回流焊基礎知識

回流焊是用于SMT(貼裝)組裝,是SMT流程中非常關鍵的一環,其作用是將焊膏融化,使表面組裝元器件與PCB板牢固粘接在一起,如不能較好地對其進行控制,將對所生產產品的可靠性及使用壽命產生災難性影響?;亓骱傅姆绞接泻芏?,較早前比較流行的方式有紅外式及氣相式,現在較多廠商采用的是熱風式回流焊,還有部分先進的或特定場合使用的再流方式,如:熱型芯板、白光聚焦、垂直烘爐等。以下將對現在比較流行的熱風式回流焊作簡單的介紹。

1、熱風式回流焊
現在所使用的大多數新式的回流焊接爐,叫做強制對流式熱風回流焊爐。它通過內部的風扇,將熱空氣吹到裝配板上或周圍。這種爐的一個優點是可以對裝配板逐漸地和一致地提供熱量,不管零件的顏色和質地。雖然,由于不同的厚度和元件密度,熱量的吸收可能不同,但強制對流式爐逐漸地供熱,同一PCB上的溫差沒有太大的差別。另外,這種爐可以嚴格地控制給定溫度曲線的最高溫度和溫度速率,其提供了更好的區到區的穩定性,和一個更受控的回流過程。 

2、溫區分布及各溫區功能
熱風回流焊過程中,焊膏需經過以下幾個階段,溶劑揮發;助焊劑清除焊件表面的氧化物;焊膏的熔融、再流動以及焊膏的冷卻、凝固。一個典型的溫度曲線(Profile:指通過回焊爐時,PCB上某一焊點的溫度隨時間變化的曲線)分為預熱區、保溫區、回流區及冷卻區。(見上圖)
①預熱區:預熱區的目的是使PCB和元器件預熱,達到平衡,同時除去焊膏中的水份、溶劑,以防焊膏發生塌落和焊料飛濺。升溫速率要控制在適當范圍內(過快會產生熱沖擊,如:引起多層陶瓷電容器開裂、造成焊料飛濺,使在整個PCB的非焊接區域形成焊料球以及焊料不足的焊點;過慢則減弱了助焊劑的活性作用),一般規定最大升溫速率為4℃/sec,上升速率設定為1-3℃/sec,ECS的標準為低于3℃/sec。
②保溫(活性)區:指從120℃升溫至160℃的區域。主要目的是使PCB上各元件的溫度趨于均勻,盡量減少溫差,保證在達到再流溫度之前焊料能完全干燥,到保溫區結束時,焊盤、錫膏球及元件引腳上的氧化物應被除去,整個電路板的溫度達到均衡。過程時間約60-120秒,根據焊料的性質有所差異。ECS的標準為:140-170℃,MAX120sec;
③回流區:這一區域里的加熱器的溫度設置得最高,焊接峰值溫度視所用錫膏的不同而不同,一般推薦為錫膏的熔點溫度加20-40℃。此時焊膏中的焊料開始熔化,再次呈流動狀態,替代液態焊劑潤濕焊盤和元器件。有時也將該區域分為兩個區,即熔融區和再流區。理想的溫度曲線是超過焊錫熔點的“尖端區”覆蓋的面積最小且左右對稱,一般情況下超過200℃的時間范圍為30-40sec。ECS的標準為Peak Temp.:210-220℃,超過200℃的時間范圍:40±3sec;
④冷卻區:用盡可能快的速度進行冷卻,將有助于得到明亮的焊點并飽滿的外形和低的接觸角度。緩慢冷卻會導致PAD的更多分解物進入錫中,產生灰暗毛糙的焊點,甚至引起沾錫不良和弱焊點結合力。降溫速率一般為-4℃/sec以內,冷卻至75℃左右即可,一般情況下都要用冷卻風扇進行強制冷卻。

3、影響焊接性能的各種因素
工藝因素
焊接前處理方式,處理的類型,方法,厚度,層數。處理后到焊接的時間內是否加熱,剪切或經過其他的加工方式。

焊接工藝的設計
焊區:指尺寸,間隙,焊點間隙導帶(布線):形狀,導熱性,熱容量被焊接物:指焊接方向,位置,壓力,粘合狀態等

焊接條件
指焊接溫度與時間,預熱條件,加熱,冷卻速度焊接加熱的方式,熱源的載體的形式(波長,導熱速度等)

焊接材料
焊劑:成分,濃度,活性度,熔點,沸點等
焊料:成分,組織,不純物含量,熔點等
母材:母材的組成,組織,導熱性能等
焊膏的粘度,比重,觸變性能
基板的材料,種類,包層金屬等。

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