回流焊工艺发展沿革.PDF

回流焊工艺发展沿革 由于电子产品不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。首 先在混合集成电路组装中采用了回流焊工艺，组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感，贴 装型晶体管及二极管等。随着 SMT 整个技术发展日趋完善，多种贴片元件（SMC）和贴装器 件(SMD)的出现，作为贴装技术一部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展，其应用日 趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用，而回流焊技术，围绕着设备的改进也经历以 下发展阶段。 1． 热板（Hot-plate ）及推板式热板传导回流焊： 这类回流焊炉依靠传送带或推板下的热源加热，通过热传导的方式加热基板上的元件，用 于采用陶瓷（Al2 O3 ）基板厚膜电路的单面组装，陶瓷基板上只有贴放在传送带上才能得到足 够的热量，其结构简单，价格便宜。我国的一些厚膜电路厂在 80 年代初曾引进过此类设备。 2 ． 红外线辐射回流焊： 此类回流焊炉也多为传送带式，但传送带仅起支托、传送基板的作用，其加热方式主要依 红外线热源以辐射方式加热，炉膛内的温度比前一种方式均匀，网孔较大，适于对双面组装的 基板进行回流焊接加热。这类回流焊炉可以说是回流焊炉的基本型。在我国使用的很多，价格 也比较便宜。 3 ． 红外加热风（Hot air ）回流焊： 这类回流焊炉是在 IR 炉的基础上加上热风使炉内温度更均匀，单纯使用红外辐射加热时， 人们发现在同样的加热环境内，不同材料及颜色吸收热量是不同的，即（1）式中Q 值是不同 的，因而引起的温升ΔT 也不同，例如 IC 等 SMD 的封装是黑色的酚醛或环氧，而引线是白色 的金属，单纯加热时，引线的温度低于其黑色的 SMD 本体。加上热风后可使温度更均匀，而 克服吸热差异及阴影不良情况，IR + Hot air 的回流焊炉在国际上曾使用得很普遍。 4 ． 充氮（N2 ）回流焊： 随着组装密度的提高，精细间距（Fine pitch ）组装技术的出现，产生了充氮回流焊工艺和 设备，改善了回流焊的质量和成品率，已成为回流焊的发展方向。氮气回流焊有以下优点： （1） 防止减少氧化 （2 ） 提高焊接润湿力，加快润湿速度 （3 ） 减少锡球的产生，避免桥接，得到列好的焊接质量 得到列好的焊接质量特别重要的是，可以使用更低活性助焊剂的锡膏，同时也能提高焊点 的性能，减少基材的变色，但是它的缺点是成本明显的增加，这个增加的成本随氮气的用量而 增加，当你需要炉内达到 1000ppm 含氧量与 50ppm 含氧量，对氮气的需求是有天壤之别的。 现在的锡膏制造厂商都在致力于开发在较高含氧量的气氛中就能进行良好的焊接的免洗焊膏， 这样就可以减少氮气的消耗。 对于中回流焊中引入氮气，必须进行成本收益分析，它的收益包括产品的良率，品质的改 善，返工或维修费的降低等等，完整无误的分析往往会揭示氮气引入并没有增加最终成本，相 反，我们却能从中收益。 在目前所使用的大多数炉子都是强制热风循环型的，在这种炉子中控制氮气的消耗不是容 易的事。有几种方法来减少氮气的消耗量，减少炉子进出口的开口面积，很重要的一点就是要 用隔板，卷帘或类似的装置来阻挡没有用到的那部分进出口的空间，另外一种方式是利用热的 氮气层比空气轻且不易混合的原理，在设计炉的时候就使得加热腔比进出口都高，这样加热腔 内形成自然氮气层，减少了氮气的补偿量并维护在要求的纯度上。 5 ． 双面回流焊 双面 PCB 已经相当普及，并在逐渐变得复那时起来，它得以如此普及，主要原因是它给设 计者提供了极为良好的弹性空间，从而设计出更为小巧，紧凑的低成本的产品。到今天为止， 双面板一般都有通过回流焊接上面（元件面），然后通过波峰焊来焊接下面（引脚面）。目前 的一个趋势倾向于双面回流焊，但是这个工艺制程仍存在一些问题。大板的底部元件可能会在 第二次回流焊过程中掉落，或者底部焊接点的部分熔融而造成焊点的可靠性问题。 已经发现有几种方法来实现双面回流焊：一种是用胶来粘住第一面元件，那当它被翻过来 第二次进入回流焊时元件就会固定在位置上而不会掉落，这个方法很常用，但是需要额外的设 备和操作步骤，也就增加了成本。第二种是应用不同熔点的焊锡合金，在做第一面是用较高熔 点的合金而在做第二面时用低熔点的合金，这种方法的问题是低熔点合金选择可能受到最终产 品的工作温度的限制，而高熔点的合金则势必