SMT焊接工艺及设备在通信信号产品制造与工艺管理中的应用

2023-10-23 理论教育版权反馈

【摘要】：焊接质量取决于所用的焊接方法、焊接材料、焊接工艺技术和焊接设备。图3-18SMT焊接工艺：波峰焊微课：SMT波峰焊工艺此种方式适合大批量生产，对贴片精度要求高，生产过程自动化程度要求也很高。（三）SMT焊接质量检测和SMT焊接缺陷焊接SMT元器件，无论采用手工焊接，还是采用波峰焊或再流焊设备进行焊接，都希望得到可靠、美观的焊点。由于SMT元器件尺寸小，安装精确度和密度高，焊接质量要求更

焊接是表面组装技术中的主要工艺技术。在一块SMA上少则有几十个多则成千上万个焊点，一个焊点不良就会导致整个SMA或SMT产品失效。所以焊接质量是SMA可靠性的关键，它直接影响电子装备的性能可靠性和经济效益。焊接质量取决于所用的焊接方法、焊接材料、焊接工艺技术和焊接设备。

（一）SMT焊接方法

焊接是使焊料合金和要结合的金属表面之间形成合金层的一种连接技术。表面组装采用软钎焊技术，它将SMC/SMD焊接到PCB的焊盘图形上，使元器件与PCB电路之间建立可靠的电气和机械连接，从而实现具有一定的可靠性的电路功能。这种焊接技术的主要工艺特性是：用焊剂将要焊接的金属表面洗净（去除氧化物等），使之对焊料具有良好的润湿性；供给熔融焊料润湿金属表面；在焊料和被焊金属间形成金属间化合物。

根据熔融焊料的供给方式，在SMT中采用的软钎焊技术主要有波峰焊（Wave Soldering）和再流焊（Reflow Soldering）。

波峰焊接：将插装好元器件的印制电路板与融化焊料的波峰接触，一次完成印制板上所有焊点的焊接过程，见图3-18。

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图3-18　SMT焊接工艺：波峰焊

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微课：SMT波峰焊工艺

此种方式适合大批量生产，对贴片精度要求高，生产过程自动化程度要求也很高。

再流焊又叫回流焊，首先要将由铅锡焊料、黏合剂、抗氧化剂组成的糊状焊膏涂敷到印制板上，可以使用自动或半自动丝网印刷机，也可以用手工涂敷。然后，用自动机械装置或手工，把元器件贴装到印制板的焊盘上，利用外部热源加热（可以在再流焊炉中进行，少量电路板也可以用手工热风设备加热），使焊料熔化而再次流动浸润，将元器件焊接到印制板上，如图3-19所示。

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图3-19　SMT焊接工艺：再流焊

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微课：贴片元件双面焊接原理

一般情况下，波峰焊用于混合组装方式，再流焊用于全表面组装方式。波峰焊与再流焊之间的基本区别在于热源与钎料的供给方式不同。在波峰焊中，钎料波峰有两个作用：一是供热，二是提供钎料。在再流焊中，热是由再流焊炉自身的加热机理决定的，焊膏首先是由专用的设备以确定的量涂敷的。波峰焊技术与再流焊技术是印刷电路板上进行大批量焊接元器件的主要方式。目前，再流焊技术与设备是SMT组装厂商组装SMD/SMC的主选技术与设备，但波峰焊仍不失为一种高效自动化、高产量、可在生产线上串联的焊接技术。因此，在今后相当长的一段时间内，波峰焊技术与再流焊技术仍然是电子组装的首选焊接技术。

（二）再（回）流焊接设备

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微课：再流焊机工作原理

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微课：小型回流焊机使用

1．再流焊机的结构和主要加热方法

再流焊机主要由炉体、上下加热源、PCB传送装置、空气循环装置、冷却装置、排风装置、温度控制装置以及计算机控制系统组成。

再流焊的核心环节是将预敷的焊料熔融、再流、浸润。再流焊对焊料加热有不同的方法，就热量的传导来说，主要有辐射和对流两种方式；按照加热区域来分，可以分为对PCB整体加热和局部加热两大类。整体加热的方法主要有红外线加热法、气相加热法、热风加热法、热板加热法；局部加热的方法主要有激光加热法、红外线聚焦加热法、热气流加热法、光束加热法，参见表3-5。

表3-5　再流焊主要加热方法的优缺点

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2．再（回）流焊设备的主要技术指标

温度控制精度（指传感器灵敏度）：应该达到±0.1～0.2℃。

传输带横向温差：要求±5℃以下。

温度曲线调试功能：如果设备无此装置，要外购温度曲线采集器。

最高加热温度：一般为300～350℃，如果考虑温度更高的无铅焊接或金属基板焊接，应该选择350℃以上。

加热区数量和长度：加热区数量越多、长度越长，越容易调整和控制温度曲线。一般中小批量生产，选择4～5个温区，加热长度1.8 m左右的设备，即能满足要求。

传送带宽度：根据最大和最宽的PCB尺寸确定。

3．再（回）流焊接温度曲线的设置(www.chuimin.cn)

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微课：再流焊机焊机温区的设置

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微课：oven温度曲线三维动画演示

回流焊与波峰焊不同的是，焊接时的助焊剂与焊料（焊膏）已预先涂敷在焊接部位，而再流焊设备只是向SMA提供一个加温的通道，所以再流焊过程中需要控制的参数只有一个，即SMA表面温度随时间的变化，通常用一条“温度曲线”来表示（横坐标为时间，纵坐标为SMA的表面温度）。

回流焊接温度曲线与链条速度及各温区温度设定值有重大关系，一般温度曲线分预热、保温、回流焊接、冷却四大部分。它主要有两种实现方法：一种是沿着传送系统的运行方向，使电路板顺序通过隧道式炉内的4个温度区域；另一种是把电路板停放在某一固定位置上，在控制系统的作用下，按照4个温度区域的梯度规律调节、控制温度的变化。理想的再流焊的焊接温度曲线如图3-20所示。

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图3-20　理想的再流焊的焊接温度曲线

1）预热区

使PCB和元器件预热，达到平衡，同时除去焊膏中的水分，以免发生塌落和焊料飞溅。要保证升温比较缓慢，溶剂挥发。较温和，对元器件的热冲击尽可能小；升温过快，会造成对元器件的伤害，如会引起多层陶瓷电容器开裂，同时还会造成焊料飞溅，使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。上升斜率一般为1～3℃/s。

2）保温区

保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。保温区时间为60～120s，根据焊料的性质有所差异。

3）再流焊区

焊膏中的焊料使金粉开始熔化，再次呈流动状态，替代液态焊剂润湿焊盘和元器件，这种润湿作用导致焊料进一步扩展，对大多数焊料润湿时间为60～90s。再流焊的温度要高于焊膏的熔点温度，一般要超过熔点温度20℃才能保证再流焊的质量。有时也将该区域分为两个区，即熔融区和再流区。

4）冷却区

焊料随温度的降低而凝固，使元器件与焊膏形成良好的电接触，冷却速度要求与预热速度相同。

（三）SMT焊接质量检测和SMT焊接缺陷

焊接SMT元器件，无论采用手工焊接，还是采用波峰焊或再流焊设备进行焊接，都希望得到可靠、美观的焊点。SMT焊接质量要求焊点焊料的连接面呈半弓形凹面，焊料与焊件交界处平滑，接触角尽可能小，无裂纹、针孔、夹渣，表面有光泽且平滑。由于SMT元器件尺寸小，安装精确度和密度高，焊接质量要求更高。另外，还有一些特有缺陷，如立片（又叫曼哈顿）。

图3-21画出了SMT焊点的理想形状。其中，图3-21（a）是无引线SMD元件的焊点，焊点主要产生在电极焊端外侧的焊盘上；图3-21（b）是翼形电极引脚器件SO/SOL/QFP的焊点，焊点主要产生在电极引脚内侧的焊盘上；图3-21（c）是J形电极引脚器件PLCC的焊点，焊点主要产生在电极引脚外侧的焊盘上。良好的焊点非常光亮，其轮廓应该是微凹的漫坡形。IPC-A-610D-SMD检测标准参见表3-6。

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