SMT高级工程师教案---SMT回焊与锡炉相关参数设定

SMT回焊与锡炉相关参数设定SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本焊接模式及特性差异焊接加热基本因素●加热温度●升温速度●均温温度及时间●焊接温度及时间●加热(热传导)量SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本焊接模式及特性差异●回焊焊接(BGA)静态焊接：焊接时焊点本身已具备焊锡(锡膏，锡球…)，加热后形成焊接●波焊焊接(手插件)动态焊接：焊接时焊点靠截取锡槽内流动之焊锡形成焊接●烙铁焊接动/静态焊接：焊接时靠吸取外加之焊锡(锡丝…)，但缺乏动态焊接之优点(流动性不足)，焊点残留氧化物及助焊剂SMT 回焊与锡炉相关参数设定回焊过程及温度效应回焊过程：过焊加热方式通常在零件及PCB由外部(表面)加热后再传导至内部，使内部升温至与焊点表面温度接近，且温度足以将锡膏熔化(183度C以上)后透过锡膏内含之助焊剂清除焊接表面后形成接合温差效应：不同尺寸，体积，数量，封装方式及材质之零件与不同面积，层数及厚度等之PCB，其加热(吸热)量及加热时间皆有不同之需求因此产生温差，为取得温差平衡并配合锡膏熔解形成焊接时对温度及时间之需求，因此必须设定”回焊加温曲线”(REFLOW PROFILE)SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本焊接模式及特性差异●静态焊接(回焊)之特性：⏹焊接时熔锡缺乏流动性，不易突破液体表面张力⏹焊点表面氧化物清除后及助焊剂残留物残留于焊点表面，阻碍焊点之结合并增加表面张力⏹焊点间必须”接触”(透过锡膏或其它介质如助焊剂类)⏹受加热环境，需求，模式及工具…等，变因之影响，参数设定较为复杂(如加热温度，加温速度，加热量及焊接时间等)⏹被动焊接仅提供加热环境，焊接质量完全受外在因素影响，如锡膏印刷量印刷质量，吃锡性(氧化…等)SMT 回焊与锡炉相关参数设定回焊加热之特性热集肤效应及其对回焊所产生之影响●高温集中于表面(零件，PCB及锡膏)⏹零件破裂(大型零件)⏹锡膏未完全溶解●小型零件提早达到焊接温度⏹墓碑效应⏹锡球产生●PCB加温速度落后于零件加温速度⏹PCB焊垫与熔锡(锡膏)接面冷焊⏹PCB焊垫与锡球(BGA)接面冷焊SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本回焊模式及差异●气相法(VAPOR PHASE)⏹以高温气体对零件及PCB加温⏹加热环境热分布良好⏹零件及PCB/表面与内部间易产生较大温差⏹热集肤效应较明显●IR回焊⏹以IR照射方式对零件及PCB加热⏹加热环境热分布较差⏹加温速度较慢●热风回焊⏹将IR/加热管产生之高温透过风扇产生流动⏹加热环境热分布平均，但热风流动易产生类似气相法回焊之加温环境，热集肤效应更明显SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本回焊模式及差异●回焊加入氮气零件表面，PCB焊垫表面及锡膏，在焊接过程中因空气中之”氧”而造成氧化并产生氧化物氧化物之存在对于回焊制程(静态焊接)之影响更为明显，氧化物残留于焊点及熔锡(锡膏)表面将阻隔熔锡与焊接面之结合，并增加熔锡之表面张力为减少回焊”氧化”之产生，因此将氮气灌入回焊炉内将炉内之空气(氧)排出●回焊炉加氮气方式⏹全密闭式⏹半循环式⏹全循环式SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本回焊模式及差异●回焊加入氮气之优点及注意事项优点：⏹焊接性改善(空/冷焊减少)⏹焊接残留物减少(助焊剂，氧化物残留)⏹焊接面平整，光亮须注意事项：⏹短路机率增加⏹焊接强度不足机率增加(锡膏量不足时)⏹墓碑效应机率增加⏹锡球产生机率增高⏹使用成本偏高⏹回焊速度不可因使用氮气而过度提升⏹氮气浓度应稳定控制⏹使用半循环方式之设备应加强保养SMT 回焊与锡炉相关参数设定回焊曲线设定基本考虑因素：●零件：温度设定优先考虑之零件或制程⏹最大尺寸及热需求量最高之零件(如QFP，PLCC，BGA，零件附散热片金属盖，…等)⏹密度较高之区域(大型零件，高需热类)⏹PTH零件REFLOW制程⏹对高温敏感(易损坏)之零件●回焊炉加热区数量：⏹加热区数量较多之设备，可选择以较高之回焊速度，配以较多之加热区逐步加温⏹加热区数量较少之设备，应优先选择降低回焊速度，再搭配温度之设定(配备氮气亦相同)SMT 回焊与锡炉相关参数设定回焊曲线设定基本考虑因素：●锡膏熔点：183度C(63/37 锡铅比)●电路板：尺寸/层数/厚度⏹大尺寸，多层数及较厚之PCB，需热量较高，PCB温度扩散较慢(均温时间较长)，加温模式应优先考虑降低回焊速度，再辅以提高设定温度⏹小尺寸，少层数及较薄之PCB，则可选择较快之回焊速度，及较高之设定温度，以减少PCB之弯曲，但仍须焊垫设计上之配合，以减少墓碑效应之发生SMT 回焊与锡炉相关参数设定回焊曲线设定基本考虑因素：●加热模式⏹IR加热纯IR加热方式因温度扩散性较差，而需要较长之加热时间，也因此使加热速度受到限制，但回焊熔锡区时间过长将影响焊接性，因此可考虑将熔锡区温度提高⏹热风加热热风加热方式温度扩散速度快，热气流之快速流动，加上过快之回焊速度及较高之设定温度，易加速小型零件之温度集肤效应之产生，而拉大零件与PCB间温差而形成墓碑效应，因此使用热风加热，应降低回焊速度及温度(配备氮气亦相同)SMT 回焊与锡炉相关参数设定回焊曲线设定基本考虑因素：●预热加热温度及时间⏹温度110-130度C⏹时间1-2分钟●均温温度及时间⏹温度120-160度C⏹时间2-3分钟●焊接区加温时间⏹40-90秒(180度C)●最高温及时间⏹温度210-240度C⏹时间5-15秒File=SMOLE 70MAXIM X 3= 1= 2= 4= 5=161MAX X Deg/Point De 3= 1=2= 4= 5=MIN(1)=98.9 MID(2)=150.0 HI(3)=182.8 MAX(4)=233.9 ECOTher mocouple location 1=U50 2=R503=U12 4=U3 Time=above each reference line (HH ：MM ：SS). 00：04：47 00：02：35 00：01：03 00：00：00 999% 00：04：43 00：02：49 00：01：09 00：00：00 999% 00：04：44 00：02：38 00：01：10 00：00：00 999% 00：04：45 00：02：28 00：01：01 00：00：00 999% 5=0510 00：04：45 00：02：44 00：01：09 00：00：00 999% F1-F4=Sample 1-4 F5=Rescalex ：F6=ReScaey ：F7=Print ：F8=HELP ：24681012141618205080757065605585454035302520151050 t(s)： 蚓) 5.8300File=MOLE6M.O.L.SMT 回焊与锡炉相关参数设定1234100200MAXI X 3= 1= 2= 4= 5=3= 1= 2= 4= 5=MAX SLOPES X Deg/SecSample1 X=41 Sample2 X=106 Sample3 X=258 Sample4Thermocouple location Temp Slope Temp Slope Temp Slope Temp 1=U21 64 SEC 33.9 0.6 115.6 0.4 183.9 1.1 177.2 -1.3 *=C531 70 SEC 31.7 0.4 115.0 0.7 183.9 1.1 183.9 -1.53=U11 61 SEC 32.8 0.6 108.9 0.2 180.0 1.1 176.1 -1.9 4=U4 57 SEC 33.9 0.7 108.9 0.4 180.6 0.9 177.8 -0.4 5=U500 68 SEC(BOT) 31.1 0.2 121.7 0.6 185.0 1.1 176.1 -3.0F1=Sample 1;F2=Sample;F3=Sample 3; F4=Sample 4 F5=Print; F6=HELP; 4.769BATT=Temp=SLOPE 1.28基本焊接模式及特性差异●动态焊接(波焊)之过程⏹助焊剂供应锡炉焊接PCB底部首先经助焊剂供应(发泡/喷雾)，以改善焊接效果⏹PCB预热PCB经助焊剂供应后，进行预热烘烤，主要目的在提升PCB温度减少PCB温度(底部)，在焊接时与锡波之温差及热冲击，同时将助焊剂烘干，以减少焊接时锡球之产生⏹焊接焊接时锡波接触经助焊剂清洗之焊点(零件及焊垫)表面，焊点吃锡同时锡流将作用后之助焊剂带离完成焊接SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本焊接模式及特性差异●动态焊接(波焊)之特性⏹锡槽提供足量之焊锡来源，焊接时焊点浸泡于锡波中，增加吃锡机率⏹流动之锡波有助于将焊点之氧化物带离，改善焊锡性⏹主动焊接(吃锡)，吃锡量稳定，锡波温度固定且稳定⏹焊接热量/度，主要由锡波堤供，焊锡对焊点直接加热，加热速度快但热冲击较大⏹焊接时液面表面张力小(被零件脚刺破)有助吃锡錫爐加熱SMT 回焊与锡炉相关参数设定●动态焊接(波焊)⏹助焊剂供应系统发泡式：--较小发泡尺寸(发泡石)--较低发泡压力--较小之PCB与发泡间隙--较高之助焊剂存量(助焊剂槽)--较小之发泡嘴内部空间喷雾式：--较小之网目尺寸(网目式)--较快之滚统转速--较慢之喷雾(喷嘴)速度(喷头式)--准确之喷雾时间--较小之喷雾压力--较小之PCB与喷雾间隙SMT 回焊与锡炉相关参数设定●动态焊接(波焊)⏹PCB预热--较大/长之加热面积--较高之加热温度--逐步升温--较慢之加热速度--上下层同时加温(在可能之条件下)⏹锡炉--较慢之锡波流速--较慢之回流流速--较小之PCB与锡波间隙⏹PCB承载--较小之PCB 2侧内压力--平稳之PCB 承载SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本焊接模式特性差异烙铁焊接●动/静态焊接模式之特性⏹烙铁头高温但热传导量不足⏹高温集中对较小焊点(垫)易造成伤害⏹熔锡流动但流动性差⏹助焊剂残留且量多(污染PCB)⏹焊锡量不易控制(较小及高密度焊点)SMT 回焊与锡炉相关参数设定基本焊接模式及特性差异烙铁焊接●动/静态焊接模式之设定⏹依不同之焊接模式(热量需求)选用不同之烙铁(功率)，烙铁头，(型式)及温度设定⏹依锡量需求选择适当之焊锡丝尺寸⏹适度使用锡炉用助焊剂改善焊接效果⏹对SMD零件(尤其是尺寸较小及接脚密度高类)人工之焊接应予适当之训练⏹BGA类零件之更换过程中，”焊垫除锡”作业须加强人工技巧。