学士学位论文--smt技术的发展趋势.doc

SMT技术的发展趋势摘 要在电子应用技术智能化，多媒体化，网络化的发展趋势下，SMT技术应运而生。随着各学科领域的协调发展，SMT在90年代得到迅速发展和普及，并成为电子装联技术的主流。它不仅变革了传统电子电路组装的概念，其密度化，高速化，标准化等特点在电路组装技术领域占了绝对的优势。对于推动当代信息产业的发展起了重要的作用，并成为制造现代电子产品必不可少的技术之一。目前，它已经浸透到各个行业，各个领域，应用十分广泛。本论文以具体实践岗位为基础，详细讨论了SMT技术的工艺流程及发展等相关内容。它大大节省了材料、能源、设备、人力、时间等，不仅降低了成本，还提高了产品性能和生产效率，还给人们的生活带来了越来越多的便捷和享受。关键词：SMT技术 特点 工艺流程 发展1 绪 论SMT（Surface Mounted Technology)，即表面贴装技术,是一种无需对钻插装孔而直接将元器件贴焊到PCB表面规定位置上的装联技术.SMT的发明地是美国，1963年世界出现第一只表面贴装元器件和飞利浦公司推出的第一块表面贴装电路以来，SMT已由初期主要应用在军事，航空，航天等尖端产品和投资类产品逐渐应用到计算机，通讯，军事，工业自动化，消费类电子行业等各行各业。SMT发展非常迅猛，进入80年代SMT技术已成为国际上最热门的新一代电子组装技术，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。SMT是一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是从厚、薄膜混合电路演变发展而来的。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。SMT无需对印制板钻插装孔，直接将处式元器件或适合于表面组装的微型元件器贴、焊到印制或其他基板表面规定位置上的装联技术。SMT与我们日常生活息息相关，我们使用的计算机手机BP机打印机复印机掌上电脑快译通电子记事本DVDVCDCD随身听摄象机传真机微波炉高清晰度电视电子照相机IC卡，还有许多集成化程度高体积小功能强的高科技控制系统，都是采用SMT生产制造出来的，可以说如果没有SMT做基础，很难想象我们能使用上这些使生活丰富多采的商品。2 SMT技术的发展史2.1表面组装技术的产生背景所谓表面组装技术，是指把片状结构的元器件或适合于表面组装的小型化元器件，按照电路的要求放置在印制板的表面上，用再流焊或波峰焊等焊接工艺装配起来，构成具有一定功能的电子部件的组装技术。 近年来，电子应用技术的发展表现出三个显著的特征。(1)智能化：使信号从模拟量转换为数字量，并用计算机进行处理。(2)多媒体化：从文字信息交流向声音、图像信息交流的方向发展，使电子设备更加人性化、更加深入人们的生活与工作。(3)网络化：用网络技术把独立系统连接起来，高速、高频的信息传输使整个单位、地区、国家以至全世界实现资源共享。这种发展趋势和市场需求对电路组装技术提出了如下要求：密度化：单位体积电子作品处理信息量的提高。高速化：单位时间内处理信息量的提高。标准化：用户对电子作品多元化的需求，使少量品种的大批量生产转化为多品种，小批量的生产，这样必然对元器件及装配手段提出更高的标准化要求。这些要求迫使对在通孔基板PCB上插装电子元器件的工艺方式进行革命，从而导致电子作品的装配技术全方位地转向SMT。2.2 SMT技术的发展2.2.1 SMT技术在世界的发展SMT技术自20世纪60年代问世以来，经过40年的发展，已進入完全成熟的阶段是当代电路组装技术的主流，而且正继续向纵深发展。 美国是世界上最早应用SMT的国家，而且一直重视在投资类电子作品和军事装备领域发挥SMT高组装密度和高可靠性方面的优势。日本在20世纪70年代从美国引进SMT技术并将之应用在消费类电子作品领域，并投入巨资大力加强基础材料、基础技术和推广应用方面的开发研究工作。日本从20世纪80年代中后期起，加速了SMT在产业电子设备领域中的全面推广应用，仅用四年时间使SMT在计算机和通信设备中的应用数量增长了近30，使日本很快超过了美国，在SMT方面处于世界领先地位。 20世纪80年代中期以来，SMT进入高速发展阶段，90年代初已成为完全成熟的新一代电路组装技术，并逐步取代通孔插装技术。据国外资料报道，进入20世纪90年代以来，全球采用通孔组装技术的电子作品正以年11的效率下降，而采用SMT的电子作品正以8的效率递增。到目前为止，日、美等国已有80以上的电子作品采用了SMT。欧洲各国SMT的起步较晚，但他们重视发展并有较好的工业基础，发展效率也很快，其发展水平仅次于日本和美国。20世纪80年代以来，新加坡、韩国和我国香港、台湾地区也不惜投入巨资，纷纷引进先进技术，使SMT获得较快的发展。2.2.2 SMT技术在中国的发展我国SMT的应用起步于20世纪80年代初期，最初从美、日等国成套引进了SMT生产线用于彩电调谐器生产。随后应用于录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听等生产中，近几年在计算机、通信设备、航空航天电子作品中也逐渐得到应用。 据2000年不完全统计，我国约有40多家公司从事表面组装元器件的生产，全国约有300多家公司引进了SMT生产线，不同程度地采用了SMT技术，全国已引进7000余台贴装机。随着改革开放的深入以及加入WTO，近年来美、日、新加坡的部分厂商已将SMT加工厂搬到了中国，仅20012002一年就引进了4000余台贴装机。经过20年持续增长，尤其是2000年到2004年连续5年的超高速增长，中国已经成为世界第一的SMT产业大国，预计这一地位10年内不会改变。从2005年起，中国的SMT产业进入调整转型期，这个调整转型期是中国由SMq、大国走向SMT、强国的关键。我国SMT的发展前景是非常广阔的。3 SMT的特点及优势3.1 SMT技术的组装特点1）组装密度高、结构紧凑、电子产品体积小、耐振动、抗冲击，高频特性好、重量轻、生产效率高等优点。一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%60%，重量减轻60%80%。SMT在电路板装联工艺中已占据了领先地位。2）可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。3）高频特性好。减少了电磁和射频干扰。4）易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。3.2 SMT工艺技术与传统通孔插装技术差别比较3.2.1传统通孔插装技术 THT采用有引线元器件，在印制板上设计好电路连接导线和安装孔，通过把元器件引线插入PCB上预先钻好的通孔中，暂时固定后在基板的另一面采用波峰焊接等软钎焊技术进行焊接，形成可靠的焊点，建立长期的机械和电气连接，元器件主体和焊点分别分布在基板两侧。采用这种方法，由于元器件有引线，当电路密集到一定程度以后，就无法解决缩小体积的问题了。同时，引线间相互接近导致的故障、引线长度引起的干扰也难以排除。3.2.2 SMT工艺技术所谓表面组装技术，是指把片状结构的元器件或适合于表面组装的小型化元器件，按照电路的要求放置在印制板的表面上，用再流焊或波峰焊等焊接工艺装配起来，构成具有一定功能的电子部件的组装技术。在传统的THT印制电路板上，元器件和焊点分别位于板的两面；而在SMT电路板上，焊点与元器件都处在板的同一面上。因此，在SMT印制电路板上，通孔只用来连接电路板两面的导线，孔的数量要少得多，孔的直径也小很多。这样，就能使电路板的装配密度极大提高。3.2.3表面组装技术体现的优越性1 实现微型化。SMT的电子部件，其几何尺寸和占用空问的体积比通孔插装元器件小得多，一般可减小6070，甚至可减小90。重量减轻6090。2 信号传输速度高。结构紧凑、组装密度高，在电路板上双面贴装时，组装密度可以达到5520个焊点cm。，由于连线短、延迟小，可实现高速度的信号传输。同时，更加耐振动、抗冲击。这对于电子设备超高速运行具有重大的意义。3 高频特性好。由于元器件无引线或短引线，自然减小了电路的分布参数，降低了射频干扰。4 有利于自动化生产，提高成品率和生产效率。由于片状元器件外形尺寸标准化、系列化及焊接条件的一致性，使SMT的自动化程度很高，从而使焊接过程造成的元器件失效大大减少，提高了可靠性。5 材料成本低。现在，除了少量片状化困难或封装精度特别高的品种，绝大多数SMT元器件的封装成本已经低于同样类型、同样功能的iFHT元器件，随之而来的是SMT元器件的销售价格比THT元器件更低。(6)SMT技术简化了电子整机产品的生产工序，降低了生产成本。在印制板上组装时，元器件的引线不用整形、打弯、剪短，因而使整个生产过程缩短，生产效率得到提高。同样功能电路的加工成本低于通孔插装方式，一般可使生产总成本降低3050。4 SMT工艺流程 4.1 SMT工艺流程类型1.三种装配工艺一、单面组装：来料检测 = 丝印焊膏(点贴片胶) = 贴片 = 烘干(固化) = 回流焊接 = 清洗 = 检测 = 返修二、双面组装：A：来料检测 = PCB的A面丝印焊膏(点贴片胶) = 贴片 = 烘干(固化) = A面回流焊接 = 清洗 = 翻板 = PCB的B面丝印焊膏(点贴片胶) = 贴片 = 烘干 = 回流焊接(最好仅对B面 = 清洗 = 检测 = 返修) 此工艺适用于在PCB两面均贴装有PLCC等较大的SMD时采用。B：来料检测 = PCB的A面丝印焊膏(点贴片胶) = 贴片 = 烘干(固化) = A面回流焊接 = 清洗 = 翻板 = PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = B面波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修)此工艺适用于在PCB的A面回流焊，B面波峰焊。在PCB的B面组装的SMD中，只有SOT或SOIC(28)引脚以下时，宜采用此工艺。三、单面混装工艺：来料检测 = PCB的A面丝印焊膏(点贴片胶) = 贴片 = 烘干(固化) = 回流焊接 = 清洗 = 插件 = 波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修四、双面混装工艺：A：来料检测 = PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = 翻板 = PCB的A面插件 = 波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修先贴后插，适用于SMD元件多于分离元件的情况B：来料检测 = PCB的A面插件(引脚打弯) = 翻板 = PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = 翻板 = 波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修先插后贴，适用于分离元件多于SMD元件的情况C：来料检测 = PCB的A面丝印焊膏 = 贴片 = 烘干 = 回流焊接 = 插件，引脚打弯 = 翻板 = PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = 翻板 = 波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修A面混装，B面贴装。D：来料检测 = PCB的B面点贴片胶 = 贴片 = 固化 = 翻板 = PCB的A面丝印焊膏 = 贴片 = A面回流焊接 = 插件 = B面波峰焊 = 清洗 = 检测 = 返修5 SMT工艺要求5.1 SMT基本工艺要素工艺流程：印刷前准备工作 开机初始化 安装模板 安装利刀 连续生产老产品 印刷新产品 PCB定位 图形对准 图形对准 编程(设置印刷参数) 调老产品程序 制作视觉图像 添加焊膏 首件试印刷并检验 Yes No 调整参数或对准图形 用视觉系统连续印刷 不用视觉系统连续印刷 检验 结束 关机5.1.1点胶（丝印）1 丝网印刷技术是采用已经制好的网板，用一定的方法使丝网和印刷机直接接触，并使焊膏在网板上均匀流动，由掩膜图形注入网孔。当丝网脱开时，焊膏就以掩膜图形的形状从网孔脱落到的相应焊盘图形上，从而完成了焊膏在上的印刷。完成这个印刷过程而采用的设备就是丝网印刷机丝印机目前分为垂直丝印机、斜臂丝印机、转盘丝印机、四柱式丝印机及全自动丝印机。 垂直丝印机的特点：针对高精密的印刷，如高科技电子行业、套印多色、网点印刷等。与斜臂丝印机相比较效率低，但精准度高。 斜臂丝印机的特点：针对包装行业，或局部UV等印刷，效率高，但精准度低 转盘丝印机的特点：针对服装行业，或光盘行业，不好定位的行业可采取转盘式。 四柱丝印机的特点：针对面积大的行业，如果装潢，大型玻璃等行业。 全自动丝印机的特点：是卷对卷的针对PET、PP、PC、PE等软质材料的印刷，是由进料，印刷及干燥集于一体工艺全部完成，是大批量量产的最佳选择. 2 印机的工作原理经传动机构传递动力，让刮墨板在运动中挤压油墨和丝网印版，使丝网印版与承印物形成一条压印线，由于丝网具有张力N1和N2，对刮墨板产生力 F2，回弹力使丝网印版除压印线外都不与承印物相接触，油墨在刮墨板的挤压力F1作用下，通过网孔，从运动着的压印线漏印到承印物上。 3 丝印机的特点1. 丝印机独特变频调速装置，印刷速度由2070印次每分钟 丝印机2.电子计数器可准确预调数计时，总数自动停机。 3. 丝印机有多色印刷电眼装置，微调操作，对点对色准确，提高印刷品质。 4. 丝印机适合印大面积底色、细字、纲点，均清晰亮丽不退色 5.油墨附着力好、墨层厚、不退色、不掉色、奈候性好，色泽鲜艳。 6. 丝印机可连接UV干燥机/上光模切机（JM-320）/分条机/切刀机/复卷机或单独使用。 7. 丝印机采用世界上最好的日本内置伺服电机，日本三菱变频器，NSK、NTN、IKO、日本进口轴承，仕琳工控。静电喷涂-烤漆-奈溶剂。人性化设计，利于操作。 8.操作容易减少试版时之高单价印材损耗。 丝印机的技术参数： 最大印刷面积350200mm印件高度160mm最大印刷速度1000pcshr手动丝印机1功率110220v 6050Hz 50W耗气量95Litremin6bar外形尺寸1019612512mm重量200kg4 丝印机的适用范围丝印机适用系列：各种塑料、化妆品、包装盒、金属板、刻度板、压克力、电子产品、家庭用品、贴纸、皮革转印纸各种型态之杯子、桶子、玻璃、棒球棒、木板等。可在平、曲面物体上，作最美观及高品质效率的印刷。5 刮板的使用(1)刮板的选择。要求耐磨，耐溶剂，通常使用聚氨脂橡胶，刮板角度705。硬度7010刮板装上刮板架上一般外露约2mm。(2)刮板的使用。刮板长度选择。根据所印刷的图形大小用合适的橡胶刮板，一般要求刮板长度比图形两边各长15毫米以上。刮板的安装。选择刮板橡胶平直边缘锋利的一面安装在刮板柄上靠外面，以利于使用，拧紧螺丝固定好刮板。磨刮板。若刮板边缘有伤痕，缺口，刃口不锐利，应在磨刮板机上进行研磨，使刮板端面保持良好状态。6 丝印定位方式丝印定位的目的,保证每一次印刷时，待印的印制板和网版之间不发生错位，从而保证丝印重复精度一致,数量不大，显影机显影压力足够大，丝印技巧运用得当时，印刷液态感光阻焊油墨常用空白网，这时丝印定位要求不严格，但丝印字元油墨，或需用网点图档住双面多层板的孔，以避免油墨漏入孔内显影冲不干净，这时就应充分考虑定位问题了。阻焊塞导通孔，印碳油墨，印兰胶都涉及一个丝印定位问题。7 刷板(1)刷板机结构。刷板是丝印阻焊前的一个十分重要的工序，成品板检查发现阻焊膜掉，胶带试验不过关，最终客户波峰焊后板于阻焊起泡，阻焊下的大铜面有污渍等问题都同刷板有关。经过多年的实验摸索，目前多数工厂对刷板机都形成了以下的结构形式：入板酸洗水洗磨板水洗吸干烘干出板酸洗段目的是除板面氧化膜，通常用13硫酸；磨板段使用上下各两对尼龙刷，第一对500目，第二对粒度800目。若使用粗目如300400滚刷，作高密度线路板时易产生线间微短路丝印阻焊前的表面处理还有其他形式代替尼龙滚刷磨板。如用浮石粉喷洗和软刷刷洗，也有的工厂用化学法清洗表面，这二种方式都能作出高档次高质量的线路板，如何运用，要根据本企业的实际，作板的档次要求，设备能力和工艺控制维护水平等因素作决定。5.1.2贴装 SMT生产中的贴片技术通常是指用一定的方式将片式元器件准确地贴放到PCB指定的位置, 这个过程英文称之为“Pick and Place”， 显然它是指吸取 /拾取与放置两个动作。在SMT初期，由于片式元器件尺寸相对较大，人们用镊子等简单的工具就可以实现上述动作，至今尚有少数工厂仍采用或部分采用人工放置元件的方法。但为了满足大生产的需要，特别是随着SMC/SMD的精细化，人们越来越重视采用自动化的机器-贴片机来实现高速高精度的贴放元器件。 近30年来，贴片机已由早期的低速度（1-1.5秒/片）和低精度（机械对中）发展到高速（0.08秒/片）和高精度（光学对中，贴片精度+-60um/4）。高精度全自动贴片机是由计算机、光学、精密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性马达、谐波驱动器以及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技装备。从某种意义上来说，贴片机技术已经成为SMT的支柱和深入发展的重要标志，贴片机是整个SMT 生产中最关键、最复杂的设备，也是人们初次建立SMT生产线时最难选择的设备。 贴装机相当于机器人的机械手，把元器件按照事先编制好的程序从它的包装中取出，并贴放到印制板相应的位置上。 1贴装机的的基本结构 (1)底座用来安装和支撑贴装机的全部部件，目前趋向采用铸铁件。铸铁件具有质量大、振动小的特点，有利于保证贴装精度。(2)供料器供料器用来放置各种包装形式的元器件，有散装、编带、管装和托盘四种类型。贴装时将各种类型的供料器分别安装到相应的供料器架上。 (3)印制电路板传输装置目前大多数贴装机直接采用轨道传输，也有一些贴装机采用工作台传输，即把PCB固定在工作台上，工作台在传输轨道上运行。 (4)贴装头贴装头是贴装机上最复杂、最关键的部件，它相当于机械手，用来拾取和贴放元器件。 (5)贴装头的x、Y定位传输装置有机械丝杠传输(一般采用直流伺服电机驱动)；磁尺和光栅传输。从理论上讲，磁尺和光栅传输的精度高于丝杠传输；但是在维护修理方面，丝杠传输比较容易。 (6)贴装工具(吸嘴)不同形状、大小的元器件要采用不同的吸嘴进行拾放，一般元器件采用真空吸嘴，对于异形元件(例如没有吸取平面的连接器等)也有采用机械爪结构的。 (7)对中系统有机械对中、激光对中、激光加视觉对中，以及全视觉对中系统。 (8)计算机控制系统计算机控制系统是贴装机所有操作的指挥中心，目前大多数贴装机的计算机控制系统采用Windows界面。 2贴装机的主要技术指标 (1)贴装精度：贴装精度包括三个内容：贴装精度、分辨率和重复精度。 贴装精度是指元器件贴装后相对于印制板标准贴装位置的偏移量。一般来讲，贴装Ch中元件要求达到0.1mm，贴装高密度窄间距的SMD至少要求达到0.06mm。 分辨率分辨率是贴装机运行时最小增量(例如丝杠的每个步进为0.01 mm，那么该贴装机的分辨率为0.1mm)的一种度量，衡量机器本身精度时，分辨率是重要指标。但是，实际贴装精度包括所有误差的总和，因此，描述贴装机性能时很少使用分辨率，一般在比较贴装机性能时才使用分辨率。 重复精度重复精度是指贴装头重复返回标定点的能力。贴装精度、分辨率、重复精度之间有一定的相关关系。 (2)贴片速度：一般高速机贴装速度为0.2SChip元件以内，目前最高贴装速度为0.06SCh中元件；高精度、多功能机一般都是中速机，贴装速度为0.3-0.6SChip元件左右。 (3)对中方式：贴片的对中方式有机械对中、激光对中、全视觉对中、激光和视觉混合对中等。其中，全视觉对中精度最高。 (4)贴装面积：由贴装机传输轨道以及贴装头运动范围决定，一般最小PCB尺寸为50x50mm，最大PCB尺寸应大于250x300mm。 (5)贴装功能：一般高速贴装机主要可以贴装各种Chip元件和较小的SMD器件(最大25x30mm左右)；多功能机可以贴装从1.0x0.5mm(目前最小可贴装0.6x0.3mm)54x54mill(最大60x60mm)SMD器件，还可以贴装连接器等异形元器件，最大连接器的长度可达150mm。 (6)可贴装元件种类数：可贴装元件种类数是由贴装机供料器料站位置的数量决定的(以能容纳8mm编带供料器的数量来衡量)。一般高速贴装机料站位置大于120个，多功能机制站位置在60120之间。 (7)编程功能：是指在线和离线编程以及优化功能。 5.1.3回流焊接回流焊的设备结构及原理 1 回流焊接的过程 回流焊的基本原理比较简单，它首先对PCB板的表面贴装元件（SMD）焊盘印刷锡膏，然后通过自动贴片机把SMD贴放到预先印制好锡膏的焊盘上。最后，通过回流焊接炉，在回流焊炉中逐渐加热，把锡膏融化，称为回流（Reflow），接着，把PCB板冷却，焊锡凝固，把元件和焊盘牢固地焊接到一起（见图9）。在回流焊中，焊盘和元件管脚都不融化。这是回流焊（Reflow Soldering）与金属融焊（Welding）的不同。 深入的了解回流焊就必须从焊锡膏的作用原理和焊接过程中发生的物理化学变化入手。锡膏的成分主要锡铅合金的粉末和助焊剂混合而成。在受热的条件下，融化的焊锡材料中的锡原子和焊盘或焊接元件（主要成分是铜原子）的接触界面原子相互扩散，形成金属间化合物（IMC），首先形成的Cu6Sn5，称n-phase，它是形成焊接力的关键连接层， 只有形成了 n-phase，才表示有真正的可靠焊接。随着时间的推移，在n-phase和铜层之间中会继续生成Cu3Sn，称为-phase，它将减弱焊接力量和减低长期可靠性。在焊点剖面的金相图中，可以清楚地看到这个结构。 电子扫描显微镜（SEM）显示的Cu-Sn IMC金属间化合物是焊点强度的关键因素，因此许多人员专门研究金属间化合物的变化对焊点的长期可靠性带来的影响 410。为了保护焊盘或元件管脚的可焊性，一般它们表面都镀有锡铅合金层或有机保护层。对非铜的金属材料的管脚一般在管脚镀层和金属之间加有镀镍层作为阻断层防止金属扩散。这个镍镀层还用来阻挡与焊锡不可焊或不相容的金属与焊锡层的接触 5。另一个有关镀层的问题是关于镀金层的问题，有文章5指出如果焊点中金的成分达到34%以上，焊点有潜在的脆性增大的危险。2 回流焊温度曲线 要得到好的回流焊接效果必须有一个好的回流温度曲线（Profile）。那么什么是一个好的回流曲线呢？一个好的回流曲线应该是对所要焊接的PCB板上的各种表面贴装元件都能够达到良好的焊接，且焊点不仅具有良好的外观品质而且有良好的内在品质的温度曲线。3 回流炉的参数设定 要得到一个炉温曲线首先应给回流炉一个参数设定。回流炉的参数设定一般称为Recipe。Recipe一般包括炉子每区的温度设定，传送带带速设定，以及是使用空气还是氮气。下表是BTU炉的一个Recipe的设定。温度设定：（单位：） 带速设定：（单位：cm/分）气体设定：表中1T7T，1B7B分别表示回流炉上下温区的温度设定，传送带带速为75 cm/分，焊接环境使用空气，不使用氮气。设定一个回流曲线要考虑的因素有很多，一般包括： 所使用的锡膏特性，PCB板的特性，回流炉的特点等。下面分别讨论。4 锡膏特性与回流曲线的重要关系锡膏特性决定回流曲线的基本特性。不同的锡膏由于助焊剂（Flux）有不同的化学组分，因此它的化学变化有不同的温度要求，对回流温度曲线也有不同的要求。一般锡膏供应商都能提供一个参考回流曲线，用户可在此基础上根据自己的产品特性优化。它可分为4个主要阶段：1）把PCB板加热到150左右，上升斜率为1-3 /秒。 称预热（Preheat）阶段。2）把整个板子慢慢加热到183 。称均热（Soak或Equilibrium）阶段。时间一般为60-90秒。3）把板子加热到融化区（183 以上），使锡膏融化。称回流（Reflow Spike）阶段。在回流阶段板子达到最高温度，一般是215 +/-10 。回流时间以45-60秒为宜，最大不超过90秒。4）曲线由最高温度点下降的过程。称冷却（Cooling）阶段。一般要求冷却的斜率为2 -4/秒。典型的回流焊接温度曲线 预热阶段的目的是把锡膏中较低熔点的溶剂挥发走。锡膏中助焊剂的主要成分包括松香，活性剂，黏度改善剂，和溶剂。溶剂的作用主要作为松香的载体和保证锡膏的储藏时间。预热阶段需把过多的溶剂挥发掉，但是一定要控制升温斜率，太高的升温速度会造成元件的热应力冲击，损伤元件或减低元件性能和寿命，后者带来的危害更大，因为产品已流到了客户手里。另一个原因是太高的升温速度会造成锡膏的塌陷，引起短路的危险，尤其对助焊剂含量较高（达10%）的锡膏均热阶段的设定主要应参考焊锡膏供应商的建议和PCB板热容的大小。因为均热 阶段有两个作用，一个是使整个PCB板都能达到均匀的温度（175左右），均热的目的是为了减少进入回流区的热应力冲击，以及其它焊接缺陷如元件翘起，某些大体积元件冷焊等。均热阶段另一个重要作用就是焊锡膏中的助焊剂开始发生活性反应，它将清除焊件表面的氧化物和杂质，增大焊件表面润湿性能（及表面能），使得融化的焊锡能够很好地润湿焊件表面。由于均热段的重要性，因此均热时间和温度必须很好地控制，既要保证助焊剂能很好地清洁焊面，又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉。助焊剂要保留到回流焊阶段是必需的，它能促进焊锡润湿过程和防止焊接表面的再氧化。尤其是目前使用低残留，免清洗（no-clean）的焊锡膏技术越来越多的情况下，焊膏的活性不是很强，且回流焊接的也多为空气回流焊，更应注意不能在均热阶段把助焊剂消耗光。 回流阶段，温度继续升高越过回流线（183），锡膏融化并发生润湿反应，开始生成金属间化合物层。到达最高温度（215 左右），然后开始降温，落到回流线以下，焊锡凝固。回流区同样应考虑温度的上升和下降斜率不能使元件受到热冲击。回流区的最高温度是由PCB板上的温度敏感元件的耐温能力决定的。在回流区的时间应该在保证元件完成良好焊接的前提下越短越好，一般为30-60秒最好，过长的回流时间和较高温度，如回流时间大于90秒，最高温度大于230度，会造成金属间化合物层增厚，影响焊点的长期可靠性4。冷却阶段的重要性往往被忽视。好的冷却过程对焊接的最后结果也起着关键作用。好的焊点应该是光亮的，平滑的。而如果冷却效果不好，会产生很多问题诸如元件翘起，焊点发暗，焊点表面不光滑，以及会造成金属间化合物层增厚等问题。因此回流焊接必须提供良好的冷却曲线，既不能过慢造成冷却不良，又不能太快，造成元件的热冲击。PCB板的特性与回流曲线的关系 回流曲线的设定，与要焊接的PCB板的特性也有重要关系。板子的厚薄，元件的大小，元件周围有无大的吸热部件，如金属屏蔽材料，大面积的地线焊盘等，都对板子的温度变化有影响。因此笼统地说一个回流曲线的好坏是无意义的。一个回流曲线必须是针对某一个或某一类产品而测量得到的。因此如何准确测量回流曲线，来反映真实的回流焊接过程是非常重要的。常用的测量回流焊曲线的方法有三种：1）用回流炉本身配备的长热偶线（一般常用的工业标准是K型热偶线），热偶线的一端焊接到PCB板上，另一端插到设备的预设热偶插口上。把板放进炉内，当板子从炉另一端出来时，用热偶线把板子从出口端拉回来。在测量的同时温度曲线就可显示到设备的显示器上。一般回流炉 都带有多个K型热偶插口，因此可连接多根热偶线，同时测量PCB板几个点的温度曲线。2）用一个小的温度跟踪记录器。它能够跟随待测PCB板进入回流炉。记录器上也有多个热偶插口，可因此可连接多根热偶线。记录器里存放的温度数据，只有在出炉后，才可输到电脑里分析或从打印机中输出。3）带无线数据传输的温度跟踪记录器。与第2种方法相同，只是多了一个无线传输功能。当它在炉内测温时，在存储温度数据的同时把数据用无线方式传到外面的接受器上，接受器与电脑相连。三种方法本质都是一样的，用户可根据习惯来选择采用那种方法。热偶线的安装有一般两种，一是高温焊锡丝，温度在300以上（高于回流最高温度）。 另一种方法是用胶或是高温胶带把它粘住。这样热偶线就不会在回流区脱落。焊点的位置一般为选取元件的焊脚和焊盘接触的地方。焊点不能太大，以焊牢为准。焊点大，温度反应迟后，不能准确反映温度变化，尤其是对QFP等细间距焊脚。对特殊的器件如BGA还需要在PCB板下钻孔，把热偶线穿到BGA下面。图12说明了QFP和BGA元件的热偶线焊接方法。热偶线的安装位置一般根据PCB板的工艺特点来选取，如双面板应在板上下都安装热偶线，大的IC芯片脚要安装，BGA元件要安装，某些易造成冷焊的元件（如金属屏蔽罩周围，散热器周围元件）一定要放置。3.2.4。回流炉设备的特点与回流曲线的关系 因为回流曲线的实现是在回流炉中完成的，因此它与回流炉的具体特点有关。不同的炉因加热区的数目和长短不同，气流的大小不同，炉温的容量不同，对回流曲线都会造成影响。设备对回流曲线的影响可归纳为下面几点：1）加热区数目的因素。对加热区多的回流炉（8个加热区），由于每一个炉区都能单独设定炉温，因此调整回流温度曲线比较容易。对要求较复杂的回流曲线同样可以做到。但短炉子（4个加热区），因为它只有四个可调温区，要想得到复杂的曲线比较难，但对于没有特别要求的SMT焊接，短炉子也能满足要求，而且价钱便宜。另一个方面，长炉子的优点是传送带的带速可以比短炉子提高至少1倍以上，这样长炉的产量至少能达到短炉的1倍以上。当大批量生产线追求产能时，这一点是至关重要的。2）热风气流的因素。由于目前大多数回流炉以风扇强制驱动热风循环为主，因此风扇的转速决定了风量的大小。在相同的带速和相同的温度设定下，风扇的转速越高，回流曲线的温度越高。当风扇马达出现故障时，如停转，即使炉温显示正常，炉温的曲线测量也会比正常曲线低很多，若故障马达在回流区，则PCB板极易产生冷焊，若故障马达在冷却区，则PCB板的冷却效果就下降。因此对马达转速是可编程调节的回流焊接炉，如VITRONICS，风扇的转速也是需要经常检查的参数之一。3）炉温的容量的因素。回流焊接有时会出现这样的现象，当焊接一块小尺寸的PCB板时，焊接结果非常好，而焊接一块大尺寸的PCB板时，某些温区炉温会出现稍微下降的现象。这就是由于大板子吸热较多，炉子的热容量不足引起的。一般可以通过加大风扇转速来调节。但是炉温的容量主要是由炉体结构，加热器功率等设计因素决定的，因此是炉子厂家设计时已经固定了的。用户在选择回流炉时必须考虑这个因素。热容量越大越好，当然炉子消耗的功率也越多。3.3 氮气回流焊与空气回流焊 氮气回流焊的使用主要是为了增强焊接质量，使焊接发生在氧含量极少（100PPM）以下的环境下，可避免元件的氧化问题。因此氮气回流焊的主要问题是保证氧气含量越低越好。氧含量的控制对用户来讲主要是保证氮气气源的纯度，一般工业用氮气纯度可达5PPM，炉内氧含量主要跟炉子的密封设计的好坏有关。炉体由于两边的进出板口会漏空气进入，因此两边的氧含量会比炉体中间区高。许多文章都专门讨论过对氧含量对焊接的影响。但随着焊锡膏技术和元件焊脚镀层技术的不断更新，空气中回流的焊接已经占据了主流。因为空气焊接有许多优点例如取消氮气，降低成本；气体控制无需再考虑氧含量的控制；炉子的造价下降。因此目前多数的回流焊接都在使用空气回流焊，只有个别的特别怕氧化的元件才考虑用氮气焊接。5.1.4检测回流焊的焊接质量的方法目前常用的有目检法，自动光学检查法（AOI），电测试法（ICT），X-光检查法，以及超声波检测法。1目检法简单，低成本。但效率低，漏检率高，还与人员的经验和认真程度有关。不仅能够从外观上检查电路板和元器件的质量，也可以在贴片焊接工序以后检查焊点的质量。2自动光学检测AOI系统用可见光(激光)或不可见光(X射线)作为检测光源，光学部分采集需要检测的电路板图形，由图像处理软件对数据进行处理、分析和判断。3电测试法（ICT）可以检查各种电气元件的正确连接。但需要复杂的针床模具，价格高，维护复杂。对焊接的工艺性能，例如焊点光亮程度，焊点质量等无法检验。另外，随着电子产品装连越来越向微型化，高密度以及BGA，CSP方向发展，ICT的测针方法受到越来越多的局限。4 X射线检测(AXI)X射线检测设备大致可以分成以下三种；X射线传输(2D)测试系统：适用于检测单面贴装了BGA等芯片的电路板。X射线断面测试或三维(3D)测试系统：可以进行分层断面检测，X射线光束聚焦到任何一层并将相应图像投射到一个高速旋转的接受面上。3D检验法可对电路板两面的焊点独立成像。3D X射线检测技术除了可以检验双面贴装的SMT电路板外，还能对那些不可见焊点进行多层图像“切片”检测，即对BGA焊点的顶部、中部和底部进行彻底检验。同时，利用此方法还可以检测通孔(THT)焊点，检查通孔中的焊料是否充实，从而极大地提高焊点的连接质量。X射线和ICT结合的检测系统：用ICT在线测试补偿X射线检测的不足之处，适用于高密度、双面贴装BGA等芯片的电路板。5 超声波检测法通过超声波的反射信号可以探测元件尤其时QFP，BGA等IC芯片封装内部发生的空洞，分层等缺陷。它的缺点是要把PCB板放到一种液体介质才能运用超声波检验法。较适合于实验室运用。 种检查方法，既各有特色，又相互覆盖，它们的相互关系可用图13 来说明。 由图中可以看出，BGA，元件外观，及元件值的检验分别为X光，自动光学，及ICT检测法特有的检查手段，其余的功能都相互有交叉。例如，用光学检查方法解决表面可见的焊盘焊点和元件对错识别，用X-Ray检查不可见的元件焊点如BGA，