[发明专利]再流焊加载曲线参数的设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子组装再流焊加载曲线参数的设置方法。 

背景技术

随着集成电路产业的飞速发展，高集成度、高可靠性已经成为行业的新潮流。在这种趋势的推动下，表面组装技术（Surface Mount Technology）在得到了进一步的推广和发展。很多公司在生产和研发中已经大量应用了SMT工艺和表面贴装元器件。在SMT工艺中再流焊接是核心工艺，因为印制电路板（PCB，Printed Circuit Board）设计和温度曲线设置的是否合理，最终都将以不良焊接的形式集中表现在焊接中。由于温度曲线设置问题而导致的不良焊接，将在温度循环适应性研究中降低器件焊点寿命，从而影响产品在服役过程中的使用寿命。因此，研究再流焊温度曲线的设置对器件在温度循环中的适应性尤其显得重要。 

焊接起到使元器件与PCB之间建立可靠的电气和机械连接的作用，其在整个表面组装工艺中占有重要地位，而且也是影响表面组装产品可靠性的重要环节。随着电子组装的小型化，高密度化以及无铅化的发展，在整个组装工艺技术中，焊接技术受到了越来越高的挑战，如果对焊接工艺控制不当，势必将产生一些缺陷，归纳起来主要有冷焊、立碑、偏移、桥接、空洞、芯吸、锡珠、开裂等相关缺陷，给产品的电气和机械可靠性带来严重影响。 

再流焊亦称回流焊，它是预先在PCB焊接部位（焊盘）施放适量和适当形式的焊料，然后贴放表面组装元器件，经固化后，再利用外部热源使焊料再次流动达到焊接目的的一种成组或逐点焊接工艺。再流焊接技术能完全满足各类 表面组装元器件对焊接的要求，因为它能根据不同的加热方法使焊料再流，实现可靠的连接。再流焊按照加热方法分类主要分为红外再流焊，热板加热再流焊，热风炉再流焊，红外热风再流焊等。 

在SMT生产流程中，再流焊参数设置的好坏是影响焊接质量的关键，通过温度曲线仿真研究，可以为再流焊参数的设置提供准确的理论依据。在大多数情况下，温度的分布受组装电路板的特性、焊膏的特性和所用再流焊回流能力等诸多方面的影响。因此，再流焊的温度曲线必须综合考虑焊膏、完全装配过的电路板和设备等因素,良好的温度曲线必须经过反复试验才能获得较为满意的结果。为充分理解曲线的各阶段对焊膏成分的影响,将曲线分成这样四段:预热阶段、保温阶段、回流（焊接）阶段和冷却阶段。 

预热段：该段的目的是把室温下的PCB组件尽快加热,但过快的升温速率会令板子或零件损坏。对大多数的助焊剂，在此阶段不会迅速地挥发,因为它们有足够高的沸点来防止焊膏在印刷过程中变干。通常零件制造商会推荐加热速率的极限值，一般都规定一个最大的值4℃/S以防止升温过快产生的热应力造成的零件损坏。而温度上升太慢,助焊剂挥发，使锡膏不能实现良好润湿。生产实践证明，通常的加热速率一般设定为1-3℃/S。 

保温区：保温区的主要目的是保证电路板上的全部元件在进入回流段之前达到相同的温度。电路板上的元件吸热能力通常有很大差别，为减小元件之间的温差，有时需要延长保温周期。但是太长的保温周期可能导致助焊剂过度蒸发，无法达到润湿的作用，从而引起引脚与焊盘的氧化，减弱焊膏的上锡能力。太快的温度上升速率则会导致溶剂的快速气化，可能会引起锡珠，空洞等缺陷,而过短的活性周期又无法使活性剂充分发挥功效，也可能造成整个电路板预热温度的不平衡，从而导致不沾锡、焊后断开、焊点空洞等缺陷，所以应根据电路板的设计情况及再流焊的对流加热能力来决定活性周期的长短及温度值。 

一般保温阶段的温度在80℃-160℃之间（对有铅焊接而言），上升速率低于每秒2℃，并在150℃左右有一个30秒-60秒左右的平台，有助于把焊接段的 尖端区域降低到最小。 

回流阶段：曲线的这一阶段是把板子温度带入焊膏溶点之上，目的是为了让锡粉微粒结合成一个锡球并让被焊金属表面充分润湿沾锡。结合与润湿沾锡的过程是在焊膏中助焊剂的辅助下完成。如前所述，更高的温度会提高助焊剂的有效活性,但同时也会加速二次氧化的过程。焊锡合金的黏性与表面张力却会随温度上升而减小，这将有助于润湿沾锡速度的快速提高。因此，在焊锡合金熔点之上，就存在一个用于理想再流焊的峰值温度与时间的最佳组合。 

一般应使曲线的尖端区覆盖面积最小。曲线的峰值一般为210℃-230℃,达到峰值温度的持续时间为3秒～5秒，超过铅锡合金熔点温度183℃的持续时间维持在50秒～90秒之间。需要注意的是，理想的焊接区在板子上每个焊点处都应是相同的。要达到这个要求,重要的一点是让板子的每一个部分在进入该区时具有相同的温度，这也说明了保温区的必要性。