SMT技术基础与设备(第2版)第8章电子课件.ppt
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1、SMT技术基础与设备(第2版)第8章电子课件 高教版 第第8 8章章 再流焊与再流焊设备再流焊与再流焊设备电子工业出版社同名教材何丽梅 主编8.1 8.1 再流焊工作原理再流焊工作原理o 再流焊,也称为回流焊,是英文再流焊,也称为回流焊,是英文Re-flow SolderingRe-flow Soldering的直译,再流焊的直译,再流焊工艺是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料,实现表面工艺是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料,实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。o 1.再流
2、焊工艺概述o 再流焊是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的锡焊技术,再流焊是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的锡焊技术,主要应用于各类表面组装元器件的焊接。由于再流焊工艺有主要应用于各类表面组装元器件的焊接。由于再流焊工艺有“再再流动流动”及及“自定位效应自定位效应”的特点,使再流焊工艺对贴装精度的要的特点,使再流焊工艺对贴装精度的要求比较宽松,容易实现焊接的高度自动化与高速度。同时也正因求比较宽松,容易实现焊接的高度自动化与高速度。同时也正因为再流动及自定位效应的特点,再流焊工艺对焊盘设计、元器件为再流动及自定位效应的特点,再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化、元器件端头与印制板质量、焊料质
3、量以及工艺参数的设标准化、元器件端头与印制板质量、焊料质量以及工艺参数的设置有更严格的要求。置有更严格的要求。o 再流焊是一种适合自动化生产的电子产品装配技术。目前已再流焊是一种适合自动化生产的电子产品装配技术。目前已经成为经成为SMTSMT电路板组装技术的主流。电路板组装技术的主流。图图8-1 再流焊技术的一般工艺流程再流焊技术的一般工艺流程o 2.再流焊工艺的特点o 元件不直接浸渍在熔融的焊料中,所以元件受到的热冲击元件不直接浸渍在熔融的焊料中,所以元件受到的热冲击小。小。o 能在前导工序里控制焊料的施加量,减少了虚焊、桥接等能在前导工序里控制焊料的施加量,减少了虚焊、桥接等焊接缺陷,所以
4、焊接质量好,焊点的一致性好,可靠性高。焊接缺陷,所以焊接质量好,焊点的一致性好,可靠性高。o 假如前导工序在假如前导工序在PCBPCB上施放焊料的位置正确而贴放元器件的上施放焊料的位置正确而贴放元器件的位置有一定偏离,在再流焊过程中,当元器件的全部焊端、引脚位置有一定偏离,在再流焊过程中,当元器件的全部焊端、引脚及其相应的焊盘同时润湿时,由于熔融焊料表面张力的作用,产及其相应的焊盘同时润湿时,由于熔融焊料表面张力的作用,产生自定位效应,能够自动校正偏差,把元器件拉回到近似准确的生自定位效应,能够自动校正偏差,把元器件拉回到近似准确的位置。位置。o 再流焊的焊料是商品化的焊锡膏,能够保证正确的组
5、分,再流焊的焊料是商品化的焊锡膏,能够保证正确的组分,一般不会混入杂质。一般不会混入杂质。o 可以采用局部加热的热源,因此能在同一基板上采用不同可以采用局部加热的热源,因此能在同一基板上采用不同的焊接方法进行焊接。的焊接方法进行焊接。o 工艺简单,返修的工作量很小。工艺简单,返修的工作量很小。o 3.再流焊工艺的焊接温度曲线o 控制与调整再流焊设备内焊接对象在加热过程中的时间控制与调整再流焊设备内焊接对象在加热过程中的时间温温度参数关系度参数关系(简称为焊接温度曲线简称为焊接温度曲线),是决定再流焊效果与质量的,是决定再流焊效果与质量的关键。关键。o 再流焊的加热过程可以分成预热、焊接再流焊的
6、加热过程可以分成预热、焊接(再流再流)和冷却三个最和冷却三个最基本的温度区域,主要有两种实现方法:一种是沿着传送系统的基本的温度区域,主要有两种实现方法:一种是沿着传送系统的运行方向,让电路板顺序通过隧道式炉内的各个温度区域;另一运行方向,让电路板顺序通过隧道式炉内的各个温度区域;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,按照各个温度区域的梯度规律调节、控制温度的变化。照各个温度区域的梯度规律调节、控制温度的变化。图图8-2 8-2 再流焊的理想焊接温度曲线再流焊的理想焊接温度曲线o 预热区:电路板在预热区:电路板在100
7、100160160的温度下均匀预热的温度下均匀预热2 23 3 minmin,焊锡膏中的低沸点溶剂和抗氧化剂挥发,化成烟气排出;同,焊锡膏中的低沸点溶剂和抗氧化剂挥发,化成烟气排出;同时,焊锡膏中的助焊剂润湿,焊锡膏软化塌落,覆盖了焊盘和元时,焊锡膏中的助焊剂润湿,焊锡膏软化塌落,覆盖了焊盘和元器件的焊端或引脚,使它们与氧气隔离;并且,电路板和元器件器件的焊端或引脚,使它们与氧气隔离;并且,电路板和元器件得到充分预热,以免它们进入焊接区因温度突然升高而损坏。得到充分预热,以免它们进入焊接区因温度突然升高而损坏。o 保温区:温度维持在保温区:温度维持在150150160160,焊锡膏中的活性剂开
8、,焊锡膏中的活性剂开始作用,去除焊接对象表面的氧化层。始作用,去除焊接对象表面的氧化层。o 再流区:温度逐步上升,超过焊锡膏熔点温度再流区:温度逐步上升,超过焊锡膏熔点温度30%30%40%(40%(一一般般SnPbSnPb焊锡的熔点为焊锡的熔点为183183,比熔点高约,比熔点高约474750)50),峰值温,峰值温度达到度达到220220230230的时间短于的时间短于10s10s,膏状焊料在热空气中再次熔,膏状焊料在热空气中再次熔融,润湿元器件焊端与焊盘,时间大约融,润湿元器件焊端与焊盘,时间大约303090 s90 s。这个范围一般。这个范围一般被称为工艺窗口。被称为工艺窗口。o 冷却
9、区:当焊接对象从炉膛内的冷却区通过,使焊料冷却冷却区:当焊接对象从炉膛内的冷却区通过,使焊料冷却凝固以后,全部焊点同时完成焊接。凝固以后,全部焊点同时完成焊接。o o 3.再流焊的工艺要求o 要设置合理的温度曲线。再流焊是要设置合理的温度曲线。再流焊是SMTSMT生产中的关键工序,假生产中的关键工序,假如温度曲线设置不当,会引起焊接不完全、虚焊、元件翘立、锡珠飞如温度曲线设置不当,会引起焊接不完全、虚焊、元件翘立、锡珠飞溅等焊接缺陷,影响产品质量。溅等焊接缺陷,影响产品质量。o SMT SMT电路板在设计时就要确定焊接方向,并应当按照设计方向电路板在设计时就要确定焊接方向,并应当按照设计方向进
10、行焊接。一般,应该保证主要元器件的长轴方向与电路板的运行方进行焊接。一般,应该保证主要元器件的长轴方向与电路板的运行方向垂直。向垂直。o 在焊接过程中,要严格防止传送带振动。在焊接过程中,要严格防止传送带振动。o 必须对第一块印制电路板的焊接效果进行判断,施行首件检查制。必须对第一块印制电路板的焊接效果进行判断,施行首件检查制。检查焊接是否完全、有无焊锡膏熔化不充分或虚焊和桥接的痕迹、焊检查焊接是否完全、有无焊锡膏熔化不充分或虚焊和桥接的痕迹、焊点表面是否光亮、焊点形状是否向内凹陷、是否有锡珠飞溅和残留物点表面是否光亮、焊点形状是否向内凹陷、是否有锡珠飞溅和残留物等现象,还要检查等现象,还要检
11、查PCBPCB的表面颜色是否改变。的表面颜色是否改变。8.2.1 8.2.1 再流焊炉的主要结构再流焊炉的主要结构o 目前的再流焊设备大体分为红外热风再流焊炉、汽相再流焊炉、激光再目前的再流焊设备大体分为红外热风再流焊炉、汽相再流焊炉、激光再流焊炉三大类。无论是那种形式的再流焊炉,一般都由以下几部分组成:流焊炉三大类。无论是那种形式的再流焊炉,一般都由以下几部分组成:o 炉体、上下加热源、炉体、上下加热源、PCBPCB传送装置、空气循环装置、冷却装置、排风装传送装置、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。置、温度控制装置以及计算机控制系统组成。o 1.外部结构o
12、 电源开关。一般为电源开关。一般为380V380V三相四线制电源。三相四线制电源。o PCB PCB传输部件,一般有传输链和传输网两种。传输部件,一般有传输链和传输网两种。o 信号指示灯。指示设备当前状态。绿色灯亮表示设备各项信号指示灯。指示设备当前状态。绿色灯亮表示设备各项检测值与设定值一致,可以正常使用;黄色灯亮表示设备正在设检测值与设定值一致,可以正常使用;黄色灯亮表示设备正在设定中或尚未启动;红色灯亮表示设备有故障。定中或尚未启动;红色灯亮表示设备有故障。o 抽风口。生产过程中将助焊剂烟雾等废气抽出,以保证炉内再流抽风口。生产过程中将助焊剂烟雾等废气抽出,以保证炉内再流气体干净。气体干
13、净。o 显示器,键盘。设备操作接口。显示器,键盘。设备操作接口。o 散热风扇。散热风扇。o 紧急开关。按下紧急开关,可关闭各电动机电源,同时关闭发热紧急开关。按下紧急开关,可关闭各电动机电源,同时关闭发热器电源,设备进入紧急停止状态。器电源,设备进入紧急停止状态。o 2.内部结构o 加热器。一般为石英发热管组,提供炉温所必需的热量。加热器。一般为石英发热管组,提供炉温所必需的热量。o 热风电动机。驱动风泵将热量传输至热风电动机。驱动风泵将热量传输至PCBPCB表面,保持炉内热量表面,保持炉内热量均匀。均匀。o 冷却风扇。冷却焊后冷却风扇。冷却焊后PCBPCB。o 传输带驱动电动机。给传输带提供
14、驱动动力。传输带驱动电动机。给传输带提供驱动动力。o 传输带驱动轮。传输带驱动轮起传动网链作用。传输带驱动轮。传输带驱动轮起传动网链作用。o UPS UPS。在主电源突然停电时,由。在主电源突然停电时,由UPSUPS提供电能,驱动网链运动,提供电能,驱动网链运动,将将PCBPCB运输出炉。运输出炉。图图8-3 8-3 再流焊炉的内部结构再流焊炉的内部结构8.3 8.3 再流焊种类及加热方式再流焊种类及加热方式o 再流焊的核心环节是将预敷的焊料熔融、再流、润湿。再流再流焊的核心环节是将预敷的焊料熔融、再流、润湿。再流焊对焊料加热有不同的方法,就热量的传导来说,主要有辐射和焊对焊料加热有不同的方法
15、,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,可以分为对对流两种方式;按照加热区域,可以分为对PCBPCB整体加热和局部加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、汽相加热法、热两大类:整体加热的方法主要有红外线加热法、汽相加热法、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,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。红外线聚焦加热法、热气流加热法、光束加热法。8.3.1 8.3.1 红外线辐射再流焊红外线辐射再流焊o 在设备内部,通电的陶瓷发热板在设备内部,通电的陶瓷发热板(或石英发热管或石英
16、发热管)辐射出远红辐射出远红外线,电路板通过数个温区,接受辐射转化为热能,达到再流焊外线,电路板通过数个温区,接受辐射转化为热能,达到再流焊所需的温度,焊料浸润完成焊接,然后冷却。红外线辐射加热法所需的温度,焊料浸润完成焊接,然后冷却。红外线辐射加热法是最早、最广泛使用的是最早、最广泛使用的SMTSMT焊接方法之一。焊接方法之一。o 红外线再流焊炉设备成本低,适用于低组装密度产品的批量红外线再流焊炉设备成本低,适用于低组装密度产品的批量生产,调节温度范围较宽的炉子也能在点胶贴片后固化贴片胶。生产,调节温度范围较宽的炉子也能在点胶贴片后固化贴片胶。炉内有远红外线与近红外线两种热源,一般前者多用于
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