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摘要： 在SMT生產(chǎn)過程中，電路板50-60%的缺陷產(chǎn)生于回流焊接,。回流焊傳輸速度的快慢,、各溫區(qū)的溫度變化,、印刷機(jī)印刷質(zhì)量、貼片機(jī)貼裝的精準(zhǔn)度等因素的影響,，回流焊接時(shí)常會出現(xiàn)一些質(zhì)量缺陷,，然而焊接質(zhì)量的好壞將直接影響電子產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量，因此改進(jìn)完善回流焊接工藝顯得尤為重要,。 
關(guān)鍵詞: 回流焊,；焊接質(zhì)量,；工藝改進(jìn),；溫度曲線 回流焊又稱再流焊,，主要是對貼片完后的錫膏印刷電路板進(jìn)行回流焊接，其過程就是先將貼裝好的電路板放入回流焊機(jī)進(jìn)行焊接,，以回流加熱的方式將焊錫膏熔解，錫膏經(jīng)過干燥,、預(yù)熱,、熔化,、潤濕,、冷卻,，將貼片元器件與印制板的焊盤焊接到一起的一種新型焊接技術(shù)。回流焊不僅工藝上有“自定位效應(yīng)”和“再流動”的特點(diǎn),，而且回流焊的操作方法簡單,、焊接質(zhì)量優(yōu)良、焊接效率高,、節(jié)約成本,、便于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn),。回流焊工藝目前已經(jīng)成為表面貼裝元器件焊接的主要工藝方法。 回流焊溫度曲線,，是指PCB板上某一點(diǎn)通過回流焊機(jī)時(shí)，從進(jìn)入回流焊機(jī)時(shí)的起始時(shí)間開始至通過回流焊機(jī)為止,，該點(diǎn)的溫度隨著時(shí)間變化而發(fā)生變化的溫度曲線。通過回流焊溫度曲線可以很直觀的分析元器件在整個(gè)回流焊接過程中出現(xiàn)的各種問題,，監(jiān)控元器件在各個(gè)溫區(qū)里的溫度變化,，以此保證焊接質(zhì)量。回流焊機(jī)的參數(shù)設(shè)置是否合理,，關(guān)系著焊接質(zhì)量的好壞,。回流焊溫度曲線大體可以分為四個(gè)溫區(qū)，依次是升溫區(qū),、預(yù)熱區(qū),、回流區(qū),、冷卻區(qū)，回流焊溫度曲線圖如圖1所示,。 
預(yù)熱區(qū)：從室溫升高至120℃左右,，升溫時(shí)間60-80s，目的是對電路板上所有元器件進(jìn)行預(yù)熱,，以達(dá)到第二溫區(qū)的溫度。但是,，在預(yù)熱過程中升溫速率應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，若升溫速率太慢,，錫膏中的水分不能盡快揮發(fā),，若升溫速率太快，則電路板預(yù)熱不夠充分,；因此升溫區(qū)溫度上升速率一般設(shè)置為1~2℃/s,。 升溫區(qū)：從120℃升高至210℃，升溫時(shí)間90~120s,，目的是使電路板上大小不一的元器件的溫度趨于相同,，為下一步回流焊接做準(zhǔn)備。要使大大小小的元器件溫度趨于一致,。首先，加熱時(shí)間應(yīng)足夠長,，使所有元器件受熱均勻,；其次，溫度不能高于錫膏熔點(diǎn)溫度,，保證錫膏中的水分完全揮發(fā)。將升溫區(qū)的溫度控制在120~210℃之間,，上升速度低于2/s，使電路板中每個(gè)點(diǎn)的溫度趨于恒定,，使電路板上所有元器件在進(jìn)入回流焊接區(qū)之前溫度趨于一致,。在這一區(qū)域若設(shè)置時(shí)間過長或者稍短，焊接完成后容易出現(xiàn)虛焊,、錫珠,、氣泡等現(xiàn)象，影響回流質(zhì)量,。 回流焊接區(qū)：從210℃升高至245℃,，回流焊時(shí)間30~40s，目的是使電路板焊盤上的錫膏受熱融合與元器件進(jìn)行潤濕,，完成回流焊接,。在此區(qū)域需要考慮一個(gè)重要因素即助焊劑的作用，且助焊劑的助焊效率,、粘度及表面張力都與溫度有關(guān),。若回流焊接區(qū)溫度設(shè)置過高，會產(chǎn)生一系列問題,，比如電路板承受不住過高的溫度被燒焦,，元器件失去功能等，若回流焊接區(qū)溫度設(shè)置過低,，則使助焊劑達(dá)不到助焊的效果,，容易產(chǎn)生生焊、虛焊,、橋接等現(xiàn)象,。因此溫度的設(shè)置從電路板、元器件和助焊劑三方面加以考慮,，設(shè)置的合理溫度,，切回流焊接區(qū)尖端曲線的峰值一般設(shè)置為225~245℃，達(dá)到最高溫度持續(xù)時(shí)間為10s,，超過錫膏熔點(diǎn)溫度180℃的持續(xù)時(shí)間為在20~25s之間,。 冷卻區(qū)：從245℃迅速降至60℃，降溫時(shí)間30~40s,，目的是使電路板與焊料迅速冷卻,，從而使焊點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)美觀、達(dá)到較高的機(jī)械強(qiáng)度,。由于焊錫膏已經(jīng)融化并充分潤濕完成焊接,，此時(shí)應(yīng)已盡快冷卻，這樣將有助于形成光亮的焊點(diǎn)且焊點(diǎn)成型佳,。若冷卻速率慢,，將吸收空氣中過多的水分，從而使焊點(diǎn)灰暗,、粗糙,。因此，冷卻區(qū)降溫速率一般設(shè)置在8℃/s，冷卻溫度低于60℃,。 在實(shí)際生產(chǎn)中,，由于各種電路板的組裝密度、所能承受的最高溫度及熱特性不一定完全一樣,。應(yīng)根據(jù)元器件特性,、焊錫膏的成分、回流焊機(jī)的型號等因素,，合理設(shè)置回流焊溫度曲線，并經(jīng)過反復(fù)測量,，對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試生產(chǎn)來確定溫度曲線,。回流焊接常見質(zhì)量缺陷及改進(jìn)方法 在生產(chǎn)過程中,，由于回流焊傳輸速度的快慢,，各溫區(qū)的溫度變化、印刷機(jī)印刷質(zhì)量,、貼片機(jī)貼裝的精準(zhǔn)度等,，回流焊接經(jīng)常會出現(xiàn)一些缺陷，常見的回流焊缺陷有錫珠,、錫橋、立碑等現(xiàn)象,。 錫珠類似于焊球，只是體積小很多,，錫珠一般是在焊接前錫膏因?yàn)楦鞣N原因而超出焊盤外,，而焊接后獨(dú)立出現(xiàn)在焊盤與引腳外面，未能與錫膏融合,，從而形成錫珠,，錫珠經(jīng)常出現(xiàn)在元器件兩側(cè)或細(xì)間距引腳之間，容易造成電路板短路[1],，錫珠質(zhì)量缺陷示意圖如圖2所示。
①回流焊機(jī)升溫區(qū)溫度設(shè)置不當(dāng),，若預(yù)熱時(shí)間短不充分,，助焊劑活性較低，不能去除焊盤和焊料顆粒表面的氧化膜,，容易產(chǎn)生錫珠[2],；若預(yù)熱溫度升溫過快，錫膏中水汽和溶劑氣化膨脹也容易產(chǎn)生錫珠。②鋼網(wǎng)開口尺寸腐蝕精度達(dá)不到要求,，容易造成鋼網(wǎng)開口尺寸有毛刺,，印刷后錫膏成型不佳，有毛刺或缺口,；鋼網(wǎng)太厚或者印刷壓力過大,，容易造成焊錫膏堆積太厚，從而影響錫膏印刷質(zhì)量,，當(dāng)經(jīng)過回流焊接時(shí),，這些毛刺或過多的錫膏就容易凝結(jié)成錫珠。③印刷電路板清潔不干凈,，殘留有焊錫膏,，經(jīng)過回流焊高溫后，由于殘留的焊錫膏分布在焊盤周圍,，靠近焊盤和元器件焊端的錫膏被拉回焊接位置形成焊點(diǎn),，而遠(yuǎn)離焊盤和元器件焊端的錫膏逐漸向元器件中間收縮，在元器件的周圍或者側(cè)面產(chǎn)生錫珠,。 根據(jù)以上原因分析,，制定如下工藝改進(jìn)方法：①將預(yù)熱區(qū)預(yù)熱溫度控制在120~150℃，溫度上升速度為1~4℃/s,，時(shí)間保持90s左右,，其次合理優(yōu)化回流焊接曲線，隨著溫度的不斷升高,，錫膏的潤濕性明顯,，減少了錫珠的產(chǎn)生，但回流焊溫度過高,，容易損傷元器件,、電路板和焊盤，因此選擇合適的焊接溫度,，回流溫度控制在220~245℃之間,。②重新優(yōu)化焊盤圖案的形狀和中心距離，選擇合適的鋼網(wǎng)材料和鋼網(wǎng)工藝,，調(diào)整印刷機(jī)的印刷參數(shù),，合理設(shè)置印刷壓力，從而改善錫膏印刷質(zhì)量,，能有效降低錫珠的形成,。③二次印刷的電路板，需用酒精清洗干凈,，并用氣槍吹掃,，去除電路板上殘留的焊錫膏,，同時(shí)嚴(yán)格遵照生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)，規(guī)范操作流程,。 錫橋是指兩個(gè)或多個(gè)焊點(diǎn)出現(xiàn)搭橋或連錫現(xiàn)象,，使得電路出現(xiàn)短路，對電路板的功能造成嚴(yán)重影響,，有時(shí)會因?yàn)槎搪范鵁龎碾娐钒?。一般鋼網(wǎng)的開孔尺寸偏大、印刷時(shí)連錫,、焊料過多,，焊錫膏在熔化時(shí)多余的焊料不能拉回到焊盤位置，在相鄰引腳之間形成錫橋,，其錫橋示意圖如圖3所示,。
①選取焊錫膏時(shí)，焊錫規(guī)格或者質(zhì)量有問題,，使錫膏流動性變差,，錫膏印刷時(shí)，造成焊盤聯(lián)系,，經(jīng)過回流焊接后,，形成錫橋。②鋼網(wǎng)的開孔尺寸偏大,、鋼網(wǎng)模板尺寸偏厚和印刷壓力過大,，印刷時(shí)已造成錫膏過量或者錫膏成型坍塌，回流焊接后,，由于過多的錫膏融化,、流動，溢出焊盤之外,，引腳間距較小或者焊點(diǎn)密集處,，容易形成錫橋。③回流焊焊接時(shí),，升溫上升速度較快,、時(shí)間較長，焊錫膏內(nèi)部的助焊劑就會快速揮發(fā)出來,，便會出現(xiàn)細(xì)間距引腳潤濕不良,，臨界焊膏量減少，容易引起橋接現(xiàn)象,。 根據(jù)以上原因分析,，制定如下工藝改進(jìn)方法：①根據(jù)不同的電路板和焊接要求，選取合適的焊錫膏,，規(guī)范焊錫膏的使用和存儲要求,，錫膏的存儲溫度（冷藏）：5~10℃，錫膏開封后,，原則上應(yīng)在48小時(shí)內(nèi)使用完,，錫膏置于鋼網(wǎng)上超過30分鐘未使用時(shí)，應(yīng)重新用攪拌刀攪拌后再使用,。②選擇合適的鋼網(wǎng)開孔尺寸和鋼網(wǎng)模板尺寸厚度,。其次，印刷壓力過小,，印刷不干凈,，印刷壓力過大，又容易造成錫膏坍塌,，因此需合理設(shè)置印刷機(jī)的印刷壓力,。③合理設(shè)置回流焊升溫區(qū)溫度，將升溫區(qū)溫度控制在120℃至210℃之間,，上升速率低于2℃/s,，升溫時(shí)間90~120s，保證錫膏在焊接溫度區(qū)域的流動性和潤濕性,，減少系間距器件中的錫橋的產(chǎn)生,。 此種缺陷經(jīng)常發(fā)生在貼片元器件上，立碑一般是在元器件急速加熱時(shí)發(fā)生的,，如果元器件兩端點(diǎn)溫度不平衡,，存在溫差，或者放入加熱時(shí)一端先受熱,，這樣的話,，焊盤一端的焊料完全熔融后獲得良好的濕潤，而另一端的焊料未完全熔融引起濕潤不良,，這樣就容易形成元器件的翹立[3],，此種現(xiàn)象稱為立碑。因此,，在焊接時(shí)要注意放入的方法,、時(shí)間和溫度，讓加熱形成均衡的溫度分布,，避免立碑的產(chǎn)生,，立碑示意圖如圖4所示。
①貼片機(jī)貼裝精度不夠,，貼裝時(shí)元器件產(chǎn)生了偏移且大于允許值的15%,，在回流焊接時(shí)由于錫膏熔化而造成表面的拉力不一樣，拉力較大的一端拉著元器件沿其底部旋轉(zhuǎn),，容易產(chǎn)生立碑現(xiàn)象,。②回流焊機(jī)風(fēng)速設(shè)置過大,，回流焊機(jī)內(nèi)的高溫是通過熱風(fēng)形成產(chǎn)生的，當(dāng)錫膏熔化后,，由于風(fēng)速過大,，把質(zhì)量輕、體積小的元器件吹動移位,，形成了元器件的翹立,，而產(chǎn)生立碑現(xiàn)象。③焊盤尺寸設(shè)計(jì)不合理,，阻容元器件焊盤不對成,，引起印刷的錫膏量不一致，焊盤較小的一端對溫度響應(yīng)快,，其焊膏易熔化,，在表面張力的作用下[1]，將元器件拉直豎起,，焊盤較大的一端則相反,，因而產(chǎn)生立碑現(xiàn)象。④回流焊回流區(qū)溫度設(shè)置不合理,，當(dāng)回流溫度設(shè)置較低,、回流時(shí)間短時(shí)，錫膏熔化不充分,，元器件兩端不能同時(shí)完全的熔化,，因此產(chǎn)生立碑現(xiàn)象。 根據(jù)以上原因分析,，制定如下工藝改進(jìn)方法：①調(diào)整貼片機(jī)的貼裝精度,，減少元器件的貼裝偏移量，避免產(chǎn)生較大的貼裝偏差,，對于少數(shù)元器件貼裝精度超過允許值的15%的元器件,，需人工校正后，再進(jìn)行焊接,，大面積元器件貼裝精度超過允許值的15%的元器件,，需洗板后重新貼裝。②減小回流焊接機(jī)的風(fēng)速和傳送帶的速度,。③重新設(shè)計(jì)焊盤的尺寸,，確保焊盤圖形的形狀與尺寸符合設(shè)計(jì)要求。④合理設(shè)置回流焊回流區(qū)溫度,，將升溫區(qū)溫度控制在210℃至245℃之間,，回流焊時(shí)間30~40s，目的是使電路板焊盤上的錫膏受熱熔化與元器件進(jìn)行完全潤濕,，使元器件每個(gè)焊盤的表面張力平衡,，減少立碑現(xiàn)象的產(chǎn)生,。 隨著表面組裝密度的提高和表面貼裝技術(shù)快速發(fā)展，電子產(chǎn)品也不斷趨向小型化,、集成化,，表面貼裝元器件的焊接質(zhì)量和焊接工藝，越來越引起人們的重視,。本文闡述了回流焊溫度曲線對焊接質(zhì)量的影響，列舉了幾種常見焊接質(zhì)量缺陷的形成原因和改進(jìn)方法,。但是回流焊接工藝是一項(xiàng)系統(tǒng)的研究,，每一種焊接質(zhì)量缺陷，其產(chǎn)生的原因有很多,，任何一個(gè)材料特性的改變或工藝闡述設(shè)置不當(dāng),，都有可能造成潛在的焊接質(zhì)量缺陷。因此在實(shí)際生產(chǎn)中,，需要具體問,、具體分析，不斷改進(jìn)完善回流焊接工藝,，從而提高回流焊接質(zhì)量,，保證產(chǎn)品的合格率，提高電子產(chǎn)品的可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量,。
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