再流焊技术及设备

全热风再流焊机的加热系统主要由热风马 达、加热管、热电耦、固态继电器SSR、温控模块 等部分组成。
再流焊机炉膛被划分成若干独立控温的温区，其 中每个温区又分为上、下两个温区。每个温区的 结构示意图如图 8-4所示。温区内装有发热管， 热风马达带动风轮转动，形成的热风通过特殊结 构的风道，经整流板吹出，使热气均匀分布在温 区内。 二． 红外再流焊机的加热系统
外再流焊的原理是热能通常有80％的能量以电磁 波的形式——红外线向外发射，焊点受红外幅射 后温度升高，从而完成焊接过程。红外线的波长 通常在可见光波长的上限(0.7～0.8μm)到毫米波 之间，其进一步划分可将0.72～1.5μm称为近红 外；1.5～5.6μm称为中红外；5.6～1000μm称为 远红外 。 通常，波长在1.5～l0μm的红外辐射能力最强， 约占红外总能量的80％～90％，红外辐射能的传 递一般是非接触式进行。被辐射到的物体能快速 升温，其升温的机理是：当红外波长的振动频率 与被它辐射物体分子问的振动频率一致的时候， 被它辐射到的物体的分子就会产生共振，引发激 烈的分子振动，分子的激烈振动即意味着物体的 升温。
红外再流焊炉通常每个温区均有上下加热器，每 块加热器都是优良的红外辐射体，而被焊接的对 象，如PCB基材、锡膏中的有机助焊剂、元件的塑 料本体，均具有吸收红外线的能力，因此这些物 质受到加热器热辐射后，其分子产生激烈振动， 迅速升温到锡膏的熔化温度之上，焊料润湿焊区 ，从而完成焊接过程。 红外加热器的种类很多，大体可分和两大 类，一类是灯源辐射体，它们能直接辐射热量， 又称为一次辐射体；另一类是面源板式辐射体， 加热器铸造在陶瓷板、铝板或不锈钢板板内，热 量首先通过传导转移到板面上来。两类热源分别 产生1～2.5μm和2.5～5μm波长的辐射。
第三节 再流焊机传动系统
传动系统是将电路板，从再流焊机入口按一定速 度输送到再流焊机出口的传动装置，包括导轨、 网带（中央支撑）、链条、运输马达、轨道宽度 调整机构、运输速度控制机构等部分。
主要传动方式有：（1）链传动（Chain）
（2）链传动+网传动(Mesh)
（3）网传动
（4）双导轨运输系统
（5）链传动+中央支撑系统
其中，比较常用的传动方式为链条/网带的传动方 式，即链传动加网传动
一． 运输速度控制
传动系统的传输速度控制比较普遍采用的是变频 器+全闭环控制的方式。
控制流程图：编码器CPU变频器运输马达 输入检测输出控制 二． 轨距调节
根据所生产PCB的不同宽度，轨道间距要 做相应的调整。再流焊机的加工尺寸范围就是由 设备所能调整到的最大轨距决定的。
第四节 再流焊工艺
一． 温度曲线与再流焊工艺要求 在再流焊过程中，调整好温度曲线是关 键。合理设置各温区的温度、轨道传输速度等参 数，使炉膛内的焊接对象在传输过程中所经历的 温度按理想的曲线规律变化，是保证再流焊效果 与质量的关键。 温度曲线的测试是通过温度记录测试仪 器进行的，仪器一般由多个热电偶与记录仪组成 ，几个热电偶分别固定在大小器件引脚处、BGA芯 片下部、电路板边缘等位置，连接记录仪，一起 随电路板进入炉膛，记录时间-温度参数。在炉子 的出口取出后，把参数送入计算机，用专用软件 描绘出曲线，进行分析。
1．预热阶段：
预热是为了使焊膏活性化，及避免浸锡时 进行急剧高温加热引起部品不良所进行的加热行 为。该区域的目标是把室温的PCB尽快加热，但升 温速率要控制在适当范围以内，如果过快，会产 生热冲击，电路板和元件都可能受损，过慢，则 溶剂挥发不充分，影响焊接质量。由于加热速度 较快，在温区的后段SMA内的温差较大。为防止热 冲击对元件的损伤，一般规定最大升温速度为4℃ /S，通常上升速率设定为1~3℃/S。 2．保温阶段：
保温阶段的主要目的是使SMA内各元件的 温度趋于稳定，尽量减少温差。在这个区域里给 予足够的时间使较大元件的温度赶上较小元件， 并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到保温段 结束，焊盘，焊料球及元件引脚上的氧化物在助 焊剂的作用下被除去，整个电路板的温度也达到 平衡。应注意的是SMA上所有元件在这一段结束时 应具有相同的温度，否则进入到回流段将会因为 各部分温度不均产生各种不良焊接现象。
3．回流阶段：
当PCB进入回流区时，温度迅速上升使焊 膏达到熔化状态。有铅焊膏63sn37pb的熔点是183 ℃，无铅焊膏96.5Sn3Ag0.5Cu的熔点是217℃。在 这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的 温度快速上升至峰值温度。再流焊曲线的峰值温 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。在回流段其焊接峰值温度视所 用焊膏的不同而不同，一般无铅最高温度在230～ 250℃，有铅在210～230℃。峰值温度过低易产生 冷接点及润湿不够；过高则环氧树脂基板和塑胶 部分焦化和脱层易发生，而且过量的共晶金属化 合物将形成，并导致脆的焊接点，影响焊接强度 。
再流时间不要过长，以防对SMA造成不良影响。 4．冷却阶段：
在此阶段，温度冷却到固相温度以下，使 焊点凝固。冷却速率将对焊点的强度产生影响。 冷却速率过慢，将导致过量共晶金属化合物产生 ，以及在焊接点处易发生大的晶粒结构，使焊接 点强度变低，冷却区降温速率一般在4℃/S左右， 冷却至75℃即可。
3．回流阶段：
当PCB进入回流区时，温度迅速上升使焊 膏达到熔化状态。有铅焊膏63sn37pb的熔点是183 ℃，无铅焊膏96.5Sn3Ag0.5Cu的熔点是217℃。在 这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的 温度快速上升至峰值温度。再流焊曲线的峰值温 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。在回流段其焊接峰值温度视所 用焊膏的不同而不同，一般无铅最高温度在230～ 250℃，有铅在210～230℃。峰值温度过低易产生 冷接点及润湿不够；过高则环氧树脂基板和塑胶 部分焦化和脱层易发生，而且过量的共晶金属化 合物将形成，并导致脆的焊接点，影响焊接强度 。
再流时间不要过长，以防对SMA造成不良影响。 4．冷却阶段：
在此阶段，温度冷却到固相温度以下，使 焊点凝固。冷却速率将对焊点的强度产生影响。 冷却速率过慢，将导致过量共晶金属化合物产生 ，以及在焊接点处易发生大的晶粒结构，使焊接 点强度变低，冷却区降温速率一般在4℃/S左右， 冷却至75℃即可。
二．再流焊实时监控系统
再流焊实时控制系统，能有效地解决以上所有问 题，它就像一台摄像机一样，可以24小时对再流 焊炉进行监视记录，对制程中的每个产品进行跟 踪，并将炉内温度记录在案。它能确保最佳工艺 能力得以维持，在潜在缺陷发生前指出存在的问 题,并随时向工艺人员提供详实客观的数据，消除 对炉温曲线的模糊证实问题.
对于同一产品只需测一次温度曲线﹐作为基准曲 线，监控系统会通过轨道两侧温度探测管中的热 电偶实时监控炉腔不同位置的温度变化，从而推 测出PCB上每个测试点的实时温度，以基准曲线为 标准，为制程中的每一块PCB板推测出一个精确的 仿真曲线。 而无需像传统做法, 每天一次甚至几 次测温度曲线。
仿真温度曲线可永久保留，当怀疑某时刻 的SMA焊接质量时，可以通过输入加工时间即调出 当时的炉内仿真温度曲线，并以此查出炉温是否 异常，一目了然。