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焊接工艺

发布时间:2012/9/29 19:38:04 访问次数:1546

    同有铅再流焊工艺曲线一SKM200GB174D样,当所焊接的SMA上有大小不同的元器件时,无铅再流焊工艺曲线仍可采用RSS型温度曲线,如图13.55所示。整个曲线也划分为预热区、保温区、再流区、冷却区。由于无铅锡膏焊接工艺窗口比较窄,在整个过程中对温度控制要求高,以Sn-Ag-Cu无铅锡膏为例,在预热区升温速率仍控制在1.5~2.0℃/s,以让焊膏中的部分溶剂能够及时挥发,元器件特别是IC器件缓缓升温,以适应以后的高温,而保温区温度控制在170℃~180℃(比Sn/Pb锡膏相应高出20℃),时间为70~90s。在保温区,焊膏中的低沸点的溶剂能够进一步挥发,活性剂分解以去除焊接部位的氧化层,如果锡膏的助焊剂性能不良,或再流温度曲线在保温段的设置不当,那么再流焊时就可能出现“爆米花”、“立碑”以及“气孔”等焊接不良的问题。

            
    在再流区峰值温度一般应控制在240℃~255℃,并要求温度维持时间为10~15s。当温度达到217℃时,裼膏熔化并开始润湿焊盘和元器件端电极。随着温度的进一步提高,焊料爬升至元器件引脚的一定高度,形成一个“弯月面”。由于无铅锡膏可焊性差,所以峰值温度最低应达到240℃,并且相对有铅焊峰值温度保留时间应稍加延长,通常应达到10~15s。此时的峰值温度离PCB/元器件损坏温度已非常接近了,即人们所说的无铅再流焊的“焊接工艺窗口窄”,SMA在再流区停留时间过长或温度超高会造成PCB板面发黄、起泡,以致元器件损坏。因此应十分小心地调试温度曲线,保证SMA在理想的温度下再流,PCB色质保持原貌,焊点保满。
    由于无铅焊料在常温冷却过程中,焊点表面无光亮感,早期呈“橘皮纹”状,因此人们更重视无铅再流焊的冷却过程,快速冷却不仅可以增加焊点表面光亮感,而且可以减小焊料的晶粒。
    但过快的冷却速率也会给元器件带来冷冲击,就像过快的升温速率会给元器件带来热冲击导致器件损坏一样。近年来人们通过冷却速率对焊接大尺寸BGA的研究,认为快速冷却会增加大BGA中心焊球与边缘焊球之间的冷却斜率变大,以及PCB和BGA焊球之间的内应力,导致焊球剪切强度降低。因此,主张大BGA器件的焊接采用慢速冷却。
    总之,冷却速率的快慢应根据产品是否有大BGA、PCB是否均匀包括质量的均匀来最后确定,原则上如果元器件小可以快速冷却,元器件大应慢速冷,通常,冷却速率控制在4℃/s为宜,保持与升温段对称为好。
    无铅再流焊,从进入第一温区升温到峰值温度的时间维持在4~4.5min,不宜时间过长,否则焊接界面上CU3Sn的厚度会增加而影响到焊点质量。
    再流峰值温度会直接影响到焊点的焊接强度,其量化参数如图13.56所示。
    从图13.55中看出,随着峰值温度的提高,焊接疆度提高,因此无铅再流焊工艺中峰值温度是非常重要的。
    RTS温度曲线在无铅再流焊中再次提出,它最大特点是升温速率平稳并且较小,采用RTS温度曲线其SMA的热应力可降低,当SMA上元器件大小相对均匀时,即PCB表面温差较小的产品以及焊接带有大BGA的SMA均可采用。
    总之,无铅红外热风再流焊工艺窗口窄,炉子各项参数,如温度、风速、带速、电压波动都会影响到焊接质量,对于复杂的PCB特别是多个BGA的焊接,要保证板子上成百上千个焊点都能实现理想状态,高稳定的炉子,以及严格的工艺曲线管理均不可少。工艺曲线中,升温速率、保温时间及温度、峰值温度及时间、冷却速率都应严格规范。

    同有铅再流焊工艺曲线一SKM200GB174D样,当所焊接的SMA上有大小不同的元器件时,无铅再流焊工艺曲线仍可采用RSS型温度曲线,如图13.55所示。整个曲线也划分为预热区、保温区、再流区、冷却区。由于无铅锡膏焊接工艺窗口比较窄,在整个过程中对温度控制要求高,以Sn-Ag-Cu无铅锡膏为例,在预热区升温速率仍控制在1.5~2.0℃/s,以让焊膏中的部分溶剂能够及时挥发,元器件特别是IC器件缓缓升温,以适应以后的高温,而保温区温度控制在170℃~180℃(比Sn/Pb锡膏相应高出20℃),时间为70~90s。在保温区,焊膏中的低沸点的溶剂能够进一步挥发,活性剂分解以去除焊接部位的氧化层,如果锡膏的助焊剂性能不良,或再流温度曲线在保温段的设置不当,那么再流焊时就可能出现“爆米花”、“立碑”以及“气孔”等焊接不良的问题。

            
    在再流区峰值温度一般应控制在240℃~255℃,并要求温度维持时间为10~15s。当温度达到217℃时,裼膏熔化并开始润湿焊盘和元器件端电极。随着温度的进一步提高,焊料爬升至元器件引脚的一定高度,形成一个“弯月面”。由于无铅锡膏可焊性差,所以峰值温度最低应达到240℃,并且相对有铅焊峰值温度保留时间应稍加延长,通常应达到10~15s。此时的峰值温度离PCB/元器件损坏温度已非常接近了,即人们所说的无铅再流焊的“焊接工艺窗口窄”,SMA在再流区停留时间过长或温度超高会造成PCB板面发黄、起泡,以致元器件损坏。因此应十分小心地调试温度曲线,保证SMA在理想的温度下再流,PCB色质保持原貌,焊点保满。
    由于无铅焊料在常温冷却过程中,焊点表面无光亮感,早期呈“橘皮纹”状,因此人们更重视无铅再流焊的冷却过程,快速冷却不仅可以增加焊点表面光亮感,而且可以减小焊料的晶粒。
    但过快的冷却速率也会给元器件带来冷冲击,就像过快的升温速率会给元器件带来热冲击导致器件损坏一样。近年来人们通过冷却速率对焊接大尺寸BGA的研究,认为快速冷却会增加大BGA中心焊球与边缘焊球之间的冷却斜率变大,以及PCB和BGA焊球之间的内应力,导致焊球剪切强度降低。因此,主张大BGA器件的焊接采用慢速冷却。
    总之,冷却速率的快慢应根据产品是否有大BGA、PCB是否均匀包括质量的均匀来最后确定,原则上如果元器件小可以快速冷却,元器件大应慢速冷,通常,冷却速率控制在4℃/s为宜,保持与升温段对称为好。
    无铅再流焊,从进入第一温区升温到峰值温度的时间维持在4~4.5min,不宜时间过长,否则焊接界面上CU3Sn的厚度会增加而影响到焊点质量。
    再流峰值温度会直接影响到焊点的焊接强度,其量化参数如图13.56所示。
    从图13.55中看出,随着峰值温度的提高,焊接疆度提高,因此无铅再流焊工艺中峰值温度是非常重要的。
    RTS温度曲线在无铅再流焊中再次提出,它最大特点是升温速率平稳并且较小,采用RTS温度曲线其SMA的热应力可降低,当SMA上元器件大小相对均匀时,即PCB表面温差较小的产品以及焊接带有大BGA的SMA均可采用。
    总之,无铅红外热风再流焊工艺窗口窄,炉子各项参数,如温度、风速、带速、电压波动都会影响到焊接质量,对于复杂的PCB特别是多个BGA的焊接,要保证板子上成百上千个焊点都能实现理想状态,高稳定的炉子,以及严格的工艺曲线管理均不可少。工艺曲线中,升温速率、保温时间及温度、峰值温度及时间、冷却速率都应严格规范。

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