回流焊教案.docx

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回流焊教案

实验实训项目名称：

回流焊实训

实训时间：

10学时

实训场地：

电子楼205

实训目的：

1.了解回流焊工艺过程，理解各个工艺流程的具体作用与流程；

2.了解常见焊接缺陷分析及理解预防对策；

3.掌握焊接缺陷的检查；

4.掌握焊接缺陷的修理方法。

实训重点难点：

重点：

回流焊工艺过程

难点：

焊接缺陷的检查和修理方法

实训设备：

回流焊机、锡膏印刷机、锡膏、刮刀、镊子和显微镜

实训内容与步骤（教学时数：

10学时）

1.SMT工艺介绍

表面贴装技术（SurfaceMountingTechnology简称SMT）是新一代电子组装技术,它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化﹑低成本，以及生产的自动化。

这种小型化的元器件称为:

SMD器件（或称SMC、片式器件）。

将组件装配到印刷线路板或其它基板上的工艺方法称为SMT工艺。

相关的组装设备则称为SMT设备。

目前，先进的电子产品，特别是在计算机及通讯类电子产品，已普遍件采用SMT技术。

国际上SMD器件产量逐年上升，而传统器件产量逐年下降，因此随着时间的推移，SMT技术将越来越普及。

2.锡膏印刷

焊锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料，是由焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等加以混合，形成的膏状混合物。

主要用于SMT行业PCB表面电阻、电容、IC等电子元器件的焊接。

将锡膏通过钢板之孔脱膜接触锡膏而印置于基板之锡垫（PCB板焊盘）上。

现代锡膏印刷机一般由装版、加锡膏、压印、输电路板等机构组成。

它的工作原理是：

先将要印刷的电路板固定在印刷定位台上，然后由印刷机的左右刮刀把锡膏或红胶通过钢网漏印于对应焊盘，对漏印均匀的PCB,通过传输台输入至贴片机进行自动贴片或手动贴片。

图2-1锡膏印刷内部工作示意图

3.SMT零件贴装

典型表面组装方式有全表面组装、单面混装、双面混装，见表2-1。

表2-1表面组装方式

组装方式

电路基板

焊接方式

特征

全表面组装

单面

表面组装

单面PCB

陶瓷基板

单面回流焊

工艺简单，适用于小型、薄型简单电路

双面

表面组装

双面PCB

陶瓷基板

双面回流焊

高密度组装、薄型化

单面混装

SMD和THC

都在A面

双面PCB

先A面回流焊，

后B面波峰焊

一般采用先贴后插，工艺简单

THC在A面，

SMD在B面

单面PCB

B面波峰焊

PCB成本低，工艺简单，先贴后插。

双面混装

THC在A面，

A、B两面都有SMD

双面PCB

先A面回流焊，

后B面波峰焊

适合高密度组装

A、B两面都有SMD和THC

双面PCB

先A面回流焊，

后B面波峰焊，

B面插装件后附

工艺复杂，很少采用

注：

A面——又称元件面、主面；B面——又称焊接面、辅面。

图2-2全表面组装

4.选择表面组装工艺流程应考虑的因素

选择工艺流程主要根据印制板的组装密度和本单位SMT生产线设备条件，当SMT生产线具备回流焊、波峰焊两种焊接设备的条件下，可作如下考虑：

1.尽量采用回流焊方式，因为回流焊比波峰焊具有以下优越性；

（1）不像波峰焊那样，要把元器件直接浸渍在熔融的焊料中，所以元器件受到的热冲击小。

但由于回流焊加热方法不同，有时会施加给器件较大的热应力。

要求元器件的内部结构及外封装材料必须能够承受回流焊温度的热冲击。

（2）只需要在焊盘上施加焊料，并能控制焊料的施加量，减少了虚焊、桥接等焊接缺陷的产生，因此焊接质量好，可靠性高；

（3）有自定位效应—当元器件贴放位置有一定偏离时，由于熔融焊料表面张力的作用，当其全部焊端或引脚与相应焊盘同时被润湿时，能在表面张力的作用下，自动被拉回到近似目标位置的现象；

（4）焊料中一般不会混入不纯物，使用焊膏时，能正确地保证焊料的组分；

（5）可以采用局部加热热源，从而可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接；

（6）工艺简单，修板的工作量极小。

从而节省了人力、电力、材料。

2.在一般密度的混合组装条件下，当SMD和THC在PCB的同一面时，采用A面印刷焊膏、回流焊，B面波峰焊工艺；当THC在PCB的A面、SMD在PCB的B面时，采用B面点胶、波峰焊工艺。

3.在高密度混合组装条件下，当没有THC或只有及少量THC时，可采用双面印刷焊膏、回流焊工艺，及少量THC采用后附的方法；当A面有较多THC时，采用A面印刷焊膏、回流焊，B面点贴、装胶、波峰焊工艺。

5.回流焊原理

回流焊是通过回流焊焊炉（图2-3）重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，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接的软钎焊。

回流焊原理可以从温度曲线（图2-4）分析其原理：

当PCB进入预热—升温区（干燥区）时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离；PCB进入预热—保温区时使PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件；当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点；PCB进入冷却区，使焊点凝固。

此时完成了回流焊。

图2-3回流焊焊炉

图2-4回流焊温度曲线示意图

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。

要保证升温比较缓慢，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。

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，清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。

时间约60-120秒，根据焊料的性质有所差异。

作用及规格：

是使大小零件及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PCBPAD表面氧化物,减小表面张力,为重溶作准备。

本区时间约占45%左右,温度在140-183℃之间。

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℃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。

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。

作用及规格：

为降温,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℃以下。

6.回流焊工艺要求

（1）要设置合理的回流焊温度曲线。

回流焊是SMT生产中关键工序，根据回流焊原理，设置合理的温度曲线，才能保证回流焊质量。

不恰当的温度曲线会出现焊接不完全，虚焊、元件翘立、焊锡球多等焊接缺陷，影响产品质量。

要定期做温度曲线的实时测试。

（2）要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。

（3）焊接过程中，严防传送带震动，当生产线没有配备卸板装置时，要注意在贴装机出口处接板，防止后出来的板掉落在先出来的板上碰伤SMD引脚。

（4）必须对首块印制板的焊接效果进行检查。

检查焊接是否充分、有无焊膏融化不充分的痕迹、焊点表面是否光滑、焊点形状是否呈半月状、锡球和残留物的情况、连焊和虚焊的情况。

还要检查PCB表面颜色变化情况，回流焊后允许PCB有少许但是均匀的变色。

7.常见的焊接缺陷分析与预防对策

（1）锡球与锡球间短路

图2-5锡球与锡球间短路示意图

表2-2锡球与锡球间短路原因及对策

锡球与锡球间短路的原因分析

预防对策

锡膏量太多

使用较薄的钢板

印刷不精确

将钢板调准一些

锡膏塌陷

修正ReflowProfile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。

（2）有脚的零件空焊

图2-6有脚的零件空焊示意图

表2-3有脚的零件空焊原因及对策

有脚的零件空焊原因分析

预防对策

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

零件脚不吃锡

零件必需符合吃锡之需求

（3）无脚的零件空焊

图2-6无脚的零件空焊示意图

表2-4焊料不足与虚焊或断路原因及对策

无脚的零件空焊原因分析

预防对策

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）表面安装零件浮动

图2-8表面安装零件浮动示意图

表2-5表面安装零件浮动原因及对策

表面安装零件浮动原因分析

预防对策

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

在回焊前先预热到170℃

（5）立碑效应

图2-9立碑效应示意图

表2-6立碑效应原因及对策

立碑效应原因分析

预防对策

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

图2-10冷焊示意图

表2-7冷焊原因及对策

冷焊原因分析

预防对策

回焊温度太低

最低回焊温度215℃

回焊时间太短

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

图2-11粒焊示意图

表2-8粒焊原因及对策

粒焊原因分析

预防对策

回焊温度太低

较高的回焊温度（≧215℃）

回焊时间太短

较长的回焊时间（＞183℃）至少10秒

锡膏、PCB或零件污染

新的新鲜锡膏

（8）零件微裂

图2-12零件微裂示意图

表2-9零件微裂原因及对策

零件微裂原因分析

预防对策

热冲击

自然冷却，较小和较薄的零件

零件置放产生的应力

敏感零件的方向性，降低置放压力

锡膏量

增加锡膏量，适当的锡垫

8.焊接缺陷的检查和修理方法

（1）焊接检查方法

外观检查：

在焊接检查中，狭义的外观检查定义是指作业员通过目视对基板外观进行焊接状态和组件贴装状态检查。

电气检查：

电气检查通过接触电路板上的测试点，利用电气导通检查焊接状态、组件贴装状态和电气组件的状态。

（2）小型封装组件的修理方法。

若不同时加热两个管脚,就不能取下组件,因此要事先在两个端子间熔化焊锡形成桥接。

图2-13小型封装组件的拆脚前示意图

使用2个电烙铁,同时熔化组件两侧的焊锡烙铁头。

图2-14小型封装组件的拆脚示意图

若焊锡熔化,则用烙铁夹持组件,迅速提起组件。

图2-15小型封装组件的拆脚示意图2

备注：