一種直觀的方法來分析某個焊點(diǎn)在整個回流焊過程中的溫度變化情況。這對于獲得最佳的可焊性，避免由于過熱造成元器件損壞，以及保證焊接質(zhì)量都是非常有用的。

　　對于Sn/Pb焊膏一個典型的溫度曲線分為預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)、回流區(qū)、冷卻區(qū)四個階段，如下圖所示：以下對這四個區(qū)進(jìn)行簡要分析。

　　預(yù)熱區(qū)：該區(qū)段的作用是把室溫的PCB盡快加熱，以達(dá)到第二個設(shè)定目標(biāo)，但升溫速率要控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，如果過快會產(chǎn)生熱沖擊，PCB和元器件易受損;過慢則助焊劑活性作用影響焊接質(zhì)量。由于該區(qū)加熱速度較快，在溫區(qū)的后段元器件間的溫差較大。為防止熱沖擊對元件造成損傷，一般規(guī)定最大升溫速率為4度/秒。通常上升速率設(shè)定為1—3度/秒。我公司設(shè)定的升溫速率控制在1.5—3度/秒。

　　保溫區(qū)：是指溫度從120℃升溫至160℃的區(qū)域。該區(qū)段的主要目的是使PCB上各元件的溫度趨于均勻，盡量減少溫差。在這個區(qū)域里給予足夠的時間使較大元件的溫度趕上較小元件，并保證錫膏中助焊劑活性成份充分作用溶劑得到充分揮發(fā)。到保溫區(qū)結(jié)束時，焊盤、錫膏球及元件引腳上氧化物應(yīng)被除去，整個印制板的溫度達(dá)到均衡。應(yīng)注意的PCB上所有元件在這一區(qū)段結(jié)束時應(yīng)具有相同的溫度，否則進(jìn)入到回流段將會因?yàn)楦鞑糠譁囟炔痪a(chǎn)生各種不良焊接現(xiàn)象，所以應(yīng)控制好這一區(qū)的時間，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)我們設(shè)定該區(qū)的時間范圍為60—100秒。

　　回流區(qū)：在這一區(qū)域里加熱器的溫度設(shè)置得最高，使組件的溫度快速上升至峰值溫度。在回流段其焊接峰值溫度視所有錫膏的不同而不同，一般推薦為錫膏的熔點(diǎn)溫度加20—40℃。對于熔點(diǎn)為183℃的63Sn/37Pb錫膏，峰值溫度一般為210—230℃，回流時間不要過長，以防止對PCB造成不良影響。理想的溫度曲線是超過焊錫熔點(diǎn)的“尖端區(qū)”覆蓋的體積最小且左右對稱，一般情況下超過200℃的時間范圍為30秒，但這要視具體情況而定，如果有其它如虛焊、冷焊等缺陷時，也可以適當(dāng)延長。

　　冷卻區(qū)：這一區(qū)段熔融狀焊料已充分潤濕被連接表面，應(yīng)該用盡可能快的速度進(jìn)行冷卻，有助于得到明亮的焊點(diǎn)并飽滿的外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會導(dǎo)致PAD的更多分解物進(jìn)入錫中，從而產(chǎn)生灰暗毛糙焊點(diǎn)。在極端的情形下，它能引起沾錫不良和弱焊點(diǎn)結(jié)合力。冷卻段降溫速率一般為3—10℃/秒，冷卻至75℃即可，一般情況下都要用離子風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。

　　3. 回焊爐溫區(qū)的設(shè)置

　　目前的回焊爐主要有四溫區(qū)、五溫區(qū)、八溫區(qū)等幾種類型。我公司的回焊爐一臺是五溫區(qū)、一臺為八溫區(qū)。溫區(qū)越多溫度曲線越容易調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)的也越細(xì)膩。但隨著溫區(qū)的增多設(shè)備的價格及能耗也會相應(yīng)的增加，所以現(xiàn)在最多為八溫區(qū)的回焊爐。溫度曲線大體有兩種形式，一種是漸升式的，其主要特點(diǎn)是有一個較為平坦的保溫區(qū)，這種曲線只有較多溫區(qū)的回焊爐才能調(diào)出來，這種曲線也是將來的發(fā)展趨勢;另一種是三角式的溫度曲線，這種曲線一般是波峰焊或較少溫區(qū)的回焊爐所用的，因?yàn)檫@些設(shè)備沒有足夠的溫區(qū)可以調(diào)出漸升式的曲線。本文僅對漸升式溫度曲線進(jìn)行分析研究，漸升式溫度曲線回焊爐各溫區(qū)的設(shè)置如下：

　　序號 曲線區(qū)段 溫度范圍 必要溫區(qū)數(shù)

　　1 預(yù)熱區(qū) 室溫—120℃ 1—2

　　2 保溫區(qū) 120—160℃ 2—3

　　3 回流區(qū) 183℃以上 2—3

　　4 冷卻區(qū) 160℃ 對于有風(fēng)、水兩級

　　4. 溫度曲線的測試

　　測量回流焊接溫度曲線測試儀(以下簡稱測溫儀)，其主體是扁平金屬盒子，一端插座接著幾個帶有細(xì)導(dǎo)線的微型熱電偶探頭。測量時可用高溫焊錫或高溫膠帶等固定在測試點(diǎn)上，打開測溫儀上開關(guān)，測溫儀隨同被測印制板一起進(jìn)入爐腔，自動按內(nèi)編時間程序進(jìn)行采樣記錄。測試記錄完畢，將測試儀與電腦連接將數(shù)據(jù)下載至電腦并經(jīng)打印機(jī)打印出來。測溫儀作為SMT工藝人員的眼睛與工具，在國內(nèi)外SMT行業(yè)中已相當(dāng)普遍地使用。在使用測溫儀時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 　?、贉y定時，必須使用已完全裝配完畢的成品板，首先對印制板元器件進(jìn)行熱特性分析，由于印制板受熱性能不同，元器件體積大小及材料差異等原因，各點(diǎn)實(shí)際受熱升溫不相同，找出最熱點(diǎn)、最冷點(diǎn)，分別設(shè)置熱電偶便可測量出最高溫度與最低溫度。②盡可能多設(shè)置熱電偶測試點(diǎn)，以求全面反映印制板各部分真實(shí)受熱狀態(tài)。③熱電偶探頭用高溫焊錫或膠帶固定在測試位置，否則受一些熱松動，偏離預(yù)定測試點(diǎn)引起測試誤差。④測試溫度曲線的影響，有負(fù)載與空載時的測量結(jié)果是不同的，溫度曲線的調(diào)整要考慮在空載、負(fù)載及不同負(fù)載因子情況下能得到良好的重復(fù)性。負(fù)載因子定義為：LF=L/(L+S);其中L=組裝基板的長度，S=組裝基板的間隔?；亓骱附庸に囈玫街貜?fù)性好的結(jié)果，負(fù)載因子愈大愈困難。通常最大負(fù)載因子的范圍為0.5—0.9。

　　5. 焊接缺陷的原因分析

　　短路：錫膏在加熱過程中會產(chǎn)生塌邊，這個情況主要出現(xiàn)在預(yù)熱和回流兩個區(qū)段，在預(yù)熱區(qū)作為錫膏中成分之一的阻焊劑就會降低粘度而流出，同時將錫膏顆粒擠到焊盤外，在熔融時錫膏如不能返回到焊盤內(nèi)，就會形成錫珠嚴(yán)重的會造成短路。元件引腳是否平整良好，電路線路板布線設(shè)計是否規(guī)范，錫膏的黏度、錫膏印刷和貼片的精度都是造成短路的原因。

　　墓碑：片式元件在回流過程中由于兩端電極受力不均衡而致使一端發(fā)生翹立的現(xiàn)象稱為墓碑。產(chǎn)生的原因有兩個：一個是由于置件偏移或chip元件兩端電極大小不對稱而使得元件在回流過程中兩端受力不均;而另一個原因是由于元件在急熱過程中兩端存在著溫度差，電極兩端一邊的錫膏完全熔融后獲得良好的潤濕，而另一邊的錫膏由于沒有完全熔融而引起潤濕不良，這樣促進(jìn)了元件的翹立。因此加熱時要使與元件平行方向的加熱形成均衡的溫度分布，避免有較大溫差的產(chǎn)生。

　　潤濕不良：潤濕不良是指焊接過程中錫膏與PCB焊盤(銅箔)或元件的電極，經(jīng)浸潤后不生成相互間的熔合，而發(fā)生虛焊的現(xiàn)象。其中原因大多是焊盤表面受到污染或沾上阻焊劑，或是被接合物表面生成金屬化合物層而引起的。錫膏的吸濕作用使活化程度降低，也會發(fā)生潤濕不良。因此焊盤表面和元件表面都要做好防污措施，選擇合適的錫膏，并設(shè)定合理的焊接溫度曲線。

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　　張紅(1964—)，女，工程師，陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司技術(shù)部，主要從事無線電裝配工及SMT工藝技術(shù)研究。

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