回流焊焊接LED工藝指導(dǎo)書

  一、LED燈特性:

  LED（Light-Emitting-Diode）是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。

  其特點如下：

  （1） 效率高 按照通常的光效定義，LED的發(fā)光效率并不高（一般10～30lm/W，目前已知光效最高的橙紅色LED光效可以達到55lm/W），但由于LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，效率可以達到80-90%，而光效差不多的白熾燈其可見光效率僅為10-20%。

  （2） 光線質(zhì)量高。

  由于光譜中沒有紫外線和紅外線，故沒有熱量，沒有輻射，LED屬于典型的綠色照明光源。

  （3） 光色純

  與白熾燈全頻段光譜不同，典型的LED光譜狹窄，發(fā)出的光線很純。

  （4） 能耗小

  單體LED的功率一般在0.05～1W，通過集群方式可以量體裁衣地滿足不同的需要，浪費很少。尤其是需要彩色光的時候，采用白光經(jīng)過濾色的方式大費周折并且浪費能源，而LED固有的彩色卻是得天獨厚。

  （5） 壽命長

  光通量衰減到70%的標稱壽命10萬小時，實際上幾乎無限。

  （6） 可靠耐用

  沒有鎢絲、玻殼等等容易損壞的部件，非正常報廢的可能性很小，維護費用極為低廉。

  （7） 應(yīng)用靈活

  體積小，可平面封裝易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品，做成點、線、面各種形式的具體應(yīng)用產(chǎn)品。

  （8） 安全

  單體工作電壓大致在1.5~5V之間，工作電流在20~70mA之間。

  （9） 響應(yīng)時間短

  適合于頻繁開關(guān)以及高頻運作的場合。

  （10） 綠色環(huán)保

  廢棄物可回收，沒有污染，不像熒光燈含有汞成分。

  （11） 控制靈活

  通過調(diào)整電流可以調(diào)光，不同光色的組合可以調(diào)色，加上時序控制電路可以達到多樣的動態(tài)變化效果。

  隨著高效節(jié)能LED 照明的大量推廣和應(yīng)用，LED發(fā)光元件的需求量成10的次方級增加，插件LED的生產(chǎn)低效率、高材料、人工成本，造成了LED 照明燈成本居高不下，嚴重影響了LED高效節(jié)能燈的推廣應(yīng)用；相應(yīng)的貼片封裝LED元件應(yīng)運而生，以其適合自動化貼裝、自動焊接、極低的材料成本大行其道；貼片封裝LED要求較低的焊接溫度，較好的散熱效果，一般要求焊接在大于其100-200倍的鋁基散熱片上，現(xiàn)有的自動回流焊機和焊接工藝不能滿足其要求，焊接設(shè)備不配套成為發(fā)展、推廣的瓶頸。結(jié)合幾年來專業(yè)研發(fā)智能回流焊機和特種紅外線焊接技術(shù)的基礎(chǔ)，專業(yè)打造的LED新光源焊機T-960確信能成功克服這個難題，為LED高效節(jié)能燈的推廣做出一定貢獻。

  二、鋁基板特性:

  常見于照明產(chǎn)品。有正反兩面，白色的一面是焊接LED的，另一面呈現(xiàn)本色，一般會涂抹導(dǎo)熱凝漿后于導(dǎo)熱部分接觸。目前還有陶瓷基板等等。鋁基板（金屬基散熱板（包含鋁基板，銅基板，鐵基板））是一種獨特的基覆銅板（結(jié)構(gòu)見下圖），它具有良好的、電氣絕緣性能和加工性能。

  路燈鋁基板

  ●在電路設(shè)計方案中對熱擴散進行極為有效的處理；

  ●降低產(chǎn)品運行，提高產(chǎn)品功率密度和可靠性，延長產(chǎn)品使用壽命；

  ●縮小產(chǎn)品體積，降低硬件及裝配成本；

  ●取代易碎的陶瓷基板，獲得更好的機械耐久力。

  鋁基覆銅板是一種金屬線路板材料、由銅箔、導(dǎo)熱絕緣層及金屬基板組成，它的結(jié)構(gòu)分三層： Cireuitl.Layer線路層：相當于普通PCB的覆銅板，線路銅箔厚度loz至10oz。 DielcctricLayer絕緣層：絕緣層是一層低熱阻導(dǎo)熱絕緣材料。厚度為：0.003"至0.006"英寸是鋁基覆銅板的核心技術(shù)所在，已獲得UL認證。 BaseLayer基層：是金屬基板，一般是鋁或可所選擇銅。

  鋁基覆銅板和傳統(tǒng)的環(huán)氧玻璃布層壓板等電路層（即銅箔）通常經(jīng)過蝕刻形成印刷電路，使組件的各個部件相互連接，一般情況下，電路層要求具有很大的載流能力，從而應(yīng)使用較厚的銅箔，厚度一般35μm~280μm；導(dǎo)熱絕緣層是鋁基板核心技術(shù)之所在，它一般是由特種陶瓷填充的特殊的聚合物構(gòu)成，熱阻小，粘彈性能優(yōu)良，具有抗熱老化的能力，能夠承受機械及熱應(yīng)力。

  與PCB材料相比有著其它材料不可比擬的優(yōu)點。適合功率組件表面貼裝T工藝。

  無需散熱器，體積大大縮小、散熱效果極好，良好的絕緣性能和機械性能廣泛應(yīng)用于燈具燈飾。隨著節(jié)能燈的提倡推廣，各種節(jié)能絢麗的LED燈大受市場歡迎，而應(yīng)用于LED燈的鋁基板也開始大規(guī)模應(yīng)用。

  散熱知識

  鋁基板pcb由電路層（銅箔層）、導(dǎo)熱絕緣層和金屬基層組成。電路層要求具有很大的載流能力，從而應(yīng)使用較厚的銅箔，厚度一般35μm~280μm；導(dǎo)熱絕緣層是PCB鋁基板核心技術(shù)之所在，它一般是由特種陶瓷填充的特殊的聚合物構(gòu)成，熱阻小，粘彈性能優(yōu)良，具有抗熱老化的能力，能夠承受機械及熱應(yīng)力。IMS-H01、IMS-H02和LED-0601等高性能PCB鋁基板的導(dǎo)熱絕緣層正是使用了此種技術(shù)，使其具有極為優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和高強度的電氣絕緣性能；金屬基層是鋁基板的支撐構(gòu)件，要求具有高導(dǎo)熱性，一般是鋁板，也可使用銅板（其中銅板能夠提供更好的導(dǎo)熱性），適合于鉆孔、沖剪及切割等常規(guī)機械加工。

  三、焊接工藝及注意事項:

  3.1工藝要求

  對于LED元件及表面貼裝器件(su ** ce mounted devices．D)，且建議采用 SN63型免清洗焊膏。其焊接工藝要求如下： 本機典型回流焊的溫度剖面曲線如圖 1：

  T-960配備履帶式、五溫區(qū)加熱系統(tǒng)，溫度焊接曲線主要有五大區(qū)組成即：升溫區(qū)（0S～60S）、侵潤區(qū)（60S～120S）、快速升溫區(qū)（120S～180S）回流區(qū)（180S～220S）、降溫區(qū)（220S～300S）。其中底部兩大溫區(qū)的主要作用是預(yù)熱鋁基板和輔助供熱；

  上述曲線為本產(chǎn)品的參考設(shè)計依據(jù)，但是LED焊接成功與否，與各溫區(qū)溫度設(shè)定和傳動帶速度有著直接關(guān)系。在執(zhí)行溫度曲線過程中假如回流不發(fā)生，可減少帶速5-10%。例如：現(xiàn)在不回流時帶速是500mm/min，調(diào)整時減低到460mm/min左右。一般減低帶速10%將會增加產(chǎn)品回流溫度約30F。或者在不改變帶速前提下，適當提高設(shè)置溫度，提高幅度已標準溫度曲線為中心基準，按PCB通過系統(tǒng)時的實際溫度曲線與標準曲線的差距幅度調(diào)整，一般以5℃左右為每次調(diào)整的梯度，調(diào)整設(shè)置溫度時應(yīng)特別注意不能超過PCB板及元器件的承受能力。

  若用戶用的錫膏或PCB板等有所改變，可根據(jù)具體情況，對溫度焊接曲線重新進行設(shè)計。

  3.2焊膏的使用注意事項

  理想的使用環(huán)境溫度 為 20oC～25oC，相對濕 度為 30％—60％；平時不用時應(yīng)該密封保存在冰箱 內(nèi) (3℃～10℃ )，保存時間不能超過其有效保存期限，使用前從冰箱中取出，使其自然升溫到室溫，使用時要充分攪拌 (10min～20min左右)，以使得焊劑與錫粉充分混合，并保持良好黏度，焊錫膏印刷操作過程中，當印刷狀態(tài)變壞時，應(yīng)用脫脂棉蘸酒精進行網(wǎng)板內(nèi)側(cè)的清洗，清洗后用壓縮空氣將印刷部分的孔塞吹通，從焊錫膏印刷到貼片完成的放置時間應(yīng)該在 24hr之內(nèi)，生產(chǎn)結(jié)束或因故停止印刷時網(wǎng)板上的錫膏放置時間不能超過1hr，否則不能再次使用。

  3.3無鉛焊膏

  隨著科學技術(shù)的發(fā)展，無鉛焊膏將取代有毒的含鉛焊膏，例如日本 KQKI公司開發(fā)的Sn—Ag—Cu焊錫膏的性能就接近于 Sn63的焊膏，表 1列出兩種無鉛焊膏的特性：

  3.4T-960焊接常見缺陷及解決措施：

  3.4.1焊料球

  焊料球的存在表明焊接工藝不完全正確， 而且電子產(chǎn)品存在短路的危險 ，因此需要排除。國際上對焊料球存在的認可標準是：PCB板組件在 600mm 范圍內(nèi)不能出現(xiàn)超過 5個焊料球�；亓骱钢谐霈F(xiàn)的焊料球，常常藏于矩形貼片元件兩端之間的側(cè)面或者細間距之間。在元件貼裝過程中，焊膏被置于片式元件的引腳與焊盤之間，隨著PCB板穿過回流焊爐，焊膏熔化變成液體，如果與焊盤和器件引腳等濕潤不良，液態(tài)焊料會因收縮而使焊縫填充不充分，所有焊料顆粒不能聚合成一焊點，部份液態(tài)焊料會從焊縫中流出，形成焊料球。因此，焊料與焊盤和器件引腳之間的濕潤性差是導(dǎo)致焊料球存在的根本原因。造成焊料球濕潤性差的原因很多，以下主要分析相關(guān)工藝的原因及解決措施：

  (1)溫度曲線設(shè)置不當。焊膏的回流與溫度及時間有關(guān)，如果未達到足夠的溫度或時間，焊膏就不會回流。預(yù)熱區(qū)溫度上升太快，時間過短，使焊膏內(nèi)部的水分和溶劑未完全揮發(fā)出去，到達回流焊溫區(qū)時 ，引起水分、溶劑沸騰濺出焊料球。實踐證明，將預(yù)熱區(qū)溫度的上升速度控制在3℃／s～6℃／s是較理想的。

  (2)如果總在同一位置上出現(xiàn)焊料球，就有必要檢查金屬模板設(shè)計結(jié)構(gòu)。模板開口尺寸腐蝕精度達不到要求，焊盤尺寸偏大，以及表面材質(zhì)較軟(如銅模板 )，會造成印刷焊膏的外形輪廓不清晰，互相橋聯(lián)。解決這種缺陷的方法是選擇適宜的模板材料及模板制作工藝來保證焊膏印刷質(zhì)量。

  (3)如果從貼片至回流焊的時間過長，則因焊膏中焊料粒子的氧化、焊劑變質(zhì)、活性降低 ，會導(dǎo)致焊膏不回流，產(chǎn)生焊料球。選用工作壽命長一些的焊膏(至少4hr)，則會減少這種情況。

  (4)焊膏錯印的印板清洗不充分，會使焊膏殘留于 PCB板表面及通孔�；亓骱钢�前，貼放元件時使印刷焊膏變形。這些也是造成焊料球的原因。因此，應(yīng)加強操作者和工藝人員在操作過程中的責任心，嚴格遵照工藝要求和操作規(guī)程進行生產(chǎn)，加強工藝過程 的質(zhì)量控制。

  3.4.2立片現(xiàn)象 (曼哈頓現(xiàn)象 )

  LED元件及矩形 D元件的一端焊接在焊盤上，而另一端則翹立，這種現(xiàn)象稱為曼哈頓現(xiàn)象。引起這種現(xiàn)象的原因主要是元件兩端受熱不均勻，焊膏熔化有先后所致。以下兩種情況會造成元件兩端受熱不均勻：

  (1)元件排列 方向設(shè)計不正確。設(shè)在焊爐中有一條橫跨爐子寬度的再流焊限線，一旦焊膏通過它就會立即熔化，如果片式矩形元件的一端頭先通過再流焊限線，焊膏先熔化，完全浸潤元件端頭的金屬表面 ，具有液態(tài)表面張力；而另外一端未達到 183℃的液相溫度，焊膏未熔化，只有焊劑的黏結(jié)力 ，該力遠小于再流焊焊膏的表面張力，因而使未熔化端的元件端頭向上直立。因此，應(yīng)保證元件兩端同時進入再流焊線，使兩端同時熔化，形成均衡的液態(tài)表面張力，從而保證元件位置不變。

  (2)焊盤設(shè)計質(zhì)量的影響。如果片式元件的一對焊盤尺寸不同或不對稱，將會引起印刷的焊膏量不一致，小焊盤對溫度響應(yīng)快，其上的焊錫膏容易熔化，大焊盤則相反，所以，當小焊盤上的焊膏熔化后，在焊膏表面張力作用下，將元件拉直豎起。焊盤的寬度或間隙過大，也都可能出現(xiàn)立片現(xiàn)象。嚴格按照標準規(guī)范進行焊盤設(shè)計是解決該缺陷的先決條件。

  3.4.3焊膏漏印

  焊膏漏印是一項復(fù)雜的工藝，既受材料的影響，同時又跟設(shè)備和參數(shù)有直接關(guān)系，通過對漏印中各細小環(huán)節(jié)的控制 ，可以防止在漏印中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷。下面我們簡要介紹幾種常見的缺陷及相應(yīng)的解決方法：

  (1)印刷不完全：印刷不完全是指焊盤上部分地方?jīng)]有印上焊膏 ，產(chǎn)生的可能原因有以下幾種：窗口阻塞或部份焊膏粘在模板底部；焊膏黏度太��；焊膏中有較大尺寸的金屬粉末顆粒；刮刀磨損。防止和解決方法：清洗窗孔和模板底部，選擇黏度合適的焊膏，使焊膏印刷能有效地覆蓋整印刷區(qū)域，選擇金屬粉末顆粒尺寸相對應(yīng)的焊膏，檢查或更換刮刀。

  (2)拉尖：拉尖是指漏印后焊盤呈現(xiàn)小山峰狀，產(chǎn)生的原因可能是刮刀間隙或焊膏黏度太大。防止或解決方法是適當調(diào)小刮刀間隙或選擇合適黏度的焊膏。

  (3)坍塌：印刷后，焊膏往兩邊塌陷。產(chǎn)生的原因可能是 ：刮刀壓力太大；PCB板定位不牢 ；焊膏黏度或金屬百分含量太低。

  解決方法 ：調(diào)整壓力，重新固定 PCB板 ，選擇合適黏度的焊膏。

  (4)焊膏太薄，產(chǎn)生原因可能是：模板厚度不符合要求(太薄 )；刮刀壓力太大；焊膏流動性較差。解決方法：選擇合適的模板，選擇顆粒度和黏度合適的焊膏，改變刮刀壓力。

  (5)厚度不一致，印刷后，焊盤上焊膏厚度 不一致，產(chǎn)生的原因可能是：模板與 PCB板不平行；焊膏攪拌不均勻，使得顆粒度不一致。

  防止和解決方法：調(diào)整模板與 PCB板的相對位置，印刷前充分攪拌焊膏。

  (6)邊緣和表面有毛刺，產(chǎn)生的原因可能是焊膏黏度偏低，焊盤涂覆層太厚，模板窗孔孔壁粗糙。

  解決方法是：選擇黏度合適的焊膏，制板時，嚴格控制涂覆層厚度，印刷前檢查漏印窗孔的蝕刻質(zhì)量。

  3.4.5焊膏量太多

  焊膏量太多的原因一般是模板窗口尺寸過大 ，鋼板與 PCB板之間的間隙太大，這樣將容易造成橋聯(lián)，解決方法是檢查模板窗口尺寸，調(diào)節(jié)印刷參數(shù)，特別是與 PCB板之間的間隙。T技術(shù)是一門涉及了多項技術(shù)的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其中的任何一項 因素 的改變均會影響電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，有時甚至影響產(chǎn)品的使用壽命。所以我們應(yīng)仔細地研究沒一參數(shù)和每一道工序，以達到最佳的焊接效果。

  3.4.6靜電防護

  在 LED的焊接過程中，須注意靜電的防護，LED是靜電敏感元件，通常 LED的抗靜電能力分為 三個等級 ：一 級：0—1，999V；二級：2，000～3，999V；三級：4，000～15，999V，16，000V以上為非靜電敏感 分子件。在 LED的裝配過程中，會產(chǎn)生靜電的因 較多，一般可以從以下環(huán)節(jié)加以注意：

  (1)所有設(shè)備及儀器須做好接地 處理 ，外接 5kΩ 的限流 電阻：

  (2)操作人員須穿防靜電服及防靜電鞋，并配戴防靜電手環(huán)，防靜電手環(huán)的配戴要注意，一定要實際接觸皮膚，防靜電環(huán)內(nèi)置 250KΩ的電阻。要避免穿人工合成材質(zhì)的衣服，比如尼龍、晴綸等，上述材質(zhì)的衣服極易產(chǎn)生靜電，建議穿棉質(zhì)服裝：

  (3)所有桌面及凳椅須鋪防靜電墊，表面阻抗須達到 1，012Ω／m ，以保證靜電不會過快釋放，避免產(chǎn)生高電流損壞 LED元件：

  (4)LED的包裝及轉(zhuǎn)料箱須使用防靜電材質(zhì)產(chǎn)品，以保障 LED在裝配過程中的安全性：

  (5)在 LED裝配過程中，不要在 PCB板上貼粘性的標簽作臨時標識 ，因為在標簽從 PCB板上撕下的瞬間極易產(chǎn)生靜電，從而破壞 LED。

  總之，要獲得最佳的焊接質(zhì)量、滿足用戶的需求，必須控制焊接前、焊接中的每一個工藝步驟，因為LED的整個組裝工藝的每一個步驟都互相關(guān)聯(lián)、互相作用，任何一步有問題都會影響到整體的可靠性和質(zhì)量。焊接操作也是如此，應(yīng)嚴格控制所有的參數(shù)(時間／溫度、焊料量、焊劑成分及傳送速度等 )。對焊接中產(chǎn)生的缺陷，應(yīng)及早查明起因，進行分析，采取相應(yīng)的措施，將影響質(zhì)量的各種缺陷消滅在萌芽狀態(tài)之中。這樣，才能保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品都符合技術(shù)規(guī)范。