PCBA电路板贴装制程中波峰焊与回流焊的区别
发布日期:2021-08-17
波峰焊与回流焊是在PCBA电路板组装中两种比较常见的焊接方式。 那什么是波峰焊,什么是回流焊,他们的工作原理和作用,分别适用于PCB装联技术,他们的区别是什么呢?
波峰焊和回流焊的区别,如果用一句话来回答的话,那就是:波峰焊就是用来焊接PCB通孔插件元器件的,回流焊就是用来焊接贴片元器件的,属于SMT表面贴装,也是目前最为流行和最受欢迎的一种PCB电路板装联技术。
因为SMT产品具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击,高频特性好、生产效率高等优点,因此,SMT在电路板装联工艺中已占据了领先地位。
简述一点回答,就是:波峰焊,熔融的焊锡形成波峰对元件焊接;回流焊,高温热风形成回流对元件焊接。回流焊是在炉前已经有焊料,在炉子里只是把锡膏融化而形成焊点,波峰焊是在炉前没有焊料,在炉子里通过焊料焊接。
如果稍微详细一点的回答,是这样的:波峰焊基本可以理解为,它对稍大相对小元件焊锡,他跟回流焊不同之处就在这;而回流焊它对板子与元件加温,其实就是把原来刷上去的焊膏给液化了,以达到把元件与板子相接的目地.
1.波峰焊工作方式:板子进入机器口→感应器感应到后→喷FLUX(助焊剂)→预热区开始预热→喷锡处开始喷锡→降温。
2.回流焊工作方式:几个温区加热→锡液化→降温.
下面我们将详细介绍回流焊和波峰焊这两种电路板装联技术。
回流焊工艺详细介绍
回流焊技术在电子制造领域并不陌生,这种工艺的优势是温度易于控制,焊接过程中还能避免氧化,制造成本也更容易控制。
由于电子产品PCB板不断小型化的需要,出现了片状元件,传统的焊接方法已不能适应需要。在混合集成电路板组装中采用了回流焊,组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感,贴装型晶体管及二管等。随着SMT整个技术发展日趋完善,多种贴片元件(SMC)和贴装器件(SMD)的出现,作为贴装技术部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展,其应用日趋广泛,几乎在所有电子产品域都已得到应用。
什么是回流焊工艺?
回流焊是英文Reflow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间机械与电气连接的软钎焊。回流焊是将元器件焊接到PCB板材上,回流焊是对表面帖装器件的。回流焊是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂在定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接;所以叫“回流焊”是因为气体在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的。
回流焊主要用在SMT表面贴装行业,它通过热风或其他热辐射传导,将印刷在PCB上的锡膏熔化与部品焊接起来。回流焊经过预热区,回流区,冷却区。
回流焊加工的是表面贴装的电路板,其流程比较复杂,可分为两种:单面贴装、双面贴装。
单面贴装工艺流程
预涂锡膏 →贴片(分为手工贴装和机器自动贴装) → 回流焊 → 检查及电测试
双面贴装工艺流程
A面预涂锡膏 → 贴片(分为手工贴装和机器自动贴装) → 回流焊 →B面预涂锡膏 →贴片(分为手工贴装和机器自动贴装)→ 回流焊 → 检查及电测试
回流焊工艺原理与作用
回流焊是通过加热融化预先使用SMT钢网(什么是SMT钢网,请参见这篇文章:什么是SMT钢网?SMT Stencil的设计、分类、制作规范与方法)涂布在焊盘上的焊锡膏,实现预先贴装在焊盘上的电子元器件的引脚或焊端和PCB电路板上的焊盘电气互连,以达到将电子元器件焊接在PCB板上的目的。回流焊一般分为预热区、加热区和冷却区。
回流焊工艺流程
典型的采用回流焊的SMT表面贴装工艺分为三步:施加焊锡膏→贴装元器件→回流焊接
第一步:对线路板施加焊锡膏
其目的是将适量的焊膏均匀的施加在PCB的焊盘上,以保证贴片元器件与PCB相对应的焊盘在回流焊接时,达到良好的电器连接,并具有足够的机械强度。
焊膏是由合金粉末、糊状焊剂和些添加剂混合而成的具有定黏性和良好触便特性的膏状体。常温下,由于焊膏具有定的黏性,可将电子元器件粘贴在PCB的焊盘上,在倾斜角度不是太大,也没有外力碰撞的情况下,般元件是不会移动的,当焊膏加热到定温度时,焊膏中的合金粉末熔融再流动,液体焊料浸润元器件的焊端与PCB焊盘,冷却后元器件的焊端与焊盘被焊料互联在起,形成电气与机械相连接的焊点。
焊膏是由专用设备施加在焊盘上,其设备有:GSD全自动印刷机、GSD半自动印刷机、手动印刷台、半自动焊膏分配器,GSD锡膏搅拌机辅助设备等。
第二步:贴装元器件
本工序是用贴装机或手工将片式元器件准确的贴装到印好焊膏或贴片胶的PCB表面相应的位置。贴装方法有二种,其对比如下:
1:贴装机:使用机器印刷、适用于中大批量的加工、供货周期较紧、经费足够的情况,其生产效率高,但是工序复杂、投资较大!
2:手动印刷:适用于中小批量生产、产品研发,优点在于操作简便、成本较低,生产效率须依操作人员的熟练程度,人工手动贴装主要工具:真空吸笔、镊子、IC吸放对准器、低倍体视显微镜或放大镜等。
第三步:进行回流焊接
从SMT温度特性曲线(见图)分析回流焊的原理。
回流焊接过程:首先PCB进入140℃~160℃的预热温区时,焊膏中的溶剂、气体蒸发掉,同时,焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件焊端和引脚,焊膏软化、塌落,覆盖了焊盘,将焊盘、元器件引脚与氧气隔离;并使表贴元件得到充分的预热,接着进入焊接区时,温度以每秒2-3℃际标准升温速率迅速上升使焊膏达到熔化状态,液态焊锡在PCB的焊盘、元器件焊端和引脚润湿、扩散、漫流和回流混合在焊接界面上生成金属化合物,形成焊锡接点;后PCB进入冷却区使焊点凝固。
下面将详细介绍回流焊所经过的几个温区
1、 温度曲线的建立
温度曲线是指SMA通过回流炉时,SMA上某一点的温度随时间变化的曲线。温度曲线提供了一种直观的方法,来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得最佳的可焊性,避免由于超温而对元件造成损坏,以及保证焊接质量都非常有用。温度曲线采用炉温测试仪来测试,如SMT-C20炉温测试仪。
2、 预热段
该区域的目的是把室温的PCB尽快加热,以达到第二个特定目标,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,一般规定最大速度为4℃/s。然而,通常上升速率设定为1-3℃/s。典型的升温速率为2℃/s。
3、 保温段
保温段是指温度从120℃-150℃升至焊膏熔点的区域。其主要目的是使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被除去,整个电路板的温度达到平衡。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。
4、 回流段
在这一区域里加热器的温度设置的最高,使组件的温度快速上升至峰值温度。在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同,一般推荐为焊膏的熔点温度加20-40℃。对于熔点为183℃的63Sn/37Pb焊膏和熔点为179℃的Sn62/Pb36/Ag2焊膏,峰值温度一般为210-230℃,再流时间不要过长,以防对SMA造成不良影响。理想的温度曲线是超过焊锡熔点的“尖端区”覆盖的面积最小。
5、 冷却段
这段中焊膏内的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面,应该用尽可能快的速度来进行冷却,这样将有助于得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的更多分解而进入锡中,从而产生灰暗毛糙的焊点。在极端的情形下,它能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段降温速率一般为3-10℃/s,冷却至75℃即可。
由于回流焊工艺有"再流动"及"自定位效应"的特点,使回流焊工艺对贴装精度要求比较宽松,比较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,回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、焊料质量以及工艺参数的设置有更严格的要求。
清洗是利用物理作用、化学反应去除被清洗物表面的污染物、杂质的过程。论是采用溶剂清洗或水清洗,都要经过表面润湿、溶解、乳化作用、皂化作用等,并通过施加不同方式的机械力将污物从表面组装板表面剥离下来,然后漂洗或冲洗干净,后吹干、烘干或自然干燥。
回流焊方法介绍:不同的回流焊具有不同的优势,工艺流程当然也有所不同。
红外回流焊:辐射传导热效率高,温度陡度大,易控制温度曲线,双面焊时PCB上下温度易控制。有阴影效应,温度不均匀、容易造成元件或PCB局部烧坏。
热风回流焊:对流传导,温度均匀,焊接质量好,温度梯度不易控制。
强制热风回流焊:红外热风混合加热,结合红外和热风炉的优点,在产品焊接时,可得到优良的焊接效果,强制热风回流焊,根据其生产能力又分为两种:
1.温区式设备:适合大批量生产,PCB板放置在走带上,要顺序经过若干固定温区,温区过少会存在温度跳变现象,不适合高密度组装板的焊接,而且体积庞大,耗电高。
2.温区小型台式设备:适合中小批量生产,快速研发;在每个固定空间内,温度按设定条件随时间变化,操作简便。可对有缺陷表贴元件(特别是大元件)进行返修,不适合大批量生产。
回流焊作为SMT生产中的关键工序,合理的温度曲线设置是保证回流焊质量的关键。不恰当的温度曲线会使PCB板出现焊接不全、虚焊、元件翘立、焊锡球过多等焊接缺陷,影响产品质量。
SMT是项综合的系统工程技术,其涉及范围包括基板、设计、设备、元器件、组装工艺、生产辅料和管理等。SMT设备和SMT工艺对操作现场要求电压要稳定,要防止电磁干扰,要防静电,要有良好的照明和废气排放设施,对操作环境的温度、湿度、空气清洁度等都有专门要求,操作人员也应经过专业技术培训。
波峰焊方法介绍
什么是波峰焊?
波峰焊是通过锡槽将锡条(软钎焊料,一种铅锡合金)溶成液态,经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰,亦可通过向焊料池注入氮气来形成,使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰,实现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。根据机器所使用不同几何形状的波峰,波峰焊系统可分许多种。
波峰焊工艺流程图
几种典型的波峰焊工艺流程:
1、单机式波峰焊工艺流程
a.元器件引线成型→印制板贴阻焊胶带(视需要)→插装元器件→印制板装入焊机夹具→涂覆助焊剂→预热→波峰焊→冷却→取下印制板→撕掉阻焊胶带→二次检验→辛L焊→清洗→检验→放入专用运输箱;
b.印制板贴阻焊胶带→装入模板→插装元器件→吸塑→切脚→从模板上取下印制板→印制板装焊机夹具→涂覆助焊剂→预热→波峰焊(精焊平波和冲击波)→冷却→取下印制板→撕掉吸塑薄膜和阻焊胶带→检验→补焊→清洗→检验→放入专用运输箱。
2、联机式波峰焊工艺流程
将印制板装在焊机的夹具上→人工插装元器件→涂覆助焊剂→预热→浸焊→冷去口→切脚→刷切脚屑→喷涂助焊剂→预热→波峰焊(精焊平波和冲击波)→冷却→清洗→印制板脱离焊机→一检验→补焊→清洗→检验→放入专用运输箱。
波峰焊的工作原理
波峰焊是用来焊接有源引脚插件线路板的,波峰焊锡机主要是由运输带,助焊剂添加区,预热区和波锡炉组成。
波峰焊机图片
波峰焊锡炉结构图
运输带主要用途是将线路板送入波峰焊锡机,沿途经助焊剂添加区,预热区,波锡炉等。
助焊剂添加区主要是由红外线感应器及喷嘴组成。红外线感应器作用是感应有没有线路板进入 ,如果有感应器便会测量出线路板的宽度。助焊剂的作用是在线路板的焊接面上形成以保护膜。
预热区提供足够的温度,以便形成良好的焊点。有红外线发热可以使线路板受热均匀,在双波峰焊系统中,波的冲击波部分防止漏焊,它保证穿过电路板的焊料分布适当。焊料以较高速通过狭缝渗入,从而透人窄小间隙。喷射方向与线路板进行方向相同。单就冲击波本身并不能适当焊接元件,它给焊点上留下不平整和过剩的焊料,因此需要第二个波。
第二层平滑波消除了由第个冲击波产生的毛刺和焊桥。平滑波实际上与传统的通孔插装组件使用的波样。因此,当传统组件在台机器上焊接时,就可以把冲击波关掉,用平滑波对传统组件进行焊接。
波峰焊流程:将元件插入相应的元件孔中 →预涂助焊剂→预烘(温度90-1000C,长度1-1.2m)→波峰焊(220-2400C)→ 切除多余插件脚 → 检查。
波峰焊工艺波峰焊机参数调整
1,波峰高度
波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃锡高度。其数值通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3,过大会导致熔融的焊料流到PCB的表面,形成"桥连"
2,传送倾角
波峰焊机在安装时除了使机器水平外,还应调节传送装臵的倾角,通过倾角的调节,可以调控PCB与波峰面的焊接时间,适当的倾角,会有助于焊料液与PCB更快的剥离,使之返回锡锅内。
3,热风刀
所谓热风刀,是SMA刚离开焊接波峰后,在SMA的下方放臵一个窄长的带开口的"腔体",窄长的腔体能吹出热气流,尤如刀状,故称"热风刀"
4,焊料纯度的影响
波峰焊接过程中,焊料的杂质主要是来源于PCB上焊盘的铜浸析,过量的铜会导致焊接缺陷增多。
5,工艺参数的协调
波峰焊机的工艺参数带速,预热时间,焊接时间和倾角之间需要互相协调,反复调整。
波峰焊工艺曲线解析
1,润湿时间
指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间
2,停留时间
PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰面的时间
停留/焊接时间的计算方式是:停留/焊接时间=波峰宽/速度
3,预热温度
预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度。
波峰焊机中常见的预热方法
1)、空气对流加热
2)、红外加热器加热
3)、热空气和辐射相结合的方法加热
4,焊接温度
焊接温度是非常重要的焊接参数,通常高于焊料熔点(183°C )50°C ~60°C大多数情况是指焊锡炉的温度实际运行时,所焊接的PCB焊点温度要低于炉温,这是因为PCB吸热的结果
SMD元器件预热温度
单面线路板组件通孔器件与混装 90~100°C
双面线路板组件通孔器件 100~110°C
PCB双面板组件混装 100~110°C
PCB多层线路板通孔器件 115~125°C
PCB多层板混装 115~125°C
波峰焊与回流焊的区别
回流焊工艺是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料,实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘间机械与电气连接的软钎焊。
波峰焊随着人们对环境保护意识的增强有了新的焊接工艺。以前的是采用锡铅合金,但是铅是重金属对人体有很大的伤害。于是现在有了无铅工艺的产生。它采用了*锡银铜合金*和特殊的助焊剂且焊接接温度的要求更高更高的预热温度还要说点在PCB板过焊接区后要设立个冷却区工作站.这方面是为了防止热冲击另方面如果有ICT的话会对检测有影响.
波峰焊基本可以里解为,它对稍大相对小元件焊锡,他跟回流焊不同处就在这,而回流焊它对板子与元件加温,其实就是把原来刷上去的焊膏给液化了,以达到把元件与板子相接的目地.
回流焊经过预热区,回流区,冷却区。另外,波峰焊适用于手插板和点胶板,而且要求所有元件要耐热,过波峰表面不可以有曾经SMT锡膏的元件,SMT锡膏的板子就只可以过再流焊,不可以用波峰焊。
波峰焊是通过锡槽将锡条溶成液态,利用电机搅动形成波峰,让PCB与部品焊接起来,一般用在手插件的焊接和smt的胶水板。再流焊主要用在SMT行业,它通过热风或其他热辐射传导,将印刷在PCB上的锡膏熔化与部品焊接起来。
波峰焊与回流焊工艺不同:波峰焊要先喷助焊剂,再经过预热,焊接,冷却区。
波峰焊与回流焊的区别二:波峰焊主要用于焊接插件;回流焊主要焊贴片式元件
1.波峰焊是通过锡槽将锡条溶成液态,利用电机搅动形成波峰,让PCB与部品焊接起来,一般用在手插件的焊接和SMT的胶水板。回流焊主要用在SMT行业,它通过热风或其他热辐射传导,将印刷在PCB上的锡膏熔化与部品焊接起来。
2.工艺不同:波峰焊要先喷助焊剂,再经过预热,焊接,冷却区。回流焊经过预热区,回流区,冷却区。另外,波峰焊适用于手插板和点胶板,而且要求所有元件要耐热,过波峰表面不可以有曾经SMT锡膏的元件,SMT锡膏的板子就只可以过回流焊,不可以用波峰焊。