在<<2002北京國(guó)際SMT技術(shù)交流會(huì)論文集>>中有一篇<>,此文章較詳細(xì)地說(shuō)明通孔回流焊接工藝的試驗(yàn)情況,但有些地方需要補(bǔ)充.因?yàn)榇斯に囈巡辉谔幱谠囼?yàn)階段,而是已應(yīng)用于量產(chǎn)中.同時(shí),筆者在與電子制造業(yè)的同行交流中發(fā)現(xiàn),極少的人了解此工藝.借此機(jī)會(huì),筆者愿將此工藝技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)與各位同行分享,探討共同為PCBA焊接工藝技術(shù)提高而努力.

一. 概述.
通孔回流焊接技術(shù)起源于日本SONY公司,90年代初已開始應(yīng)用.但它主要應(yīng)用于SONY自己的產(chǎn)品上,如電視調(diào)諧器及CD Walkman.
通孔回流焊接技術(shù)采用的是點(diǎn)印刷及點(diǎn)回流的方式,所以又稱為Spot Reflow Process,即點(diǎn)焊回流工藝.筆者所在的企業(yè)采用此工藝.主要用于CD,DVD激光機(jī)芯伺服板以及DVD-ROM伺服板的生產(chǎn).取得了較好的效益.

二. 通孔回流焊接生產(chǎn)工藝流程.
它的生產(chǎn)工藝流程與SMT流程極其相似,即印刷錫漿à插入元件à回流焊接.無(wú)論對(duì)于單面混裝板還是雙面混裝板,都是一樣的流程,如下所示:
SMT機(jī)板

印刷錫漿 ：使用機(jī)器將錫漿印刷在線路板上。

手工插機(jī) ：人工插件。

點(diǎn)焊回流爐 ：使用熱風(fēng)回流機(jī)器焊接。

結(jié)束

三. 通孔回流焊接工藝的特點(diǎn).
1. 對(duì)某些如SMT元件多而穿孔元件較少的產(chǎn)品,這種工藝流程可取代波峰焊.
2. 與波峰焊相比的優(yōu)點(diǎn):
(1)焊接質(zhì)量好,不良比率DPPM可低于20.
(2)虛焊,連錫等缺陷少,極少的返修率.
(3)PCB Layout 的設(shè)計(jì)無(wú)須象波峰焊工藝那樣特別考慮.
(4)工藝流程簡(jiǎn)單,設(shè)備操作簡(jiǎn)單.
(5)設(shè)備占地面積少.因其印刷機(jī)及回流爐都較小,故只需較小的面積.
(6)無(wú)錫渣的問(wèn)題.
(7)機(jī)器為全封閉式,干凈,生產(chǎn)車間里無(wú)異味.
(8)設(shè)備管理及保養(yǎng)簡(jiǎn)單.

3. 印刷工藝中采用了印刷模板,各焊接點(diǎn)及印刷的錫漿份量可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。

4. 在回流時(shí),采用特別模板,各焊接點(diǎn)的溫度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。

5. 與波峰焊相比的缺點(diǎn).
(1)此工藝由于采用了錫漿,焊料的價(jià)格成本相對(duì)波峰焊的錫條較高。
(2)須訂制特別的專用模板,價(jià)格較貴.而且每個(gè)產(chǎn)品需各自的一套印刷模板及回流焊模板.
不適合多個(gè)不同的PCBA產(chǎn)品同時(shí)生產(chǎn).
(3)回流爐可能會(huì)損壞不耐高溫的元件。在選擇元件時(shí),特別注意塑膠元件,如電位器
等可能由于高溫而損壞.根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),一般的電解電容,連接器等都無(wú)問(wèn)題.
根據(jù)我們測(cè)試的結(jié)果,實(shí)際使用回流爐時(shí)元件表面最高溫度在120-150度.

四. 通孔回流焊接工藝設(shè)備。
1. 錫漿印刷機(jī)。
采用的機(jī)器：SS-MD(SONY錫漿印刷機(jī))。需用特別的模板配合印刷機(jī)使用.

1.1基本原理。
以一定的壓力及速度下，用塑膠刮刀將裝在模板上的錫漿通過(guò)模板上的漏嘴漏印在線路板上相應(yīng)位置。步驟為：送入線路板-->線路板機(jī)械定位--->印刷錫漿--->送出線路板

1.2錫漿印刷示意圖：

刮刀: 采用賽鋼材料.無(wú)特別的要求.刮刀與模板之間間距為0.1-0.3mm,角度為9度.
模板: 厚度為3mm,模板主要由鋁板及許多漏嘴組成.
漏嘴: 漏嘴的作用是錫漿通過(guò)它漏到線路板上. 漏嘴的數(shù)量與元件腳的數(shù)量一樣,漏嘴的位置與元件腳的位置一樣,以保證錫漿正好漏在需要焊接的元件位置.漏嘴下端與PCB之間間距為0.3mm,目的是保證錫漿可以容易的漏印在PCB上.
漏嘴的尺寸可以選擇,以滿足不同焊錫量的要求.
印刷速度 : 可調(diào)節(jié)，印刷速度的快慢對(duì)印在PCB上錫漿的份量有較大的影響.

1.3工藝窗口:
印刷速度:在機(jī)器設(shè)置完成后,只有印刷速度可通過(guò)電子調(diào)節(jié).要達(dá)到好的印刷品質(zhì),必須具備以下幾點(diǎn):
1. 漏嘴的大小合適,太大引起錫漿過(guò)多而短路；太小引起錫漿過(guò)少而少錫.
2. 模板平面度好，無(wú)變形.
3. 各參數(shù)設(shè)置正確(機(jī)械設(shè)置):
(1)漏嘴下端與PCB之間間距為0.3mm.
(2)刮刀與模板之間間距為0.1-0.3mm,角度為9度.

2. 插入元件。
采用人工的方法將電子元件插入線路板中，如電容，電阻，排插，開關(guān)等。
元件在插入前線腳已經(jīng)剪切。在焊接后無(wú)須再剪切線腳.而波峰焊是在焊接后才進(jìn)行元件線腳剪切.

3. 點(diǎn)焊回流爐.
采用的機(jī)器：SONY點(diǎn)焊回流爐MSR-M201。需用特別的模板配合回流爐使用.

3.1原理 :
熱風(fēng)氣流通過(guò)特制的模板上噴嘴,在一定的溫度曲線下,將印刷在PCB上元件孔位處的錫漿熔化,然后冷卻,形成焊點(diǎn),將通孔元件焊接與線路板上.

3.2 回流爐的結(jié)構(gòu):
共有四個(gè)溫區(qū): 兩個(gè)預(yù)熱區(qū),一個(gè)回流區(qū),一個(gè)冷卻區(qū).只有下部才有加熱區(qū),而上方則沒有加熱區(qū),不象SMT回流爐上下都有加熱區(qū).這樣的設(shè)計(jì)可以盡量較少溫度對(duì)元件本體的損壞.
兩個(gè)預(yù)熱區(qū)和一個(gè)回流區(qū)的溫度可以獨(dú)立進(jìn)行控制,冷卻區(qū)則為風(fēng)冷.
回流區(qū)為最關(guān)鍵的溫區(qū),它需要特殊的回流模板.

3.3點(diǎn)焊回流爐回流區(qū)工作示意圖:
模板: 厚度為15mm,模板主要由耐高溫金屬板及許多噴嘴組成.
噴嘴: 噴嘴的作用是熱風(fēng)通過(guò)它吹到線路板錫漿上. 噴嘴的數(shù)量與元件腳的數(shù)量一樣, 噴嘴的位置與元件腳的位置一樣,以保證熱風(fēng)正好吹在需要焊接的元件位置,提供足夠的熱量.
**噴嘴上端與PCB之間間距為3mm.
**噴嘴的尺寸可以選擇,以滿足不同元件不同位置的熱量需求.

3.4. 回流爐的設(shè)置:
根據(jù)PCB上焊接點(diǎn)的多少,來(lái)決定溫度設(shè)置.以下是筆者所用的溫度設(shè)置:

設(shè)置溫度 實(shí)際溫度
預(yù)熱溫區(qū)1溫度: 380OC 380 OC+/-10 OC
預(yù)熱溫區(qū)2溫度: 430OC 430OC+/- 10OC
回流溫區(qū)溫度: 440OC 440OC+/- 10OC

回流時(shí)間: 27 Sec
熱風(fēng)氣流: 250 NL/Min
傳送帶速度: 0.74 米/分

** 注意: 此回流時(shí)間是指PCB在回流區(qū)停留的時(shí)間,而不是回流曲線中的”回流時(shí)間”.
在此溫區(qū),PCB被迅速加熱直到最高溫度,當(dāng)回流時(shí)間結(jié)束時(shí),PCB被迅速送出并冷卻.

五. 錫漿.
采用含有金屬Bi的錫漿,成分為46Sn/46Pb/8Bi.
由于含有Bi, 熔點(diǎn)為178度,比63Sn/37Pb的183度低5度,目的是降低回流的溫度,避免SMT元件再熔而跌落.SMT采用的是63Sn/37Pb.
采用的錫漿要求流動(dòng)性好,以滿足印刷的要求.
錫漿可在常溫下放置較長(zhǎng)時(shí)間,最長(zhǎng)為7天。

金屬組成部分Sn : 46+/-1%,Bi : 8+/-1%,Pb: 剩余部分;松香含量(重量)9.5 +/-0.5%
粘度 240+/-30 Pa.S
粉末尺寸 25um以下,<10% 25-50 um,> 89% 50um以上,<1%
熔點(diǎn) 163OC固相線, 178OC液相線

六. 溫度曲線.　
由于通孔回流焊的錫漿,元件性質(zhì)完全不同于SMT回流,故溫度曲線也截然不同.

溫度 預(yù)熱區(qū) 回流區(qū) 冷卻區(qū)

溫度曲線分為三個(gè)區(qū)域:
A. 預(yù)熱區(qū).
將線路板由常溫加熱到100OC-140OC左右,目的是線路板及錫漿預(yù)熱,避免線路板及錫漿在熔焊區(qū)受到熱沖擊。如果板上有不耐高溫的元件,則可以將此溫區(qū)的溫度降低,以免損壞元件.

B. 回流區(qū).(主加熱區(qū))
溫度上升到錫漿熔點(diǎn),且保持一定的時(shí)間.使錫漿完全熔化。最高溫度在200-230OC.
在178OC以上的時(shí)間為30-40秒.

C. 冷卻區(qū).
借助冷卻風(fēng)扇,降低錫漿溫度，形成錫點(diǎn)，并將線路板冷卻至常溫。