[分享]SMT 回流焊工艺製程 方法 [复制链接]

一, 回焊爐profile之設計.

1, 迴焊曲線圖.
         




    上圖之設計, 主要考量之因素 :
1).設備能力. (五區和七區回焊爐)  
2).PCB材質及厚度(層數).
3).PCB尺寸.
4).零件種類, 分布及數量.
(1).零件類形:QFP/Crystal/BGA/Connector
(2).零件大小:本體大小/焊接面大小.
(3).零件封裝:接腳密封/接腳外露.
2, 溫度測試點之選擇, 數量與分布.
    元件位置 : 按SOP 選取.
    數量: 原則以PCB對角四點, 但零件分布較密或不易加溫之零件(如
        connector), 則需另外加測點. 但實際我們一般取四點 .
      3 . 預熱區之設定.(preheating zone)
    1).較低之預熱溫度.---避免傷害flux, 使flux變乾, 影響flux去除氧化物
                  的能力.
    2).較慢之加溫速度. (建議 ramp-rate 在1.5C/s左右)
重要 :在不影響生產速度情況下, oven conveyor velocity 應儘量降低, 可減少錫
    珠及fine pitch元件短路的發生.
4, 聚熱區之設定.(soaking zone)
    較長之聚熱時間.   建議 : 80--100s
目的 : 使PCB板和元件pin腳溫度在進入熔錫前達到一致. 以避免墓碑的產生
5, 熔錫區之設定.(reflow zone)
1).較高之熔錫溫度(高于熔點30~40) , 建議 : 215--225C
2).較短之熔錫時間. 建議時間 : 60--80s
區別 : 焊接區及預熱區的需求是相反的, 原因如下:
  a).預熱目的在防止thermal shock 對元件的傷害, 所以升溫速度不可過快,
    必須控制, 以防元件受傷害.
  b).預熱區升溫控制在3度C/sec以下, 但是焊接區升溫即使在4~5度C/sec
    亦可以, 不會有thermal shock傷害元件的顧慮, 183 C以上時間不能太長.
    以免出現下圖的不良. (表現為電性不良).

pin
flux 結晶                     剖面圖
錫膏
PCB

6, 降溫之速度與方式.
熔錫後直接降溫. ( 對不良一般沒有什么影響)
7, 加溫速度與溫度之配合.
1).reflow前緩步加溫.
2).reflow時加速生溫.
3).reflow後急速降溫.
二    , 特殊零件reflow溫度之設定.
(1) 傳統零件(connector)reflow製程需: 1).降低reflow速度.
                2).降低peak temp.
    以上做法是為了讓connector在183度C以上時間加長, 但peak temp
    降低以防傷害其他元件(如crystal).
(2)    IC PIN腳發生空焊時, 先確認錫膏有無印好, 再檢查溫度是否過高, 若過
  高,錫膏流動性過好, 易發生燈蕊效應. 調高O2含量可減少爬錫, 但是可能
  會影響其他元件的焊接情形.
三    製程之確認.
1).不同之產品應考量產品對不同之溫度曲線需求.
2).不同製程材料(錫膏)對不同溫度曲線設定之差異.
3).必要時應加設PCB tray盤以減少PCB彎曲.
四    , 回焊爐焊接基本原理  
  1).分段預熱及焊接.


錫球             助焊劑


  flux 會因預熱升溫太快, 而造成flux的活化劑揮發而變乾, 間接造成
  錫不熔(錫球未結合在一起), 或內部錫球跳出, 發生所謂”烤麵包效應”.
  預熱主要目的:提供熱能給PCB/flux, 除去水分, 預防熱衝擊/PCB起泡
          /噴錫.

2).同時對焊接面, PCB及元件加溫.
  3).逐步加溫至焊接完成, 熱衝擊較小.
  4).元件焊接前, 焊接時及焊接後(冷卻前)零件未固定, 因此亦受各相關
    影響(如產品設計, 加溫環境), 而產生如墓碑效應等問題.
五    Reflow加氮氣.
  Reflow加氮氣其主要目的, 在於使零件在焊接的過程中以氮氣取代"氧氣"之存在, 避免氧化, 而改善焊接效果, 減少空焊, 但在實際生產中, 並不是說氮氣含量越低越好 ,因為氮气制程也有它的优缺點 :

1, 優點.
1).可減少reflow空焊之發生.
在接近無氧化之環境下進行焊接, 元件腳及PCB pad 可在無
氧化物的阻礙下, 以最短時間完成接合.
2).焊接表面較為清潔.
因焊點表面之flux所殘留之氧化物減少, 所以flux較為透明光
亮.
討論: 焊點上有flux是正常且好的事情, 表示flux較無結晶藏
    於元件腳與銲錫間的機會, 且有保護焊點防止氧化的作用.
2, 缺點.
1).焊接短路機率增加.
因氧化物減少, 銲錫流動性(接合性)改善, 因此錫膏印刷所產生
之殘留或小量之錫膏短路問題, 無法以熔錫液面之內聚力來拉
開.
2).容易"墓碑效應"及"偏移問題"
reflow oven內之氮氣如擴散不平均或量不足時, 將使爐內熱氣
流產生溫差, 當不同溫度同時到達零件焊點時, 將使熔錫之先
後時差過大, 而造成墓碑效應及偏移問題.
3).焊接強度不足.
由於加氮氣的reflow使得少量的錫膏即可焊接, 外觀上是正常, 但實際上錫量並不足, 將會使得機械強度不足, 影響元件可靠度.