柔性电路的脉冲加热回流焊接-电路板焊接.PDFVIP

柔性电路的脉冲加热回流焊接 By Paul Brackell 本文介绍，零件设计与工艺过程指南。 脉冲加热回流焊接 (pulse-heated reflow soldering)是一种工艺，将两个 预先上好助焊剂的、镀锡的零件加热到足以使焊锡熔化、流动的温度，固化后， 在零件与焊锡之间形成一个永久的电气机械连接。与传统的焊接相反，脉冲加热 回流焊接通过对每个连接使用一个热电极加热和冷却来焊接。在整个加热、回流 和冷却周期内要施加压力。脉冲加热控制将能量传送到安装在回流焊接头上的热 电极。附着在热电极上的热电偶为可重复的、持续的热源控制提供反馈。 焊接头将两个零件直接接触。以一个精确的压力，头发信号给控制器，开始 热电极的加热循环。热电极将热传导给零件，随后的热传导将零件之间的焊锡熔 化。熔化的区域开始流动，造成两群焊锡的接合。当控制器终止回流循环，在冷 却循环中零件继续保持在一起，因此焊锡重新固化，形成焊点。一个好焊点应该 是焊锡充分地结合两个表面，在两个零件表面发生熔湿 (wetting)。 电线元件(Flex Component) 用于脉冲加热回流焊接工艺的最常见类型的电线是由聚酰亚胺 (polyimide) ® 制造的，也叫做 “Kapton”。两层聚酰亚胺包胶铜迹线(trace) - 一般 0.5~2 盎 司(ounce)。两种最常见的铜导线是轧制韧化(RA, rolled annealed)铜和电解沉 淀(ED, electrodeposited)铜；电解沉淀铜最有成本效益，被广泛使用。铜迹线 的厚度范围是 0.0007~0.004 (0.02~0.10mm)。聚酰亚胺的可操作温度范围是 130~200°C，可经受高达 300°C 的短期焊接温度。热电极的温度总是高于被热 电极加热的零件温度。在热电极与焊点之间、横穿Kapton 电线，可能发生 50~80°C 的温降，决定于厚度。电线(flex)的厚度范围是 0.001~0.0047 (0.0254~0.12mm)。 在脉冲加热回流焊接工艺的柔性电路上使用的三种常见类型的端子设计是： • 暴露引线设计(exposed lead design) - 这种设计将聚酰亚胺材料的两面去掉，留下不 绝缘的迹线。热电极直接接触迹线，将热传导给零件。如果 PCB 焊盘与热电极脚印 尺寸正确，这种设计将容许一些多余的焊锡在焊盘上，因为焊锡可能流到开放的区 域。在工艺过程中，焊锡也将熔湿迹线顶部。在处理零件时必须小心，因为迹线容 易弯曲或损坏。 • 单面电线设计(single-sided flex design) - 这种设计只从一面去掉聚酰亚胺。热量从 热电极通过固体聚酰亚胺表面传导到底下暴露的迹线。聚酰亚胺通过绝缘体传导热 量到暴露的迹线和 PCB 焊盘。在焊接点区域的聚酰亚胺的厚度限制在 0.002，使得 可以热传导。如果聚酰亚胺必须加热超过 260°C ，可能造成表面烧伤和热电极污染。 这个设计不容许过多焊锡在 PCB 焊盘上，因为存在很少空间来过多流动。 • 开窗式电线设计(open-windowed flex design) - 这种设计将焊接区域的两面的聚酰 亚胺去掉，但在边缘和迹线尾端都有剩下的聚酰亚胺材料支持。该设计给予装配一 定的强度，并对较生硬的处理有弹性。因为迹线暴露，对零件的热传导是良好的， 有额外的空间给剩余的焊锡流动。热电极的尺寸是关键的，因为它必须适合窗口， 并允许熔化的焊锡流动的空间。 电线与PCB 迹线的尺寸 (Flex and PCB Trace Sizes) 理想地，柔性电路的焊盘应该比 PCB 上的焊盘在宽度上更窄。随着焊锡熔化、 零件压下，焊锡被挤到旁边。该设计将允许焊锡在柔性焊盘的另一面流动的空间， 将容许 PCB 上更多的焊锡，避免锡桥问题。 柔性电路上更小的焊盘宽度将帮助两个零件的定位与对中。对于密间距 (fine pitch)的应用，PCB 迹线的宽度设计成间距的 50%。这种设计减少由于不 对准所造成的短路。 通用基板零件设计指南 多数 PCB 材料诸如 FR-2 和 FR-4