SMT混装时用再流焊替代波峰焊的调研和初步试验

　　摘　要　 SMT混装工艺中采用再流焊替代波峰焊是当前SMT工艺技术发展动态之一。本文叙述了对该工艺的调研和初步试验的情况，并做了工艺试验小结。由于该工艺刚刚开始研究，还不成熟，在这次研讨会上提出来与同行们研讨。

　　关键词　SMT、再流焊、波峰焊

　　一、　用纯再流焊工艺流程的特点

　　1.　　　 这种工艺流程用一次或两次再流焊（再流焊2和再流焊3）替代波峰焊。

　　2.　　　 优点（与波峰焊相比）：

　　（1）　　　 可靠性高，焊接质量好。

　　（2）　　　 虚焊、桥接等焊接缺陷少，修板的工作量减少。

　　（3）　　　 PCB板面干净，外观明显比波峰焊好。

　　（4）　　　 简化了工序。省去了点（或印刷）贴片胶工序、波峰焊工序、清洗工序。由于省去了以上工序，使操作和管理都简化了。在同一产品中使用的材料和设备越少越好管理。而且再流焊炉的操作比波峰机的操作简便得多。

　　（5）　　　 降低成本，增加效益。采用此工艺后，免去了波峰焊设备和清洗设备、波峰焊清洗厂房、波峰焊和清洗工作人员以及大量的波峰焊标材料和清洗剂材料。虽免清洗焊膏的价格略高于非免清洗焊膏的价格，总起来看可大大降低成本，增加效益。

　　二、　SMT混装时用再流焊替代波峰焊的应用清况

　　1.　　　 此技术目前主要应用在彩电高频头（电子调谐器）的生产中。

　　2.　　　 目前在日本ALPS、SONY等公司已获得成功并已在电调行业中广泛推广。改革后焊接质量和可靠性都明显提高。

　　3.　　　 我国上海现代科技开发公司仿造了SONY的立体针管式印刷机。此工艺已经应用在国内以下几个调谐器生产厂：（也获得了很好的效益）。

　　（1）　　　 无锡无线电六厂。

　　（2）　　　 上海金陵无线电厂。

　　（3）　　　 成都8800厂。

　　（4）　　　 重庆测试仪器厂。

　　（5）　　　 深圳东莞调谐器厂。

　　三、　SMT混装时用再流焊替代波峰焊的工艺试验情况

　　1.　　　 试样和材料：

　　（1）　　　 试样1：在80mmX236mm的印制板上有20个插座、70个电阻器、42个陶瓷电容器、1个电阻排、4个钽电容、32个涤纶电容。

　　（2）　　　 试样2：在63mmX190mm的印制板上有3 个插座、6个国产塑封组件、5个三极管、2 个二极管、12个电阻器、5个陶瓷电容器、2个二极管、4个铝电解电容器。

　　（3）　　　 采用北京有色金属加工厂的55-2063Sn/Pb焊点。

　　2.　　　 试验方法：

　　（1）　　　 首先试验分立元器件能否经得起再流焊炉的温度冲击；试验时把再流焊炉焊接区下面的温度尽量调低，把焊接区下面的温度尽量调高。干燥和预热区温度也要适当调低上些。找出一个既能使THC的引脚与PCB焊盘分焊接，又能保证不损坏THC本身质量的最佳温度曲线。

　　（2）　　　 施加焊膏（用三种方法做试验）：

　　a.　　　 在THC元件面（A面）印刷焊膏。（采用0.5mm厚的铜模版）

　　b.　　　 在焊接面（B面）印刷焊膏。（采用0.5mm厚的铜模版）

　　c.　　　 在THC元件面用点焊膏机施加焊膏。（采用手动点胶机）

　　焊膏量分析：

　　根据插装元件（THC）除了有PCB上、下焊盘外，还有PCB厚度方向的过孔需要填满焊锡，而且元件引脚与PCB两面焊盘的交接处还要形成半月形的焊点，因此需要的焊膏量比表面贴装的SMC/SMD要多许多。估计大约是SMC/SMD的3-4倍左右（焊膏量与PCB插孔直径、插孔的焊盘大小有关---成正比关系）

　　根据以上分析，采用印刷工艺时，需要加工0.5—0.8mm厚的模板。由于加工厚模版有困难，因此我们加工了0.5mm厚的铜模版作为试验板。

　　采用点焊膏工艺时，也要掌握好适当多的焊膏量。

　　（3）　　　 插装成形好的THC（短插）

　　将试样1分为两种密度进行插装：

　　a．　把所有的THC都插满。

　　b．　只插1/4的THC元件。

　　（4）　　　 再流焊（用K6025红外再流炉）

　　分析用再流焊炉焊接THC与SMC/SMD的不同要求：

　　a．　SMC/SMD再流焊时，元件面和焊接面都在炉子上面，由于SMC/SMD设计时已经考虑到元件面和焊接面在同一面，外封装材料都能经得住再流焊热冲击。因此炉子上面需要高温，需要把炉子下面的温度调低（特别是双面焊时）。

　　b．　THC再流焊时的情况与SMC/SMD不同—元件面在上面，焊接面在下面，由于THC设计时是按照传统手工焊和波峰焊考虑的，元件面和焊接面在PCB的两面，有些元器件的外封装材料不经受高温冲击，因此炉子下面（焊接面）的温度调低。

　　根据以上分析，调整再流焊温度曲线。找出既能保证PCB下面焊点质量，又能使PCB上面的分立元器件不变色、不变形的最佳温度和速度。

　　3.　　　 试验结果：

　　设定温度　　　　　 实际温度

　　1区温度：　　　　 2000C　　　　　　 2000C+50C

　　2区温度：　　　　 2800C　　　　　　 2800C+50C

　　3区温度：　　　　 300C　　　　　　　2920C+50C

　　4区温度：　　　　 5500C　　　　　　 5500C+50C

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　　注：设定温度和实际温度均为红外再流焊炉发热板的温度。

　　（1）　　　 焊点检查结果（用5倍放大镜检查）：

　　a．　对于粗引线的钽电容和粗引线的电阻器，焊点完全合格。由于引线与插孔的间隙小，PCB焊接面的焊点不饱满，焊锡没有从通孔爬到PCB上面的焊盘上。

　　b．　对于细引线的电阻器、电阻排和插座的焊点不饱满。由于引线与插孔的间隙大，插孔中需要填充的焊锡量多，因此PCB焊接面的焊点不饱满，焊锡没有从通孔爬到PCB上面的焊盘上。

　　c．　插满THC的试样1：在PCB四周和元件稀疏的部位焊膏已融化，焊点光亮；元件体较大的钽电容焊接面的焊膏已熔化，而在元件面插孔上面焊盘上的焊膏还没有充分融化，而在元件面插孔上面焊膏还没有充分融化；在PCB中间元件密集处，焊接面和元件面焊盘上的焊膏都没有融化。

　　d．　只插1/4THC的试样 1：在PCB上、下两面所有的THC焊盘上的焊膏完全融化，焊点光亮。

　　（2）　　　 PCB元件面（A面）分立元器件的情况

　　a.　　　 试样1上所有的分立元器件（有电阻器、电阻排、陶瓷电容器和插座），包括所有插座都没有变形和明显的变色现象。其中有一个钽电容器表面颜色变深。根据分析，电容外表面涂敷层是绝缘清漆，绝缘清漆在不同的温度下烘烤，其颜色就不同，估计不会影响其性能。

　　b.　　　 试样2上4个铝电解电容经过两次再流焊炉，其中一个脱落、一个开裂。说明铝电解电容不能进行再流焊工艺。在PCB上的3个国产塑封器件经过两次再流焊，顶部变形、起泡。说明某些国产塑料封器件也不能进行再流焊工艺。

　　四、　SMT混装时采用再流焊替代波峰焊工艺试验小结

　　1.　　　 SMT混装时采用再流替代波峰焊工艺的适用范围

　　经初步调研和试验，此工艺确实有很多优点，但不是所的SMT混装形式都能采用此工艺。

　　（1）　　　 此工艺只适合贴装为主、插装为辅（大部分SMC/SMD,少量THC）的产品。因为此工艺中的THC需短插，这样元件成形、插装的工作量就增加了。

　　（2）　　　 这种工艺要求THC的外包封装材料能经受再流焊的冲击（因传统THC是根据手工焊和波峰焊的工艺要求设计的，对元器件的外封装材料没有特殊要求）。

　　经试验证明：以下情况元器件不能采用此工艺：铝电解电容、国产塑料封器件等。

　　2.　　　 设备方面的特殊要求

　　（1）　　　 印刷设备：双面混装时，因为在THC元件面已经有焊接好的SMC/SMD，因此不能用平面模版印刷焊膏，需要用特殊的立体式管状印刷机或点焊膏机施加焊膏。

　　（2）　　　 再流焊设备：由于我所现有的K6025红外再流焊炉1区和2区的温度控制不能上、下分别控制。虽然焊接区3区在上面，4区在下面，可以把3区温度尽量调低，但1区、2区上面的温度调不下来。炉子已调到极限温度，但仍然有个别元件封装材料的颜色变深。另外从插满THC的试样1的焊接结果充分证明了红外炉的温度很不均匀。根据以上试验证明：

　　a.　　　 焊接THC时，再流焊炉必须具备整个炉子的各温区都能上、下独立控制温度的功能。这是由于用再流焊炉焊接THC与焊接SMC/SMD时的不同情况而决定的。

　　b.　　　 必须选择炉温比较均匀的热风炉或热风+远红外炉。

　　3.　　　 工艺方面的特殊要求

　　（1）　　　 焊接THC的焊膏量比SMC/SMD的焊膏量多3-4倍。（见四.2(2)焊膏量分析）

　　（2）　　　 施加焊膏的方法：

　　a．　单面混装时可采用模版印刷、管状印刷机印刷或点焊膏机滴涂。

　　b．　双面混装时，因为在THC元件面已经有焊接好的SMC/SMD，因此不能用平面模版印刷焊膏，需要用特殊的立体式管状印刷或点焊膏机施加焊膏 。

　　（3）　　　 对THC的焊盘设计的特殊要求：

　　THC插孔直径和插孔两面盘的大小直接关系到焊盘的需求量。因此焊盘设计时要对每个元件的引出脚进行测量。

　　a.　　　 需要根据引出脚的直径设计插孔直径，孔径不能太大。

　　b.　　　 插孔两面的焊盘也不能太大。

　　（4）　　　 必须采用短插，元件成形时引脚不能过长。由于焊膏融化时表面张力作用，元件引脚周围也要被镀上一层焊锡。

　　（5）　　　 再流焊炉的温度曲线要根据THC的具体情况进行调整。炉子上面的温度要尽量调低，炉子下面的温度应适上面的分立元器件不被损坏的最佳温度和速度。

　　（6）　　如果PCB上有铝电解电容、国产塑封器件应采用后附的方法来解决