回流焊
- 回流過程
- 回流焊設備
- 回流焊“個人資料”
- 雙面回流
介紹
您已完成本課題研究的時間,你應該能夠理解和解釋:- 回流過程的原則,包括預熱,穩定浸泡,回流,冷卻階段
- 回流設備的主要類型的操作理論
- 雙面回流的特殊考慮。
回流過程
這個過程序列
回流涉及加熱板加焊膏通過先後較高的溫度下,舉行的組件組裝:- 清除助焊劑揮發物
- 開始通量激活的
- 使材料被加入到這是最後的'秒殺'的熱量足夠高的執行焊接操作溫度
- 帶來的材料被加入到溫度,這是充分一致的錫膏焊料到所有的表面均勻流動
- 回流錫膏,形成液態焊料體積足以創造一個良好的組合。
回流焊設備
一個批量生產空氣中發射回流焊:模擬圖顯示
回焊爐機械原理
- 指一個特定的過程中發生的,例如,“回流區的機台部分
- 指單獨控制的長度例如物理烤箱縱向分工,“四區”的爐有4個控制區 - 烤爐可能有三區十區向上,取決於長度。
圖1:一個回流焊的圖示
預熱
這第一步是在溫度急劇上升,蒸發粘貼溶劑和關閉的污染物量最大燃燒。 這通常發生在第一爐加熱區。工程充分預熱裝配到100°C和150°C溫度之間,一般的目標,提供一個系統的溫度下加熱區, 最關鍵的參數是溫度的上升率,這應該是小於2℃/秒,以避免錫膏飛濺和熱衝擊最小化的組件;如果加熱過快,多層陶瓷芯片電容器可以容易開裂。
本節中,也被稱為主體,浸泡,預流或激活區,確保焊膏,助焊劑活化區域為許多焊膏回流溫度,和行為激活前完全乾涸。 預熱也可能會導致一些下滑的粘貼,取決於所使用的焊錫膏的質量和規範。
一個重要的目的是要確保所有的關節穩定的停留溫度。 較小的環節比停留的溫度會降溫,而較大的環節升溫熱。 在停留時間結束時,所有環節的目地是在相同的溫度。 在一般情況下,更嚴格的溫度差是在預熱區,這將是在回流穗區頂部較小。
在大多數設計
- 預熱功能將佔據60-70%的總加熱長度
- 會做的第一個加熱區的大部分工作,因為它要在室溫下的聚集,“'關街道。
回流
最後加熱區是用來提供在溫度穗迅速崛起,當焊膏回流組件和PCB板片表面的濕潤。 表面張力將確定環節的形狀,並在濕潤的表面張力,在某些情況下,可以生成組件的運動。視頻剪輯 :表面黏著回流和濕潤了J-鉛終止。 注意:這個文件是1.492Mbyte回流焊開始發生時粘著焊料錫膏的熔點以上溫度,但溫度必須超過約20°C,以確保質量回流。
上述液相焊點的時間長度被稱為“濕潤時間”。 這通常是30-60S最糊。 如果濕潤時間過長,金屬間化合物可能發生在環節,焊點脆弱的結果。
冷卻
一旦產品已達到加熱區的結束,組裝這個過程涉及“降”,或慢慢冷卻,一直到達到一個合適的溫度。 第一階段下降到錫膏焊料的液曲線溫度是重要的關鍵,錫膏焊料是脆弱的,機械超過150°C,所以應採取調整,以避免快速變化的溫度,最後冷卻時減少可能發生的氧化和使用處理上較為安全!回流焊設備
回流的基本方法
有SMT回流焊工業所涉及的四個加熱方式:傳導,潛熱,紅外輻射(IR)和對流。傳導傳熱,發生在不同溫度下的兩個堅實的系統接觸時,在相同的質量,如果存在溫度差, 使用傳導的回流系統包括:
- PCB熱板回流 ,現在主要用於焊錫膏評估,只適用於PCB板進行熱化(如陶瓷基板的單面裝配)。 作為一個手工的過程,它受到來自缺乏控制和傾向撼動crystallising的焊點!
- 隨著一系列的熱點板塊,超過該產品的薄帶進行,這成為“ 帶回流 ”。 帶的功能,為改善傳導,有時由拆“系列取代動議鏈
- 所謂“ 熱棒 ”,它適用於加熱的工具墊焊接頻繁,這是一個形狀方形環。 可提供由傳統的元素(如用烙鐵)或用組合工具/焊接電源送入加熱器熱。
蒸發潛熱被吸收時,由流體變成蒸氣時釋放的蒸汽冷凝熱。 使用這種模式由“冷凝焊接過程。
輻射 :紅外(IR)輻射發射的所有機構和傳熱發生時,在不同溫度下的兩個機構在彼此的視線。 紅外線是一種非接觸式熱轉移過程使用回流焊最早的設計,但現在共存與,大多已被取代,對流加熱。
這些過去三年傳熱的方法,可以實現各級向上從低容量的批處理系統。 後面的部分集中在對流和高容量的(曲)線系統,過程嚴密的控制水平需要使用。
冷凝焊接
在過去被稱為汽相焊接,元件和電路板都沉浸在沸騰的液體蒸氣。 作為液體凝結到涼爽的裝配表面(相對),其潛熱被轉移到板,提高產品的溫度,液體的沸點溫度。流體有兩種類型的目前凝結焊接銷售:
- 全氟化碳,例如,3M Fluorinert - 只含有碳和氟
- 全氟聚醚(例如,GALDEN聚醚) - 含有碳,氟和氧。
這些液體的沸點,可為應用程序選擇:Fluorinert普遍使用的FC-70和GALDEN LS/215都熬在215℃,但全氟可高達260°C沸點
回焊爐機械提供連續駐留,在預熱區,其中會提高到100-160℃,然後(通常約1分鐘。)在“主蒸汽”。 隨著一批機器(圖2),提供一個涼爽的二次蒸汽兼容流體預熱,這也是執行焊接後冷卻。
圖2:批次氣相系統
紅外線回流
所有的物體發出的紅外線,在一定程度上發出的能量水平和發射波長都依賴於對象的絕對溫度。 隨著溫度的升高,傳熱產量成倍增加的第四區(圖3)。 增加在更短的波長源溫度結果;減少在較長波長的溫度結果。圖3:紅外輻射的波長分佈
已使用多年紅外回流錫鉛電鍍。 這是一個熟悉的系統和相對低廉的,在20世紀80年代初開始使用焊膏回流。 板被放置在一個網狀或針輸送系統輸送板通過加熱和冷卻區。
傳熱問 (W.cm 2)之間的一個牛逼 的K源和目標在 T 子介的一般公式是:
其中 ,K是斯特凡·玻爾茲曼常數(5.67x10 12 W.cm,2,K 4)。
幾何觀點因子 V是離開擊中目標的源能量的一小部分。 在SMT回流焊爐烤箱內部設計在0.90-0.95的範圍內產生很高的因素,但是這可以減少本地如果是兩個非常大的組成部分,彼此靠得很近。
所有源E s的發射和吸收了 T因素是最SMT應用範圍0.90-0.95,PCB板材料,焊膏和元件的目標吸收紅外線能量相當不錯,雖然可能難以熱閃亮的黃金成分。
公式的含義是:
- 在熱被轉移到板率是很高的發光表面溫度的依賴,不論是面板或燈
- 不僅容易控制參數方程式右側源的溫度,使紅外線加熱,一般是由不同的熱源溫度控制。
對流回流
強制對流回流發達國家在20世紀80年代末作為替代紅外線加熱,而是使用了一個非常類似的建築概念。 儘管其成本較高,無論是購買和運行(尤其是在氮氣氣流回流),因為在電路(圖4)加熱氣體加熱制度提供了更多的可靠控製性和一致性。圖4:“錐”從會中段的熱氣體擴散
類似蛤殼“烤箱打開顯示對流板
通過改變對流膜係數H或D T溫差的熱量轉移,Q可以修改。
對流係數 h可以對傳熱有明顯的影響,它的價值是關係到很多變數,包括流速和它的“攻角”。 流速增加,增加熱度的轉熱,但這個有實際限制,過高的速度可能會導致部份元件轉移。
流動方向,也有對 Q產生重大影響。 在真正的平行流,有“邊界層”,其中有沒有流體運動,使對流的傳熱率非常低。 這是有利於打破邊界層允許流動來傳遞熱量,自由的對象,垂直流收益率最好的加熱或冷卻的結果,因為沒有邊界層。
其低比熱來傳遞熱量的氣體的能力是有限的,所以對流系統總是需要一個高的氣體流量。 不符合成本效益的使用天然氣只有一次,和實際系統總是在各個區域內的閉環回收氣體。 根據設計,用氣約10-25%將來源於外部,其餘的循環。
圖5:激烈的區域內的氣體再循環
鼓風機馬達加熱室
氣體流量管理
對流烤箱,也可以承受熱負荷的變化。 維持溫度恆定和增加空氣流量,更高質量的組件可以迅速提升到相同的溫度為小型設備。
儘管如此,紅外線仍扮演一個角色,在加熱過程中,只有這樣,才能實現100%的對流系統將在產品沒有室壁有氣流動! 實用的對流系統對流:在70:30至85:15的範圍內的紅外線比率。 傳導也發生熱傳遍產品。
加熱器
某處在氣體收集室和交付孔板之間的循環,它會被加熱。 這是一個爭論點的位置提供最均勻的結果,取決於上的任何全會擴散的效率。熱水器面板上拆除
交通運輸系統
留下一個帶烤箱的回流部分
引腳與輸送網下運輸系統
回流焊採用最上面的玻璃化轉變溫度層壓板,使他們成為剛性較差。 因此不受支持板可能下垂明顯回流期間,留在焊接後彎曲變形。 這使得它很難安裝到任何機櫃,並試圖拼合板將強調組件。
耷拉著不受支持板在回流
板冷卻
冷卻系統的目的是為了確保該產品是液相線溫度低於前退出烤箱。 之間的回流區和冷卻階段的初始冷卻噴射,可以大大減少上述液相提供了一個更嚴格的晶粒結構和更好的焊點時間。 然而,主要產品冷卻通常是基於對大氣水熱交換器,氣體的對流冷卻的產品從底部和頂部。 到了這個階段有關的問題包括:- 助焊劑殘留物積聚處理
- 保持了產品的出口溫度足夠低
- 減少天然氣消費量(氮)。
從以上工作腔的空氣冷卻系統,
自我評估題
你的同事評論說,回流爐看起來像黑盒子,在黏著的聚集,並生產焊接組件。 解釋生產的過程中,將箱內,通常進行的過程中如何。
解決方案:
回流過程
在回流焊過程涉及逐步升溫,首先去除助焊劑揮發,並開始助焊劑活化,然後加入使材料的溫度足夠高的能量最終爆裂,可以進行焊接操作。 然後,當焊膏已形成一個單一的每個環節的液體焊料量,裝配冷卻到凝固的焊點。此過程中出現連續的基礎上,用皮帶或其他表面會通過一系列的加熱和冷卻區,進入烤箱分裂的輸送。 大多數爐吹喉空氣(或氮氣)到組裝,加熱或冷卻關節,雖然一些通過從隧道壁的紅外輻射加熱。 內空氣對流爐的速度是相當高的,但通常的氣體被吹板上垂直向下,使元件在位置保持。
在烤箱控制區範圍內,空氣中循環,與新鮮空氣的比例添加到更換花費的氣(或氮氣),樹脂污染的產品,一般是從最熱的區域中提取爐。 這個循環,提高了系統的熱效率。
加熱速度取決於氣體的流速和溫度。 通常在對流爐的氣體和裝配之間的溫度差異保持在最低限度,為了避免過熱的小部件。
傳熱的大部分發生在加熱區開始的地方,放入烤箱,並在回流階段引入程序集時,在一個快速的斜坡允許焊接在很短的時間發生。 然而,在這兩點之間的中央部分往往是很長。 這是因為有效的焊接需要的所有組件幾乎焊接溫度達到最高爆發前的熱應用。
回流焊“個人資料”
可靠的焊點
高品質,低缺陷焊接需要確定和重複的最佳回流工業:在完全相同的方式對待每塊板 的每一個焊點需要的熱量是如何應用,只要是在可控制的方式。 升溫和降溫的速率必須兼容焊膏和裝配,並暴露在高溫時,必須定義是維護。 焊膏供應商推薦不同的技術條件,為他們的產品,以獲得最佳的性能,尤其是低渣漿。目的是為了提高溫度足夠遠焊膏回流溫度以上的時間和正確的長度,以建立可靠的焊點板和組件終端。 過程是
- 熱到足以使焊料濕潤板和組件
- 不夠冷靜,不損壞被焊接的項目和有
- 可控制的冷卻階段,以確保環節的聲音。
我們還需要確保這兩個組件和板達到回流溫度幾乎在同一時間,以獲得滿意的環節。
溫度分佈
作為一個組裝焊接系統通過移動,它暴露在溫度受控的上升和秋天。 溫度與時間曲線被稱為“溫度曲線”。 一個典型的回流目標輪廓焊接,指示溫度的上升和下降,液相線以上的時間是軍事變革粘貼在圖6所示。 圖7是為減少固體糊,這是能夠容忍少預熱的目標輪廓。圖6:一個典型的RMA式通量的回流曲線目標
圖7:一個典型的減少固體通量的目標回流曲線
峰值溫度 。 對於焊料熔點的179-183°C時,通常是允許的最大峰值溫度220-230℃,最低峰值195-205°C。 如果板太熱:
- 邊緣可能會變成褐色
- SMT元件可能會造成損害
- 間增長推動。
升溫速率最大坡度或“'指定如何快速裝配溫度允許改變。 許多組件,尤其是片式陶瓷電容器,將嚴厲打擊,如果它們的溫度變化太快。 為了最大限度地提高吞吐量,熱剖面通常剛下的最大允許有一個斜坡之間1-3°C / S。
冷卻(負斜率“斜下”)理論上應該是熱率相同,但大多數企業,尤其是有一個短暫的冷卻區的爐,型材,具有較高的負斜坡。 也許,似乎是與氣相系統的情況下,斜坡率可能超過一定溫度的關鍵。
大多數公司的目標為液相 30-60秒以上的時間 ,但90-120秒更是大型集會的典型。 這種較高的最低允許對烤箱溫度下降和機會大會上最酷的地方尚未設置時位於一個安全保證金。 然而,多數焊接專家認為,液相線以上的時間越短越好,如銅錫金屬間化合物的生長,導致焊點錫耗盡而脆。
在實踐中,一個“理想”的文件是不可能實現的一系列零部件,最佳顯示溫度分佈的溫度帶 (圖8),內應保持各個關節。 所以,只要沒有聯合的溫度實際上屬於外廓帶,它可以承擔相當安全,已正確焊接裝配。
圖8:一個輪廓,帶“
測量輪廓
熱電偶是由兩個異種材料一端焊接,形成監測交界處,然後根據使用粘合劑或熔點高的焊料的測試板或組件固定電線。 由於其溫度升高時,線交界處產生的電壓是成正比的溫度。 該輸出可以轉換為溫度和可顯示模擬或數字顯示。 連接圖表記錄儀,熱電偶可以提供一個真實的個人資料時,對時間和紙張的速度已校準。 但因為熱電偶的一端連接到板或組件,並在另一端的監控設備,設置可能很麻煩。個人單位是自足的設備,熱電偶電纜可連接被測板或組件的多個輸入,通過完整的焊接設備。 個人單位設計記錄,持有或傳送到每個熱電偶溫度分佈的信息可以被轉移到一台計算機進行分析。 超過變送器的熱盾的目的是保持在變送器內部溫度低於100°C。
這是不可能的集會上的所有熱電偶將在同一時間進入烤箱。 圖表上記錄,這將導致對時間產生的溫度地塊的分離,是有點混亂。 圖形密謀對前往距離溫度相同的數據變得更加容易了解,這個設施是標準的分析軟件包,陪輪廓單位。
有關烤箱設置產品簡介
回流系統具有可以獨立設置,允許精確控制溫度,作為董事會通過烤箱通過加熱區數量。 然而,每個加熱區的溫度設定點的情節是不相同的板平均氣溫經驗的個人資料。 和每個板上的焊點,將有一個稍微不同的溫度體驗。 這在熱力學謊言的原因:- 如果在這一點上的烤箱溫度較高,大會的任何部分的溫度只能上升
- 更大的烤箱和裝配之間的溫差,更快的組裝溫度將改變
- “熱質”的部分被加熱裝配越大,速度越慢,會升溫。
其中 A是暴露面積(cm 2),T是加熱停留時間(秒),比熱C P(WS /公斤°C時)。 產品的質量為M和比熱是什麼通常被稱為“熱質”。
從公式可以看到,具有更大的熱質量的元件需要更多的熱量輸入,以實現一個給定的溫度上升。 人口與PLCCs大會的部分,例如,將有相當多的熱比用分立元件的部分單位面積質量,因此,要慢升溫。
受輸送帶的速度,溫度區,對流流量,烤箱提取的平均配置。 雖然這些是比以前顯著減少,平均剖面也被處理的產品,其空間分佈,總熱質量和環境溫度的影響。
然而, 個人聯合的個人資料將不同於平均,有時大幅度,因為它是由相關組件的質量,接近和鄰近元件的質量,焊盤的大小,以及旅行的熱量,也影響通過軌道和紙板。
一些溫度差是不可避免的,因為它總是會更容易加熱面積比面積大部件有沒有組件。 然而,為了實現高品質,低缺陷的焊接結果, 所有的關節溫度的經驗必須屬於定義的回流曲線帶 。 這是大會的初步分析的任務,以確保適當調整烘箱參數。 熱電偶將定位找到的最高和最低的峰值溫度,換句話說,檢查配置文件的極端 。 裝配工藝工程師尋找特定類型的非均勻性:
- 配件熱電偶熱質量差,導致上最大和最小的設備
- 爐的均勻性,通過分析多點矩陣,包括上板邊緣點和板中心裸板
- 可重複性,滿載和空載的烤箱上運行測試板型材。
機上設置一些一般性的意見是:
- 大型部件和組件大關節需要一個長期的停留時間,以確保所有的關節達到焊接前的溫度
- 人口稠密的組件非常小關節需要一個相對緩慢的預熱率,以確保效果,如陰影,不會發生
- 較大的組件和密度越高,時間越長,董事會將採取回流
- 困難的部件,尤其是在組件群眾千差萬別,高流速往往比增加該區域的溫度,更好的結果。
- 它建立了一個特別設計發生在給定區域的溫度和輸送速度
- 它使工藝參數進行設置和控制,匹配,正在組裝的元件和電路板材料使用的焊膏。
引用
“回流焊的問題之一是如何讓您錫膏的熔點以上印刷線路板上最冷的焊接位置,而最熱的地點不超過規定的最大溫度為回流焊”。自我評估題
如何在表面貼裝裝配您的合作夥伴確保所有的板子上的元件享受盡可能接近相同溫度的經驗“,從而創造滿意的關節?
解決方案
平等的溫度經驗
首先回答問題的第二個詞組,確保每一個關節的預期溫度的經驗,是確保所有的關節有相同的高品質和低缺陷率的唯一途徑。 溫度過低,焊錫可能不濕板和組件;太熱,可能會損壞裝配;太長高於液相,金屬間化合物的生長,可能會損害關節的可靠性;太快了一個斜坡率和片式陶瓷電容器打擊,這將減少他們的長期可靠性。溫度經驗的差異來源是組件熱質量和面積不同,所以,無論是熱輸入量和溫度的升高率會有所不同。 分析的藝術在於確保所有元件在一個可接受的信封撒謊。
烤箱控制,通過設置輸送帶的速度,區域溫度設定(頂部和底部),並在每個區域的流速,雖然能夠控制這些不同類型的烤箱差別很大。 由於溫度的滯後和皮帶的相對運動速度快,烤箱設置和組件的影響之間的對應關係來衡量,不能從第一原理計算。
測量技術是解決熱群眾和地點的整個範圍盡可能代表大會上的點,熱電偶(使用粘合劑或熔點高的焊料)。 通常情況下,三,八熱電偶將用於此。 這些熱電偶是一個配置單元的投入,對時間的溫度記錄。 通過烤箱旅行背後被異形板,在足夠的距離,從董事會不影響結果,並從烤箱環境由熱絕緣套管保護。
探查收集的信息分析與合適的軟件,這使得覆蓋和比較,從不同的熱電偶結果雙方對彼此和對目標輪廓,幫助分析。 從每個測試運行的信息進行分析和烤箱設置適當的更正,並測量序列的迭代,直到所有的樣品板上的接頭可以通過回流過程和配置文件範圍內。
測量這樣一個樣本輪廓板,當然是使每個關節上的測量回流焊過程中,後者是不切實際的代理。 為了提高剖面實驗是代表實際生產的可能性,彙編使用反饋相結合,從烤箱反复分析樣品板(控制溫度,傳送帶速度,有時對流流速)。 根據該公司,可貌相開展每班或每星期一次。 其目的是提醒操作員在預定的配置的重大變化,特別挑選了長期漂移。 這些往往是由於助焊劑殘留物的積累造成的烤箱特性的變化。
雙面回流
雙面回流的關鍵問題是:- 第一面回流兩次 ,其中“年齡”的關節。 也就是說,關節的地步,他們可能開始去濕正朝著
- 在第二次回流操作下方的組件只支持焊料的表面張力,是容易受到任何形式的機械干擾,尤其是其中部分是在關係到他們的焊盤尺寸/焊料量重
- 在第二次回流,以前濕的關節正在回流無任何防護通量的利益。 氧化降低焊料的表面張力,從而減少了對組件的隆起。
至於過程方面,應注意:
- 以盡量減少液相線以上的時間
- 刪除任何衝擊或振動源
- 在選擇膏,以確保助焊劑殘留有一些持續防護能力,第二面回流。
一個常見的誤解是獨立的頂部和底部的熱量控制,將使無雙面回流,回流兩次頂偏。 這不起作用,大部分產品,因為它們是熱太薄。 雖然獨立的頂部/底部加熱控制,可以降低產品的翹曲,並在雙輸送機的幫助下,大部分機器都有這個功能,但在相同的值設置的頂部和底部加熱器!
自我評估問題
使回流焊過程中的錯誤的東西,可以去盡可能多的名單。 這些可能你的設計作出貢獻?
解決方案
與回流過程中的幾個問題
回流後的許多缺陷是不一定由於回流過程本身,但只有變得很明顯,一旦焊膏已回流的材料,印刷或安置的缺陷的結果。我們的故障列表包括:
燒板 | 短路 | ** | |
組件的運動 | * | 焊球 | * |
損壞的陶瓷電容器 | * | 錫珠 | * |
去濕 | 焊接排水 | *** | |
故障自對準 | * | 焊料膏飛濺 | * |
“不足”的焊錫 | * | 焊料排汗 | * |
雙面回流丟失的組件 | * | 墓碑 | ** |
潤濕性差 | 未重排的焊料膏 |
更微妙的問題大多涉及到孔設計和焊膏量目的的聯合,這可能會導致在開放電路或短路,或缺乏對稱性的設計,這可能會導致如墓碑的影響。 對在上述名單中的項目,我們已與一個或多個星號(三個最顯著的),每個故障類型很可能已造成的設計師在何種程度上表示。