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探讨PCB回流焊接工艺的几种方式

来源:http://www.pcbwork.net 作者:站长 时间:2012-11-07 09:05:11

PCB回流焊接工艺是目前最流行也最常用的批量生产焊接技术。回流焊接工艺的关键在于找出最适当的稳定时间关系,即所谓的温度曲线设置,并使它不断地重复。温度曲线必须配合所采用的工艺材料(如锡膏等),需要注意的参数主要有升温速度、温度的高低、在各温度下的时间和降温速度等。市场上已经出现了多种不同加热原理的回流炉子,其实如何加温还是次要的,最重要的是必须能够随意控制温度的变化并保持温度的稳定。
  市场上采用的加温法,几乎全部是3种基本的热传递方式,即传导、对流和辐射。各种炉子的原理按这种方式分类。采用传导方式的有热板、热丝和液态热3种主要技术;采用对流的有强制热风、惰性热气和气相回流3种技术;而采用辐射技术的,有线外线、激光和白光3大光源。
  下面是对回流焊接工艺几种方式的详细介绍。
  1.热板回流技术仍用在陶瓷基本工艺上,且只能用在单板上,必须靠基板的良好热导性能才能发挥效益,这也限制了它在大部分电子组装业上的应用。热丝技术在英文中常称hot-bar焊接技术,是因为它常用在以金属或陶瓷片为加热媒介的设备上而得名的。它适用于长、平和柔软引脚的元件上(如柔性板和TAB工艺上)。通过控制温度、压力和时间来控制焊接效果,需要不同的焊头来处理不同的元件,是较慢的工艺。工艺控制较为困难,因此此技术通常用在返修工作上。
  2.热风或热气技术有两种,一种是适合批量生产的自动化回流炉子;另一种是供局部焊接用的吹管技术,这种技术也常用在返修技术上,通过空气或惰性气体的对流作用来传热。这种技术的缺点是,在局部焊接技术上必须使用不同的吹管来处理不同元件。一种比较经济的方案是使用空气为煤介,但工艺速度较慢。
  3.白光和红外线在小批量生产的应用上,都是通过光学聚原理将光内的热能集中起来,对焊点做局部加热。这种方式的优点是没有机械接触,而像热丝技术则是有机械接触的。同时,局部焊接不会对元件封装造成过热的威胁,可以自动化编程。但它也有缺点,因为这种焊接方式是以点进行的,所以速度较慢。另外,它虽不会对元件封装有过热的威胁,但在失控时有可能会使焊点过热,并且白光对人的眼睛不利,不利于工作人员的身心健康。总地来说,这种技术加热速度快使它在对热容量大和封装对热较敏感的元件应用上有优势。
  4.激光技术和以上的白光和红外线原理类似,只是煤介不同而已。这是一种较新的技术,价格十分昂贵,因此还未被普遍接受。这种技术的优点是激光的能量能够被很准确的控制,重复性很高,焊点可以很细,尤其对微间距离技术没困难。由于局部性很高而能保证很好的焊点质量,没有内部潜在应力,因此这种技术或许有很好的发展潜能,但目前说法仍不统一。
  5.电感焊接技术,是一种通过电感效应的涡流加热原理来进行焊接的工艺,具有没有机械接触、加热快和热容量高的优点。其缺点是技术不易掌握,焊点周边不能有某些金属部件,高频信号对某些电子元件不利和加热头的位置敏感度高等。目前其应用还不普遍。
  6.火炬焊接技术,适用于焊点热容量特高的应用上,如在基板上有大的插座或金属屏蔽板的场合,也属于非接触式和局部焊接的工艺。其缺点是工艺经验缺乏,对焊点的可靠性数据了解和考察不够。
  7.红外线用在批量生产焊接技术上已有很长的时间,它是热风回流技术成熟前的主要工艺,目前还有一些厂家在推荐远红外线技术的炉子。此技术的优点是加热效率较高,重复率很好,热容量也好,对一些回流工艺问题如吸锡(wicking)和立碑等都能应付。其缺点是产品板上的温度较大,对一些元件的外形和封装材料变化较大,而且有超温的可能。另一更常见的批量焊接技术是热风回流技术,它基本解决了红外线技术存在的问题,但设备困难,好的设备价格高于红外线技术,而且应用上对知识储备的要求也较高,设备保养要求高,设备选择不易,必须要有一套完整的测试方法。
  回流曲线设置的关键在于将产品板上最热点和最冷点找出,通过对炉温的调制使这两点的范围设置在锡膏性能的要求范围内。板上热点和冷点的热学特性,影响的因素很多,在设计产品时要考虑和照顾到这些,使设计出来的产品,热点和冷点的温差尽量做到最小。这不但使生产容易得到控制,且对设备的性能和保养的要求也较低,而且对产品焊点的质量也较容易保证,因此,这是个在PCB设计时很重要的考虑点和做法。
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