回流焊工程培训教材
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SMT回流焊接基礎培訓教材一、傳統制程簡介傳統穿孔式電子組裝流程乃是將元件之引腳插入PCB的導孔固定之後,利用波峰焊(Wave Soldering)的制程,如圖一所示,經過助焊劑塗布、預熱、焊錫塗布、檢測與清潔等步驟而完成整個焊接流程。
徐圖一.波峰焊制程之流程二、表面黏著技術簡介由於電子工業之産品隨著時間和潮流不斷的將其産品設計成短小輕便,相對地促使各種零元件的體積及重量愈來愈小,其功能密度也相對提高,以符合時代潮流及客戶需求,在此變遷影響下,表面黏著元件即成爲PCB上之主要元件,其主要特性是可大幅節省空間,以取代傳統浸焊式元件(Dual In Line Package;DIP).表面黏著組裝制程主要包括以下幾個主要步驟: 錫膏印刷、元件置放、回流焊接.其各步驟概述如下:錫膏印刷(Stencil Printing):錫膏爲表面黏著元件與PCB相互連接導通的接著材料,首先將鋼板透過蝕刻或雷射切割後,由印刷機的刮刀(squeegee)將錫膏經鋼板上之開孔印至PCB的焊墊上,以便進入下一步驟。
元件置放(Component Placement):元件置放是整個SMT制程的主要關鍵技術及工作重心,其過程使用高精密的自動化置放設備,經由電腦編程將表面黏著元件準確的置放在已印好錫膏的PCB的焊墊上。
由於表面黏著元件之設計日趨精密,其接腳的間距也隨之變小,因此置放作業的技術層次之困難度也與日俱增。
回流焊接(Reflow Soldering):回流焊接是將已置放表面黏著元件的PCB,經過回流爐先行預熱以活化助焊劑,再提升其溫度至183℃使錫膏熔化,元件腳與PCB的焊墊相連結,再經過降溫冷卻,使焊錫固化,即完成表面黏著元件與PCB的接合。
三. SMT設備簡介1.Stencil Printing: MPM3000 / MPM2000 / PVⅡponent Placement: FUJI ( CP643E / CP742ME & QP242E / QP341E )3.Reflow Soldering: FURUKAWA( XN-425PHG / XN-445PZ / XNⅡ-651PZ ) ETC410, ETC411.四. SMT 常用名稱解釋SMT : surface mounted technology (表面貼裝技術):直接將表面黏著元器件貼裝,焊接到印刷電路板表面規定位置上的組裝技術.SMD : surface mounted devices (表面貼裝元件): 外形爲矩形片狀,圓柱行狀或異形,其焊端或引腳製作在同一平面內,並适用于表面黏著的電子元件.Reflow soldering (回流焊接):通過重新熔化預先分配到印刷電路板焊墊上的膏狀錫膏,實現表面黏著元件端子或引腳與印刷電路板焊墊之間機械與電氣連接.Chip : rectangular chip component (矩形片狀元件): 兩端無引線,有焊端,外形爲薄片矩形的表面黏著元器件.SOP : small outline package(小外形封裝):小型模壓塑膠封裝,兩側具有翼形或J形短引腳的一種表面組裝元器件.QFP : quad flat pack (四邊扁平封裝): 四邊具有翼形短引腳,引腳間距:1.00,0.80,0.65,0.50,0.40,0.30mm 等的塑膠封裝薄形表面組裝集體電路.BGA : Ball grid array (球柵列陣): 積體電路的包裝形式,其輸入輸出點是在元件底面上按柵格樣式排列的錫球。
无铅回流焊系统培训资料目录1概述2培训纲要3安全生产4内容简介1.概述本培训资料仅是目录和纲要,其具体内容将参考该设备的操作说明书。
2.培训纲要设备简介设备操作按钮介绍设备操作的注意事项设备的操作系统启动与退出计算机各窗及菜单使用说明温度曲线分析及标准炉温设置设备的日常维护和保养设备常见故障及检修3.安全生产一,人身安全实际使用本机和附属装置的操作人员以及保养、维修人员为了避免发生人身伤害事故,须注意以下事项:1.为了防止触电事故,在打开电源的情况下请不要打开电器箱。
2.为了防止人身伤害,请不要在卸掉安全外罩、装置等情况下运转机器。
3.为了防止人身伤害,请不要把头发、衣服等卷进传送带链条中。
4.注意高温表面,必要时须戴手套。
5.为了防止人身伤害,维修时(加油、调整、日常维修)请关掉电源。
6.为了防止人身伤害,请在供电电路上安装漏电断路器。
7.机器运转时,注意手不要碰到驱动部分。
8.为了防止炎症,皮肤皱裂,如果眼睛或身体上沾到润滑油请立即清洗。
9.为了防止突然启动造成事故,维修之前请卸掉空气供给源的管子,排放出内部的空气后再进行维修。
10.为了防止人身伤害,进行修理、调整、更换零件的作业后,请一定确认螺丝、螺母是否拧紧。
11.拔掉电源时,请手拿插头,不要拿电线拔。
12.机器运转时,请不要将身体探入机器内。
二、设备安全1.设备只能由专业维护及维修人员或培训合格的人员进行操作2.电之前,应确认外接输入电源与该设备的额定电压及电流相符3.设备内含高温装置及机械传动,操作时应注意人身安全4.操作本设备前请仔细阅读用户手册;5.请按用户手册对本设备进行维护与保养;6.请不要把本设备安装在电磁干扰源附近;7.勿改变本设备电控箱内的软体及硬体设置;8.请勿将设备放置于湿度过高处。
9.请勿将液体及杂物注入设备内部。
10.请勿将UPS插头插入家用电器,如吹风机。
11.UPS内含的电压具潜在危险性,维修必须由合格的技术人员执行。
一、目的:为使装配部的新进员工及在职员工对本公司焊锡的工艺要求、焊锡要点、烙铁的使用等有一个初步认识,以便上岗后更容易胜任本工位的作业,育成多能工,特制订本教材。
二、适用范围:本公司装配部PCB的新进员工及在职员工技术人员均适用。
三、内容:1、焊接的原理:焊接是使金属连接的一种方法。
它利用加热等手段,在两种金属的接触面,通过焊接材料的原子或分子的相互扩散作用,使两金属间形成一种永久的牢固结合。
利用焊接的方法进行连接而形成的接点称为焊点。
2、焊接的分类:焊接通常分为熔焊、插焊和接触焊三大类。
2-1、熔焊:利用加热被焊件,使其熔化产生而焊接在一起的焊接技术。
如气焊、电弧焊、超声波焊等。
2-2、插焊:用加热熔化成液态的金属,把固体金属连接在一起的方法称为插焊。
在插焊中起连接作用的金属材料称为焊料。
作为焊料的金属,其熔点低于被焊接的金属材料。
插焊按焊料熔点的不同可分为硬焊(焊料熔点高于450摄氏度)和软件包焊(焊料熔点低于450摄氏度)。
2-3、接触焊:一种不用焊料与焊剂即可获得可靠连接的焊接技术。
如点焊、碰焊等。
3、锡焊的特点:采用锡铅焊料进行焊接称为锡铅焊,简称锡焊,属于软焊。
锡焊是最早得到广泛应用的一种电子产品的布线连接方法。
当前,虽然焊料技术发展很快,但锡焊在电子产品装配中仍占连接技术的主导地位。
锡焊与其他焊接方法相比具有如下特点:3-1、熔点低,适用范围广。
锡焊属于软焊,焊料熔化温度在180℃-420℃之间。
除含有大量铬和铝等合金的金属材料不宜采用焊接之外,其它金属材料大都可采用锡焊焊接,因而适用范围广。
3-2、焊接方法简便,易形成焊接点。
锡焊焊点是利用融熔的液态焊料的浸润作用形成的,因而对加热量和焊量都无须有精确的要求,就可以形成焊点,例如使用手工焊接工具电烙铁进行焊接就非常方便,且焊点大小允许有一事实上的自由度,可以一次形成焊点。
若用机器进行焊接,还可以成批形成焊点。
3-3、成本低廉,操作方便。
目录第一部分:HELLER回流焊外观及结构1.1外观介绍1.2轨道传输机构1.3加热系统1.4冷却机构第二部分:HELLER觃格特性参数资料2.1 HELLER之觃格与特性第三部分:HELLER应用软体操作向导3.1 Heller中文操作说明3.2 Heller部分参数简介3.3 Heller用户密码的设定第四部分:HELLER保养知识简介第五部分:HELLER 设备保修条例第一部分HELLER回流焊外观及结构1.1外观介绍HELLER REFLOW OVEN 采用PC机自动控制,界面直观,机器四周及上面PANEL可以灵活拆卸,更方便操作和维护。
总电源开关:“I”接通电源;“O”断开电源。
彩色显示器:显示操作信息,操作更直观。
方便操作者了解目前工作状态,准确显示机器当前各项参数。
键盘:输入信息,完成对机器控制。
三色灯:显示机器工作状态红色---机器处于ALARM状态,此时机器无法工作。
必须排除故障。
黄色---WARNING状态或者NEW JOB下载绿色---机器处于正常状态例如:某温区设定温度为200度,WARNING范围设定为15度,ALARM 范围设定为40度,当前温度处在185~215度时亮绿色灯,当前温度在160~185度或者215~240度时亮黄色灯,当前温度在低于160度或者高于240度时亮红灯。
RESET键:每当按下E-STOP键后重新开机时需要按下RESET键以初始化炉子;当机器刚开始生产时需要按下RESET键。
E-STOP键:当炉子出现紧急情况时按下E-STOP键以中断所有电源,只有电脑继续工作。
EHC KEY:用于调节轨道宽度EHC速度旋钮:用于调节轨道宽度调整移动速度HOOD KEY:用于炉子控制HOOD的升降AUTO-LUBE键:炉子链条的手动润滑控制键FLUX FILTER指示灯:需要更换过滤纸时灯会亮1.2道传输机构轨道传输机构包括轨道、链网、链条、轨道宽度调整机构、ENCODER、KBLC卡、CONTROLLER卡、MOTOR等部分轨道---由铝合金制造,用于控制PCB在炉子里的传输移动方向链网---用于400度的炉子,具有防掉板的功能链条---其速度可有软体设定,用于传送PCB板,其带有自动润滑装置,润滑装置有电脑自动控制。
一、目的:全面掌握膏回流浸锡工艺和设备性能,保证设备正常运行,减少设备故障发生,从而更有效地保证品质。
二、适用范围:1.从事调试锡炉的组长和技术人员。
2.从事测试锡炉温度即打印温度曲线的组长和技术人员。
三、内容:1.关于锡膏:详细内容见《P板工艺》(M-T-016)的P3~9。
2.回流浸锡设备工艺特点:详细内容见M-T-016《P板工艺》P32~P39。
3.温度曲线打印管理方法:详细内容见M-QS-010《温度曲线打印管理作业指导书》。
4.回流浸锡炉的结构:回流浸锡炉是一种通过多重预热,然后再通过回流加热,从而使基板之零部件牢固焊锡于基板相应之铜箔处的浸锡设备。
主要由以下几个部分组成:4.1加热箱(加热装置)加热箱一般由两个或以上预热箱,一个或一个以上回流加热箱组成.4.2输送带(传动装置)输送带是将安装工程之半成品,从浸锡炉入口按一定速度输送到浸锡炉出口的传动装置之一,当安好零部件之基板,从出口出来之时,它的浸锡过程也就结束了.4.3排气系统在回流加热箱后的头部、尾部,各装有一个排气通道,强制冷却后的废气通过该排气通道排出车间外。
4.4冷却系统冷却系统主要是通过多翼扇的强制冷却,从而使浸锡后之焊锡温度按要求快速降低并凝固.4.5数字显示系统该系统主要显示预热温度,回流温度,鼓风机频率,输送带速度,以及时间、日期显示等。
5.回流浸锡炉的操作方法:5.1开机前必须按设备点检表之内容逐一进行点检,然后开机作业,打开电源.5.2依次按下MAINSWITCH、READY、OPERATION键。
5.3待锡炉显示数据与设定相符(约需30分钟左右),即能开始烘烤.5.4锡炉停止烘烤时,依次按下OPERATION OFF、READYOFF、MAIN SWITCH键即可,但不能立刻切断总电源,如需切断总电源时,应等候30min,方可断开。
以上操作方法是以TAMURA回流所作说明,不同型号参照对应说明书。
6.回流浸锡炉常见故障分析:6.1按钮开关按下,指示灯未亮.①总开关未开;②指示灯泡失灵;③总开关失效.6.2按钮开关按下,机器不运行.①总开关未开;②按钮开关失效;③继电器失效;④链条卡死;6.3链条在工作状态突然停止:①继电器烧坏;②链条卡死;③碰到紧急开关;④回流温度下降到设定温度以下.6.4显示表不显示:①热电偶感应器脏、失效;②相连电路线断;③显示表失效。
6.5预热区/回流区温度太高/太低①电压太高/太低;②继电器烧坏;③电流被截断.6.6预热区/回流区各点温度各异:①电机未开启;②皮带磨损、断;③皮带打滑、松动。
6.7抽风不起作用:①开关未开启;②电机烧坏;③抽风门未打开/堵塞6.8紧急停止开关报警①紧急停止开关按下;②实际温度低;③预热区:回流区发热管断,引起温度低.④当显示为过载报警信息时,传感器脏,清洗传感器后OK.7.日常、定期保养要求:详细内容《设备保养内容一览表》7.1每天作业前,应提前打开设备上各控制开关,检查温度升到设定温度后才可投入.7.2每天下班后必须对链条上的脏物,冷却装置处进行清扫,必要时还需关闭所述电源,用酒精擦拭,设备四周可用布条进行.7.3因设备是密封式,相关人员必须定期对下列部位进行保养:①各传动轴,齿轮轴必须清扫,清扫完毕,还需打黄油;②各紧固螺丝是否松动,脱落③皮带是否磨损,断裂④冷却装置是否清洁,电机是否转动.⑤抽风管道内脏物必须清除干净⑥链条上的脏物必要时用钢刷清除.⑦配电箱内灰尘是否清除干净,各信号线是否松动,破损。
⑧各式各样控制开关是否失效。
⑨各发热管是否工作正常。
8.操作安全事项:8.1当锡炉运行中发生故障时,应立即联络技术员予以排除.8.2炉体及其附近严禁放酒精等易燃、易燃物品、输送带上严禁放重物。
8.3严禁身体靠近输送带链条和用手触摸链条.8.4有紧急情况,必须立即按两端红色紧急停止键,并立即报告上级主管或当班技术员.8.5清除链条上的脏物时,切忌温度设定过高,以免用酒精清除时失火.8.6清除时一定要小心,防止手或布条卷进,CV速度不要开得过快.8.7回流炉前必须配备灭火器材.9.回流浸锡不良原因及处理方法:9.1锡炉掉部(产)品:①产品放到链条上未放好;②产品投入前和捡产品处有间隙,一般要求此两处相关人员密切注意;③链条在齿轮上抖动,一般可能是齿轮和链条不吻合;④放产品太靠近链条边缘,一般不允许在浸锡过程中有这种现象发生9.2生半田:①设定温度较低(预热区、回流区),需重新检讨;②CV速度较快,根据产品要求调整;③鼓风机电机开关未打开;④抽风开关打得过大9.3短路/锡少①设定温度不妥;②铜箔处氧化;③鼓风机频率未调好,一般需调大;④C V速度过快,产品没有足够的预热、回流。
回流温度曲线的一般技术要求及测试方法一、回流温度曲线在生产中地位:回流焊接是在SMT工业组装基板上形成焊接点的主要方法,在SMT工艺中回流焊接是核心工艺。
因为表面组装PCB的设计,焊膏的印刷和元器件的贴装等产生的缺陷,最终都将集中表现在焊接中,而表面组装生产中所有工艺控制的目的都是为了获得良好的焊接质量,如果没有合理可行的回流焊接工艺,前面任何工艺控制都将失去意义。
而回流焊接工艺的表现形式主要为回流温度曲线,它是指PCB的表面组装器件上测试点处温度随时间变化的曲线。
因而回流温度曲线是决定焊接缺陷的重要因素。
因回流曲线不适当而影响的缺陷形式主要有:部品爆裂/破裂、翘件、锡粒、桥接、虚焊以及生半田、PCB脱层起泡等。
因此适当设计回流温度曲线可得到高的良品率及高的可靠度,对回流温度曲线的合理控制,在生产制程中有着举足轻重的作用。
二、回流温度曲线的一般技术要求及主要形式:1.回流温度曲线各环节的一般技术要求:一般而言,回流温度曲线可分为三个阶段:预热阶段、回流阶段、冷却阶段。
①预热阶段:预热是指为了使锡水活性化为目的和为了避免浸锡时进行急剧高温加热引起部品不具合为目的所进行的加热行为。
·预热温度:依使用锡膏的种类及厂商推荐的条件设定。
一般设定在80~160℃范围内使其慢慢升温(最佳曲线);而对于传统曲线恒温区在140~160℃间,注意温度高则氧化速度会加快很多(在高温区会线性增大,在150℃左右的预热温度下,氧化速度是常温下的数倍,铜板温度与氧化速度的关系见附图)预热温度太低则助焊剂活性化不充分。
·预热时间视PCB板上热容量最大的部品、PCB面积、PCB厚度以及所用锡膏性能而定。
一般在80~160℃预热段内时间为60~120see,由此有效除去焊膏中易挥发的溶剂,减少对元件的热冲击,同时使助焊剂充分活化,并且使温度差变得较小。
·预热段温度上升率:就加热阶段而言,温度范围在室温与溶点温度之间慢的上升率可望减少大部分的缺陷。
对最佳曲线而言推荐以0.5~1℃/sec的慢上升率,对传统曲线而言要求在3~4℃/sec以下进行升温较好。
②回流阶段:·回流曲线的峰值温度通常是由焊锡的熔点温度、组装基板和元件的耐热温度决定的。
一般最小峰值温度大约在焊锡熔点以上30℃左右(对于目前Sn63 - pb焊锡,183℃熔融点,则最低峰值温度约210℃左右)。
峰值温度过低就易产生冷接点及润湿不够,熔融不足而致生半田,一般最高温度约235℃,过高则环氧树脂基板和塑胶部分焦化和脱层易发生,再者超额的共界金属化合物将形成,并导致脆的焊接点(焊接强度影响)。
·超过焊锡溶点以上的时间:由于共界金属化合物形成率、焊锡内盐基金属的分解率等因素,其产生及滤出不仅与温度成正比,且与超过焊锡溶点温度以上的时间成正比,为减少共界金属化合物的产生及滤出则超过熔点温度以上的时间必须减少,一般设定在45~90秒之间,此时间限制需要使用一个快速温升率,从熔点温度快速上升到峰值温度,同时考虑元件承受热应力因素,上升率须介于2.5~3.5℃/see之间,且最大改变率不可超过4℃/sec。
③冷却阶段:高于焊锡熔点温度以上的慢冷却率将导致过量共界金属化合物产生,以及在焊接点处易发生大的晶粒结构,使焊接点强度变低,此现象一般发生在熔点温度和低于熔点温度一点的温度范围内。
快速冷却将导致元件和基板间太高的温度梯度,产生热膨胀的不匹配,导致焊接点与焊盘的分裂及基板的变形,一般情况下可容许的最大冷却率是由元件对热冲击的容忍度决定的。
综合以上因素,冷却区降温速率一般在4℃/S左右,冷却至75℃即可。
2.目前应用较广泛的两种回流温度曲线模式:①升温—保温方式(传统温度曲线)·解说:由起始快速温度上升至140~170℃范围内某一预热温度并保持,TP H H —TP HL要根据回流炉能力而定(±10℃程度),然后温度持平40~120S左右当作预热区,然后再快速升温至回流区,再迅速冷却进入冷却区(温度变化速率要求在4℃/sec以下)。
·特点:因为一般都取较低的预热温度,因而对部品高温影响小(给部品应力小)故可延长其加热时间,以便达到助焊剂的活性化。
同时因为从预热区到回流区,其温度上升较为激剧,易使焊接流变性恶化而致移位,且助焊剂活性化温度也低。
②逐步升温方式(最佳温度曲线):·解说:以慢的上升率(0.5~1℃/sec)加热直到大约175℃,然后在20~30S内梯度上升到180℃左右,再以2.5~3.5℃/sec快速上升到220℃左右,最后以不超过4℃/sec快速冷却下降。
其管理要点是保持一定的预热温度上升率,预热的终点接近锡的熔点温度。
·特点:部品不受激剧的温度变化,助焊剂的活性化温度可以设定较高,但助焊剂的活性化时间短,同时预热温度高而使部品受高温影响。
③比较以上两种回流温度曲线模式,主要的不同是后者无高原结构(即恒温加热区)的温度曲线部分。
目前我们公司主要是用前者。
④由于基板结构及其元件吸热性的差异,以及设备可控制加热率的限制,在穿过回流炉的基板不同点温度仍然会存在差异,借由一个减少温度梯度的高原形式的平衡区,在热点温度到焊锡溶点温度以下时,保持此温度一段时间,则冷点温度将有力赶上它,在每个元件达到相同温度之后,另一个快温升程序将使元件上升到峰值温度,这样可有效避免局部生半田或局部高温焦化的现象。
⑤另一方面,前者高原结构的获得,则在室温至恒温预热段以及恒温段至焊锡熔融段必然会出现一个快速升温的过程,而此快速升温过程对因溅落而引起的焊锡球,在焊锡融点前部品两侧润湿不平衡而引起翘件等不良又有密切关系,很多品质问题都希望在室温到焊锡溶点之间采用线性上升加热温度曲线来预防消除。
3.常见回流浸锡不良与温度曲线关系(仅是基于回流工艺的考虑)①锡桥接(短路)不良是焊锡热融落造成的结果,只发生在熔点以下的焊膏阶段。
由于分子热运动效应,固定成份和化学结构的材料的粘度随温度上升而下降,在较高温下粘度的下降将产生较大的热融落;另一方面,温度的上升常使助焊剂脱出较多的溶剂并导致固态含量的增加而致使粘度上升。