回流焊接表面贴装组件现在有二十年之久了。虽然基本理论没有改变,但在组件包装和材料方面已经有进步,再加上新一代的、“对流为主 (convection-dominant) ” 的、极大改善热传导效率的回流炉。
大规模的回流焊接,特别是在对流为主的 ( 强制对流 forced convection) ,以及激光和凝结惰性的 (condensation-inert)( 即汽相 Vapor phase) 焊接中,在可见的未来将仍然是大多数表面贴装连接工艺的首选方法。尽管如此,新的装配工艺和那些要求整个基板均匀加热、温度变化很小、高的温度传导效率的新应用技术,在促进对流为主的回流焊接的进化。无数的因素,包括增加的装配复杂性、更新的互连材料和环境考虑,结合在一起对工艺和设备提出了额外的要求。更快更经济地制造产品,这个持之以恒不断增长的要求驱动这一切的前进。
回流焊接温度曲线
作温度曲线 (profiling) 是确定在回流整个周期内印刷电路板 (PCB) 装配必须经受的时间 / 温度关系的过程。它决定于锡膏的特性,如合金、锡球尺寸、金属含量和锡膏的化学成分。装配的量、表面几何形状的复杂性和基板导热性、以及炉给出足够热能的能力,所有都影响发热器的设定和炉传送带的速度。炉的热传播效率,和操作员的经验一起,也影响反复试验所得到的温度曲线。
锡膏制造商提供基本的时间 / 温度关系数据。它应用于特定的配方,通常可在产品的数据表中找到。可是,组件和材料将决定装配所能忍受的最高温度。
涉及的第一个温度是完全液化温度 (full liquidus temperature) 或最低回流温度 (T1) 。这是一个理想的温度水平,在这点,熔化的焊锡可流过将要熔湿来形成焊接点的金属表面。它决定于锡膏内特定的合金成分,但也可能受锡球尺寸和其它配方因素的影响,可能在资料表中指出一个范围。对 Sn63/Pb37 ,该范围平均为 200 ~ 225 ° C 。对特定锡膏给定的最小值成为每个连接点必须获得焊接的最低温度。这个温度通常比焊锡的熔点高出大约 15 ~ 20 ° C 。 ( 只要达到焊锡熔点是一个常见的错误假设。 )
回流规格的第二个元素是最脆弱组件 (MVC, most vulnerable component) 的温度 (T2) 。正如其名所示, MVC 就是装配上最低温度“痛苦”忍耐度的组件。从这点看,应该建立一个低过 5 ° C 的“缓冲器”,让其变成 MVC 。它可能是连接器、双排包装 (DIP, dual in-line package) 的开关、发光二极管 (LED, light emitting diode) 、或甚至是基板材料或锡膏。 MVC 是随应用不同而不同,可能要求组件工程人员在研究中的帮助。
在建立回流周期峰值温度范围后,也要决定贯穿装配的最大允许温度变化率 (T2-T1) 。是否能够保持在范围内,取决于诸如表面几何形状的量与复杂性、装配基板的化学成分、和炉的热传导效率等因素。理想地,峰值温度尽可能靠近 ( 但不低于 )T1 可望得到最小的温度变化率。这帮助减少液态居留时间以及整个对高温漂移的暴露量。