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PCBA回流焊接工藝流程及參數(shù)

1 范圍

  本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定T貼片回流焊接(有鉛、無(wú)鉛)生產(chǎn)工藝的使用規(guī)程和管理辦法。

2 定義(溫度曲線各部分)

  預(yù)熱區(qū):又稱斜坡區(qū),用于未來(lái)PCB溫度從周圍環(huán)境溫度升高到所需活性溫度。爐的預(yù)熱區(qū)一般占加熱通道長(zhǎng)度的25%~33%。

  活性區(qū):有時(shí)稱為保溫、浸濕或均溫區(qū),指溫度從130 開(kāi)始OC ~170 OC上升到焊膏熔點(diǎn)域。該區(qū)域一般占加熱通道的33%~50% 。

  回流區(qū):有時(shí)也被稱為峰值區(qū)或最終升溫區(qū),其作用是PCB從活性溫度(活性溫度總是比合金熔點(diǎn)低一點(diǎn))到推薦的峰值溫度,貼片組裝的溫度增加。

  冷卻區(qū):這個(gè)區(qū)PCB在冷卻階段組裝的地區(qū),理想的冷卻區(qū)溫度曲線應(yīng)與回流區(qū)溫度曲線形成鏡像關(guān)系(越接近此鏡像關(guān)系,焊點(diǎn)越緊密,焊點(diǎn)質(zhì)量越高,組合完整性越好)。

3 錫膏和紅膠的使用及注意事項(xiàng)

  3.1 使用錫膏及注意事項(xiàng)

  錫膏是一種敏感的焊接材料。污染、氧化或吸濕會(huì)導(dǎo)致不同程度的變質(zhì)。焊膏變質(zhì)后,不僅會(huì)改變流動(dòng)性,影響印刷效果,還會(huì)導(dǎo)致焊接不良,降低成品依次合格率。因此,在制造過(guò)程中需要注意提高錫膏的焊接效果。

  4.1.1焊膏應(yīng)儲(chǔ)存在低溫下,儲(chǔ)存溫度應(yīng)為2~10 OC(冰箱冷藏室)。

  4.1.2剛從冰箱里取出的焊錫膏比環(huán)境溫度低,不要立即打開(kāi),以免空氣中的水分凝結(jié)在錫膏中,一般需要放置2~4小時(shí),室溫恢復(fù)后方可使用(室溫下自然解凍,鉛錫膏至少2小時(shí),無(wú)鉛錫膏至少4小時(shí))。

  4.1.3使用前充分?jǐn)嚢韬父,攪拌均勻后方可使?機(jī)器攪拌1-5分鐘,根據(jù)不同型號(hào)、不同品牌的錫膏會(huì)有所不同)。

  4.1.4罐內(nèi)剩余未使用的焊錫膏應(yīng)覆蓋內(nèi)外蓋,不得暴露在空氣中,以免吸收水分和氧化。

  4.1.5.印漿操作人員應(yīng)遠(yuǎn)離開(kāi)動(dòng)門(mén)窗,保持工作環(huán)境溫度穩(wěn)定 (20 OC ~26OC)

  4.2紅膠的使用及注意事項(xiàng)

  紅膠在生產(chǎn)中一般采用環(huán)氧熱固化膠,而不是丙烯酸膠(紫外線固化),也是一種更敏感的安裝材料,污染、蒸發(fā)或吸濕會(huì)使其產(chǎn)生不同程度的變質(zhì),紅膠變質(zhì)不僅會(huì)影響印刷效果,更嚴(yán)重D粘結(jié)力、過(guò)回流焊或峰值焊會(huì)導(dǎo)致部件脫落或移位,降低成品的合格率,因此在制造過(guò)程中需要注意,以提高紅膠的固化粘貼效果。

  4.2.1紅膠應(yīng)儲(chǔ)存在低溫下,儲(chǔ)存溫度應(yīng)為2~10OC(冰箱冷藏室)

  4.2.2.剛從冰箱中取出的紅膠低于環(huán)境溫度。不要立即打開(kāi),以防止空氣中的水分和紅膠在回溫過(guò)程中凝結(jié),導(dǎo)致紅膠粘結(jié)力不足。放置2小時(shí)以上;謴(fù)室溫后,可手動(dòng)攪拌均勻。

  4.2.3.未使用的紅膠必須裝回膠瓶,密封瓶口,放回冰箱。紅膠儲(chǔ)存半年以上必須報(bào)廢。

  4.2.使用原則:先進(jìn)先出的原則,按失效日期依次使用。

  4.2.5.紅膠不適用于高溫潮濕的環(huán)境,避免紅膠蒸發(fā)或吸收空氣中的少量水分。使膠水與工作溫度完全一致。膠水的使用溫度應(yīng)為230C--250C;環(huán)境溫度對(duì)膠水的粘度影響很大。如果溫度過(guò)低,膠點(diǎn)會(huì)變小,導(dǎo)致拉絲。環(huán)境溫差50C,它會(huì)導(dǎo)致50%的點(diǎn)膠量變化。因此,應(yīng)控制環(huán)境溫度。同時(shí),還應(yīng)保證環(huán)境溫度。濕度小的膠點(diǎn)容易干燥,影響附著力。

4 錫膏的回流工藝和回流焊接工藝

  5.對(duì)錫膏回流過(guò)程的理解: 對(duì)于加熱環(huán)境,錫膏回流分為五個(gè)階段:

  5.1.預(yù)熱階段:將PCB溫度從周圍環(huán)境溫度升高到所需的活性溫度,但溫度升高率應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。如果速度過(guò)快,會(huì)產(chǎn)生熱沖擊,電路板和部件可能會(huì)損壞并斷裂。如果速度過(guò)慢,溶劑揮發(fā)不足,影響焊接質(zhì)量。由于加熱速度快,在溫區(qū)后段A內(nèi)部溫差較大。防止熱沖擊損壞部件。通常上升速率設(shè)置為1~3 OC /S。典型的升溫速率為2 OC /S.。

  5.1.2活性階段:活性段的主要目的是制造A內(nèi)各元件的溫度趨于穩(wěn)定,盡量減少溫差。在這個(gè)區(qū)域里給予足夠的時(shí)間使較大元件的溫度趕上較小元件,并保證焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)。到保溫段結(jié)束,焊盤(pán)、焊料球及元件引腳上的氧化物被除去,整個(gè)電路板的溫度達(dá)到平衡。應(yīng)注意的是A在這一段結(jié)束時(shí),述所有元件應(yīng)具有相同的溫度,否則進(jìn)入回流段會(huì)因各部分溫度不均勻而產(chǎn)生各種不良焊接現(xiàn)象。

  5.1.3回流階段:該區(qū)域加熱器的溫度設(shè)置最高,使組件的溫度迅速上升到峰值溫度。回流段的焊接峰值溫度因使用的焊膏而異。一般建議將焊膏的溶點(diǎn)溫度加入20-40 OC,熔點(diǎn)為183 OC的63Sn/37Pb179 OC的Sn62/Pb36/Ag2焊的峰值溫度一般為210-230 OC,不要再流太久,以免對(duì)A造成不良影響。理想的溫度曲線是超過(guò)焊錫熔點(diǎn)的尖端區(qū)域覆蓋的最小體積。這一階段是最重要的。當(dāng)單個(gè)焊錫顆粒全部熔化時(shí),液體錫結(jié)合在一起形成,如果元件引腳與焊盤(pán)之間的間隙超過(guò)4,則表面張力開(kāi)始形成焊腳表面mil,由于表面張力,引腳很可能與焊盤(pán)分開(kāi),即錫點(diǎn)開(kāi)路。

  5.1.4冷卻階段:焊膏中的鉛錫粉末已熔化并完全濕潤(rùn)連接表面,應(yīng)盡快冷卻,有助于獲得明亮的焊點(diǎn),形狀好,接觸角度低。緩慢的冷卻會(huì)導(dǎo)致電路板更多的分解,并進(jìn)入錫,從而產(chǎn)生灰色和粗糙的焊點(diǎn)。在極端情況下,它會(huì)導(dǎo)致錫污染不良和弱焊點(diǎn)的結(jié)合力。冷卻段的冷卻速率一般為3~10 OC /S,冷卻至75 OC即可。

  5.二 生產(chǎn)工藝

  如下圖所示:

  

      回流焊接生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置:回流焊接溫度參數(shù)設(shè)置(鉛和無(wú)鉛)、回流焊接鏈速度參數(shù)設(shè)置。

  6.1 回流焊接溫度參數(shù)的設(shè)置分為錫膏回流焊接溫度參數(shù)和紅膠回流焊接溫度參數(shù)

  6.1.1 回流焊接爐傳輸帶速度(鏈速)工藝參數(shù)的設(shè)定:

  6.1.1.1.輸帶的速度設(shè)置是溫度曲線的第一個(gè)考慮因素,它決定了PCB加熱區(qū)使用的時(shí)間。

  6.1.1.2傳送帶的速度等于加熱區(qū)的長(zhǎng)度(回流爐的總長(zhǎng)度減去進(jìn)口和冷卻區(qū)的長(zhǎng)度),除以加熱溫度時(shí)間。(例如,假設(shè)加熱區(qū)的總長(zhǎng)度為180cm,加熱時(shí)間為:4分,傳輸速度為45cm/min.(180 cm/4’”)。

  6.1.1.3 傳輸速度可根據(jù)以下工藝參數(shù)稍微調(diào)整,使紅膠和錫膏的溫度曲線參數(shù)滿足紅膠和錫膏產(chǎn)品本身固有參數(shù)的要求(制造商通過(guò)液相實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù))。

  6.1.2 紅膠方案回流焊接溫度參數(shù)設(shè)置

  6.1.2.紅膠生產(chǎn)方案中使用的回流焊接溫度參數(shù)。PCB以實(shí)際溫度為準(zhǔn))。

  6.1.2.2.膠水的固化應(yīng)盡可能高溫固化,使膠水固化后具有足夠的強(qiáng)度。

  6.1.2.3.一般廠家已經(jīng)給出了溫度曲線,在實(shí)際設(shè)置曲線的過(guò)程中稍加調(diào)整,優(yōu)化焊接效果。

  6.1.2.例如,制造商對(duì)產(chǎn)品的要求是:150℃維持60S;130℃維持90S,建議硬化溫度圖如下:

      實(shí)際使用的基板可能需要更長(zhǎng)的硬化時(shí)間,因?yàn)檎迟N部件的大小不同,或者周圍部件,特別是大部件的粘貼條件,粘合劑的實(shí)際加熱溫度會(huì)低于基板的表面溫度。

  6.1.2.硬化條件及硬化率:

      根據(jù)示差走檢測(cè)熱量DSC(Differential Scanning Calorimetry)測(cè)量硬化條件150℃~120℃反應(yīng)時(shí)間和硬化率的推移。

  6.1.2.6.各參數(shù)(各溫區(qū)溫度、傳送帶速度)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,既要保證生產(chǎn)質(zhì)量,又要提高生產(chǎn)效率。

  6.1.回流焊接溫度參數(shù)設(shè)置3 錫膏(鉛和無(wú)鉛)

  6.1.3.1 設(shè)置鉛錫膏方案的回流焊接溫度參數(shù)(生產(chǎn)空調(diào)電氣控制器使用多種錫膏,設(shè)置回流焊接的工藝參數(shù)根據(jù)不同錫膏的特點(diǎn)不同,并在曲線的基礎(chǔ)上調(diào)整溫度參數(shù);亓骱附訙囟葏(shù)必須設(shè)置為PCB以實(shí)際溫度為準(zhǔn))。

  鉛錫膏方案(例:唯特偶IF-9007-1免清洗錫膏)推薦時(shí)間-溫度曲線圖:

  溫度(℃)

  上述溫度曲線圖的溫度參數(shù)通常設(shè)定為:T1:130℃,T2:170℃,T3:183℃,PEAK TEMP:210℃~230℃.

  6.1.3.1.1 OA段為預(yù)熱區(qū),其中AB段為活性區(qū),BC段為回焊區(qū),又稱焊接區(qū),CD為冷卻區(qū)

  6.1.3.1.設(shè)置每個(gè)溫區(qū)的工藝參數(shù)(取決于不同錫膏廠家提供的參數(shù))

  6.1.3.1.3所有機(jī)種的PCB根據(jù)上述規(guī)則制定溫度設(shè)置,不同板材在曲線的基礎(chǔ)上進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。

  6.1.3.2 無(wú)鉛錫膏方案回流焊接溫度參數(shù)設(shè)置

  6.1.3.2.1.空調(diào)電控器無(wú)鉛錫膏方案中使用的回流焊接溫度參數(shù)。PCB以實(shí)際溫度為準(zhǔn))。.1.3.2.回流焊接(無(wú)鉛焊接)采用無(wú)鉛錫膏方案:

  6.1.3.2.3 OA段為預(yù)熱區(qū),其中AB段為均溫區(qū),BD段為回焊區(qū),又稱焊接區(qū),DE為冷卻區(qū)

  6.1.3.2.4 預(yù)熱區(qū)溫升率EF小于4℃/S。

  6.1.3.2.5 AB60-120秒。

  6.1.3.2.6 CD30-90秒。

  6.1.3.2.7 Peak Temp為230℃-250℃,其中235℃以上時(shí)間為3-10秒。

  6.2 所有機(jī)種PCB根據(jù)上述規(guī)則制定溫度設(shè)置。不同的板材在曲線的基礎(chǔ)上進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。

  6.3 回流焊的溫度曲線應(yīng)定期校,每周校準(zhǔn)一次,防止溫度誤差過(guò)大造成焊接不良。

  6.3.1 校訂方法:

  6.3.1.1 一種可接受、快速、簡(jiǎn)單的方法,用熱電偶覆蓋少量熱化合物(又稱熱導(dǎo)膏或熱油)斑點(diǎn),然后用高溫膠帶粘住。

  6.3.1.2 還有一種附著熱電偶的方法,即使用高溫錫或高溫膠,如氰基丙烯酸鹽粘合劑,通常不如其他方法可靠。還應(yīng)選擇附著位置,通常最好附著熱電偶尖PCB引腳或金屬端之間的焊盤(pán)和相應(yīng)的元件。

  6.3.1.3 現(xiàn)在很多回流焊機(jī)都包括板上的溫度計(jì)。溫度計(jì)一般分為兩類:實(shí)時(shí)溫度計(jì),即時(shí)傳輸溫度/時(shí)間數(shù)據(jù),制作圖形;另一個(gè)溫度計(jì)采樣存儲(chǔ)數(shù)據(jù),然后上載到計(jì)算機(jī)上,通過(guò)相應(yīng)的軟件制作回流曲線。

7 操作人員資格要求

  7.技術(shù)員、工程師經(jīng)過(guò)培訓(xùn)。

  8 貼片網(wǎng)板的生產(chǎn)和保存

  8.1 貼片網(wǎng)板的制作應(yīng)按照貼片網(wǎng)板的制作規(guī)范進(jìn)行,必須包括以下幾個(gè)方面:

  8.1.1 機(jī)型

  8.1.2 PCB板型號(hào)和版本號(hào)

  8.1.3 PCB板尺寸

  8.1.4 網(wǎng)板尺寸

  8.1.5 IC(鍍金板)開(kāi)口長(zhǎng)度擴(kuò)大10%

  8.1.6 網(wǎng)板材料厚度

  8.1.7 PCB板拼板類型(幾拼板,拼板方向)

  8.1.8 印在樣板上的格式位置

  8.1.9 樣板框架

  8.2.0 焊接方法(即印紅膠或錫膏)

  8.2.保存1 網(wǎng)板

  使用后的網(wǎng)板必須用洗滌劑清洗(特別是網(wǎng)中的紅膠和錫膏,以避免堵塞孔),用干凈的抹布擦拭網(wǎng)板,放在指定的網(wǎng)板架上。網(wǎng)板架的位置應(yīng)干燥通風(fēng),取網(wǎng)板時(shí)應(yīng)輕輕放置。

9 常見(jiàn)故障原因分析及解決方案

  故障描述

  原因分析

  解決措施

  備注

  潤(rùn)濕不良

  焊區(qū)表面被污染,焊料中殘留的鋁、鋅、鎘等。.005%時(shí)。

  基板表面和元件表面應(yīng)采取防污措施,選擇合適的焊料,并設(shè)定合理的焊接溫度和焊接時(shí)間。

  橋聯(lián)

  焊料過(guò)多或焊料印刷后坍塌嚴(yán)重,或基板焊區(qū)尺寸過(guò)差,D 貼裝偏移等引起。

  1.印刷時(shí)應(yīng)防止焊膏塌陷。

  2.基板焊區(qū)的尺寸設(shè)置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

  3、D 的貼裝位置應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。

  4、基板布線間隙,阻焊劑的涂敷精度,都必須符合規(guī)定要求。

      5.制定適當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù),防止焊機(jī)傳送帶的機(jī)械振動(dòng)。

  焊料球

  焊接過(guò)程中的快速加熱導(dǎo)致焊料飛散,也與焊料的印刷錯(cuò)位和坍塌有關(guān)。污染等。

  1.根據(jù)設(shè)定的加熱工藝,避免焊接加熱中預(yù)熱不良。

  2.應(yīng)刪除焊料印刷塌邊、錯(cuò)位等不良品。

  3.使用焊錫膏應(yīng)符合要求,無(wú)吸濕不良。

  4.根據(jù)焊接類型實(shí)施相應(yīng)的預(yù)熱工藝。

  吊橋(曼哈頓)

  加熱速度過(guò)快,加熱方向不平衡,選擇焊錫膏,焊接前預(yù)熱,焊盤(pán)尺寸,D 本身的形狀與潤(rùn)濕有關(guān)。

  1. 應(yīng)適當(dāng)制定基板焊盤(pán)長(zhǎng)度的尺寸。

  2. 減少焊料熔化時(shí)對(duì)D 端部產(chǎn)生的表面張力。

  3. 焊料的印刷厚度尺寸應(yīng)正確設(shè)置。

  4. 焊接時(shí)采用合理的預(yù)熱方法實(shí)現(xiàn)均勻加熱。

  10 T引入無(wú)鉛注意事項(xiàng)

  10.1 PCB板材、貼片組件、錫膏、錫絲廠家必須有明顯的無(wú)鉛標(biāo)志。

  10.2 錫膏不能混用,鉛錫膏不能錯(cuò)用PCB板。

  10.3 印刷錫膏時(shí)必須使用相應(yīng)的無(wú)錫鉛網(wǎng)板(網(wǎng)板須有無(wú)鉛標(biāo)識(shí)字樣)。

  10.4 貼片安裝元器件時(shí)不能混用、錯(cuò)用有鉛元器件。

  10.5 選擇回流焊溫度時(shí)須選擇對(duì)應(yīng)的無(wú)鉛溫度曲線。

  10.6 外觀檢驗(yàn)、維修時(shí)不能錯(cuò)用有鉛物料(元件、錫絲)及烙鐵。

  10.7 外觀檢驗(yàn)合格產(chǎn)品打包裝時(shí)須有無(wú)鉛標(biāo)識(shí)及相應(yīng)的配送卡(無(wú)鉛產(chǎn)品流向卡)。

  10.8 員工培訓(xùn)(確保員工掌握與本職位相關(guān)的因無(wú)鉛導(dǎo)入所需要的作業(yè)技能)。

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