论文无铅回流焊工艺设计

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1、无铅回流焊工艺所谓的回流焊（Reflow），在表面贴装技术（SMT）中，是指锭形或棒形的焊锡合金，经过熔融并再制造成形为锡粉（即圆球形的微小锡球），然后搭配有机辅料（助焊剂）调配成为锡膏；又经印刷、踩脚、贴片、与再次回熔并固化成为金属焊点之过程，谓之ReflowSoldering（回流焊接）。此词中文译名颇多，如再流焊、回流焊、回焊（日文译名）熔焊、回焊等；都是将松散的锡膏再次回熔，并凝聚愈合而成为焊点，故早期称之为“熔焊”。但为了与已流行的术语不至相差太远，及考虑字面并无迂回或巡回之含意，但却有再次回到熔融状态而完成焊接的内涵，故现今都称之为回流焊。在被看好的无铅焊料合金中，熔点

2、都高于常用的锡铅合金。以最被广泛接受的SAC无铅合金来说，其熔点就高出传统锡铅合金34℃。但这并不意味着我们一定要将焊接温度提高。因而出现了所谓的‘Drop-in’对策。无铅回流焊就是采用相同于锡铅焊接温度的工艺来处理无铅。这种做法当然由于其温度小而带来许多好处。例如设备无需更换，能源消耗少，器件损坏风险小等等。不过这种工艺对DFM以及回流焊接工艺的要求很高。用户必须对回流焊接工艺的调整原理，误差的补偿等等有很好的掌握。无铅回流焊即使不采用‘drop-in’工艺，无铅焊接由于温度较高的原因，使整个工艺窗口缩小了许多。这意味着无铅焊接的质量保证更困难。而事实上，现今的无铅回流焊在无铅

3、技术上将工艺控制得和锡铅技术一样好，或甚至比以前锡铅技术还好。针对无铅回流焊接工艺：电子工业正在向无铅组装转变。这一努力是由环保方面的考虑，政府的立法以及无铅电子封装的市场利益所驱动的。在无铅组装的执行中虽然需要做出许多的决定，但本文将只讨论回流炉设备方面的因素及其对加工高质量无铅产品能力的影响。焊膏一家公司实施无铅的第一个步骤就是选择焊膏。虽然目前有许多可用的类型，但最大的障碍仍是为当前使用的铅材料找到一个平滑转换的替代物。而面对焊膏和回流炉的最具戏剧性的问题就是更高的熔点，这就使得铅材料的平滑转换的替代物很难被找到。到目前为止，最流行的无铅焊膏配方包括了锡，银，铋和锌。无铅焊膏

4、的选择也成为了许多技术论文和广泛研究的主题。这一研究提出最可行的焊膏应该具有217℃到220℃的熔点。这一温度范围相对传统铅锡共晶焊膏的183℃熔点，呈现出了一个大的增加。由于器件的温度问题，最大峰值温度和最大加热/冷却斜率更收紧了回流焊接的工艺窗口。温度曲线由于焊膏规范更严格的限制以及关系到在更高的过程温度下器件的损坏，为了利用无铅焊料，我们必须注意到不同的温度曲线和设备的设置。两种常见的温度曲线类型被使用在回流焊接工艺中，并且很具代表性地被称为浸润（thesoakprofile）和“帐篷”型（thetentprofile）温度曲线（图1）。浸润温度曲线是这样一种工艺，它使得装配

5、组件在正好低于焊料液化点以下的温度上停留一段时间，以获得一个一致的组件温度。“帐篷”型温度曲线是一个连续的温度斜坡，从组件进入回流炉开始直到达到期望的峰值温度。考虑到使用的焊膏类型以及组件的结构，实际的温度曲线会有差别。基于焊膏的化学成分，焊膏制造商会给出达到最佳性能的最合适温度曲线的建议。无铅回流焊温度曲线由于无铅焊料的高熔点，对温度曲线的要求将会有一点改变，因此在回流设备的设置上也需要有一些变化。一个基本的改变，就是在回流期间需要一个更为平坦的温度曲线变化。由于更小的工艺窗口，峰值温度和高于液化温度的时间（TAL）的要求必须被达到，同时不能使组件或器件过热。一个长的回流区域和对

6、产品的高效率热传导是必须的。针对回流需要使用两个温区或者在回流温区采用相反峰值爬升的方法，这一问题可以被解决。采用这种方法时，使倒数第二个加热区相对最后一个加热区维持一个更高的温度，从而更快地将热量传导到板子上。最后一个温区则用来在组件上维持一个一致的温度。设备的考虑热传导有一种假设，对无铅而言高温回流炉是必须的，但实际情况并不总是如此。更重要的是设备将能量传导到组件上的效率。一些回流系统通过将产品“包裹”在均匀混合的加热气体中的方法，来增强热传导的能力。一个带加热的进风口设计可允许对三个独立进风区域的气体加热和混合。中央进风口采用了带鳍状物的柱型加热单元，将热量由加热器传递到气体

7、中。这种方法可以减少加热器的瓦特数，也就是减少了能量的消耗。这种加热设计相对传统的回流解决方案，最大可减少50％的能源消耗。被加热后的气体，通过送风单元进行混合，并且在压力板后面产生一个适度的负压。这一适度的压力可以产生一个均匀覆盖的同心圆气流，这一气流能达到将热量传递到产品所要求的工艺平面上。这一设计的另一好处就是能做到温区和温区之间的隔离，从而能更好地控制被加工产品的温度曲线。冷却产品在回流焊中和加热一样重要。过长的液态时间和极端的峰值温度会引起产品和元器件的损坏