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| 再流焊工艺探讨 |
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摘要 本文介绍了强制热风对流再流焊炉特性以及热电偶的连接方法，并对这几种方法进行了比较，详细分析了温度曲线再流区温度对焊接强度的影响。
关键词 再流焊 焊接强度 热电偶 温度曲线 SMA
在表面组装工艺中，再流焊接是核心工艺，因为表面组装PCB的设计、焊膏的印刷和元器件的贴装等生产的缺陷，最终都将集中表现在焊接中，导致虚焊、元器件漂移、曼哈顿现象等。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再流焊工艺，前面任何工艺控制都将失去意义，同时还会由于欠温而引起焊点呈层状、不光滑、发灰等再流焊工艺进行深入研究，并据此开发合理的再流焊曲线，是保证表面组装质量的重要环节。
影响再流焊工艺的因素很多，也很复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探索，本文仅从再流焊设备和热电偶的连接以及温度曲线工艺参数等方面作简单分析。
1再流焊设备
就再流焊工艺而言，以每种组装的印制板开发合适的理流焊温度曲线并不完全相同，因此为保证温度曲线的合理性，必须首先熟悉所用焊接设备的加热特性。
目前的再流焊设备大体分为四类：强制热风对流再流焊炉、红外再流焊炉、激光再流焊炉、汽相再流焊炉。这四类再流焊炉相比，强制热风对流再流炉是较常用的一种，几乎适合各种SMA的焊接，我们就仅此设备作一分析。
强制热风对流再流焊炉一般采用上、下两层的双加热装置和多温串接的隧道式炉腔结构，特殊的热风输送系统设计使炉内形成一个多重循环的紊流气流，从而保证在每个加热阶段SMA周围气氛恒温，同时使SMA上的元器件不发生偏移，而且整个加热过程利用微机全面控制。但是即使如此，并不能解决所有的工艺问题，要设计出合理的再流焊工艺，还必须了解炉子的工艺性能。
1.1炉子预热过程
我们分别测试了炉子运行10min,20min,30min,40min,55min时炉内温度结果 发现炉子分别运行10min,20min,30min时炉内温度不均匀，三次测得的温度曲线形态有较大差异，说明炉体中未达到热平衡，炉子各区温度不能真实反映工艺设计值，此时炉子不能投入生产运行。30min,40min和50min时的温度曲线形态基本稳定，测得三条温度曲线与设计的工艺参数吻合，说明运徒刑时间不再影响各区温度，测得的三条温度曲线与设计的工艺参数吻合，说明运行时间不再影响各区温度。因引要求炉子至少运行30min后才可进行生产。
1.2炉体内热量分布
由于SMA的吸热效应，其表面与炉体内气氛总有一定温差。待炉子运行稳定后，我们用裸PCB进行测试，结果PCB表面与其附近气氛的温差约5~10℃。这对温度曲线的设计会产生一定影响，因为在用热电测试炉温时，如果热电偶连接不牢固，热偶脱高度点，就会引起5~10℃甚至超过10℃的测量意误差。明确了这一点，设计温度曲线时，热电偶必须紧贴测试点固定结实，以防产生测试误差。当用高温胶带连接热电偶时，最易出现这种情况，应引起注意。
另外，当上、下加热器设置相同时，用链条传送PCB，其上、下表面有近10℃的温差；在同亲的工艺参数下，链条传送和网带传送的PCB，其表面有3~5℃的温差，都应预以考虑，这样才能倒塌有效地利用再流焊炉组装出高质量的产品。
2 热电偶连接方式
热电偶是设计温度曲线常用工具，一般要求将其与PCB表面可靠连接，否则会在热电偶与PCB表面之间产生热阻，使热电偶测量值更接近周围部件温度或热电偶周围气氛温度，导致热电偶的测量值偏离PCB表面温度，从而设计出不合理的温度曲线。另外与热电偶的材料应是最小的，因为它们的绝热或吸热作用将直接影响热电偶测量值的真实性。
下表是常用的四种热电偶连接方式，并对它们作了简要比较，在生产中应根据测试工艺，及SMA上测试点的特点选用合适的连接方式。此法只要连接可靠，也可反复测试，而且改变测试点简单方便，测量误差很小，是一种非常实用的热偶连接方法。
3 再流焊温度曲线
众所周知，再流焊过程包括升温、保温、再流、冷却四个阶段，体现在温度曲线上即为升温区、保温区、再流区、冷却区，对每种印制板确定每个区的工艺参数，开发合理的再流焊耦工曲线，保证每个区的温度与时间达到最佳配置，是工艺人员一直努力的方向。再流焊设备可无级调速中央政治局旦传送速度设定，SMA在各区匀速运行，因此对于多温区再汉焊炉，只有靠合理划分温度曲线的加热区域和调节温度来达到各区温度与时间的最佳配合。也正因为如此，在每一种温度曲线中，要使每个区都达到理想状态很难做到，因此对主要温区的控制是开发温度曲线的关键。
在再流焊温度曲线中，再流区是其核心区，是影响再流焊焊点和元器件焊后质量的关键因素，但是不论是未充分再流还是过热以有为其它的焊接缺陷，都会直接或间接地影响焊点拉脱强度，因此我们以测试的焊点拉脱强度为依据来分析再流区工艺参数，为了消除其它因素影响，我们以一定强度范围内焊点的百分比作为依据，但此法不能用于生产检验。以QFP160器件为试样，在一定的再流时间下，测试再流区峰值温度对焊点强度的影响。结果发现当峰值温度为200℃时，强度在500g以上的焊点占90%；当峰值温度为250℃时，强度在500g~1000g的焊点占67%，1000g~1500g的焊点占17%，1500g~2000g的焊点占16%。
开发再流焊温度曲线的工具是温度采集器和相应的分析软件以及待组装的PCB试验板，要求热电偶固定在印制板上有代表性的区域如SMA中心、边缘以及热容量较大的元器件引脚上，如果SMA较复杂，则必须多选几个测试点， 务必使SMA上低温区充分再流，SMA上的高温区不能过热，否则会损伤元器件或PCB；这样才能保证开发出合理的温度曲线。
4 结束语
再流焊接是SMT工艺中复杂而关键的工艺，涉及到自动控制、材料、流体力学和冶金学等多种学科。简单地讲，再流焊接是一个焊料受热融化湿润与焊件冶金结合的过程，对再流焊设备而言，是准确控制加热温度与时间，为焊接件提供热量的过程。如果要获得优良的焊接制载量，必须深入研究焊接工艺的方方面面。本文仅从几个方面就焊接工艺进行了探讨，而且许多观点仅就现有设备和工艺条件而言，成此文章仅为与同行交流。
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