表面貼裝工藝生產線上回流焊曲線的優化與控制

肖強

（陜西烽火電子股份有限公司，陜西 寶雞 721006）

隨著我國電子信息產業的快速發展，當前我國表面貼裝工藝水平有了明顯提升。在生產技術不斷更新的背景下，尤其是在無鉛焊實施的背景下，回流曲線出現的焊接質量問題越來越受到人們的關注。

1 回流曲線設計的主要依據

一是根據表面組裝板元器件的大小、密度以及特殊元器件如CSP/BGA來進行設置。二是根據焊膏制造商推薦的溫度曲線來進行設置。實際工作過程中焊料決定熔點。為了進行科學有效地設計，就需要考慮到溫度曲線。三是根據設備自身的具體情況來進行確定。加熱源材料、加熱區長度、熱傳導方式以及再流焊爐構造等因素都是我們在實際工作過程中需要考慮的因素。

2 回流曲線的優化

2.1 焊點微觀組織細化

焊點微觀組織同焊點可靠性之間聯系是非常緊密的，對其進行細化將能夠有效延遲開始裂紋時間，這對于降低裂紋進一步擴展速率是非常有意義的。從以往經驗來看，對焊點微觀組織進行細化將能夠提升其可靠性。

焊點微觀組織同回流曲線的冷卻速度有較緊密的聯系，它會影響到微觀組織的結構。實際工作過程中為了保證其結構的合理，需要合理控制冷卻速率。實際工作過程中冷卻速率對金屬間化合物層IMC厚度以及焊料合金內部金屬件化合物形態和尺寸有較大的影響。實際工作過程中只有采用適當的冷卻速率才能夠保證大塊脆性金屬間化合物的產生。

對于冷卻速率的控制，需要回流爐冷卻區要具備良好的冷卻性能。只有在具備良好的冷卻性能之后才能夠有效降低液態焊料的溫度，從而最終形成組織細化的焊點。不同部件對冷卻速率的要求也是不同的，PCB組件密度及尺寸、焊盤材料這些因素不同，對冷卻速率的影響也是不同的。這是我們在實際工作中需要注意的一點。當前工作中對于冷卻速率的控制要使得它能夠以較快的速率冷卻，同時又不能夠使得印刷電路產品存在較大溫度梯度。

2.2 助焊劑

助焊劑是一種常見的物質，在生產過程中利用助焊劑能夠有效降低表面張力，增強焊料流動及浸潤的能力。實際工作過程中助焊劑的應用具有重要意義。助焊劑的性能同回流曲線中的預熱區及保溫區有密切聯系，助焊劑性能要受到其影響，我們把這些因素又叫作余熱因子。根據實際調查，當余熱因子過大的時候，焊點表面助劑就會出現嚴重焦化的現象，而預熱因子變小的時候助劑就有可能得不到充分反應，流動性也將會明顯不足，這最終會影響到金屬間的化合反應。實際應用過程中SMT工程師應該參考制造商推薦的回流溫度曲線，該曲線是在經過大量實驗之后確定的，實際生產過程中也應該盡量匹配制造商推薦的回流曲線形狀。此時，焊點預熱因子才會大體上符合給定回流曲線的預熱因子，從而最終獲得最佳的助焊劑性能。

2.3 金屬間化合物的形成

對于金屬間化合物形成，在實際工作過程中影響到焊點可靠性的主要是焊料及焊盤間銅錫金屬化合物的厚度。該厚度可以用加熱因子來進行表示。對加熱因子的優化就是對回流曲線的優化。實際工作過程中要做的就是確定加熱因子的最優范圍。在確定該范圍的時候既需要考慮到PCBA的潛在應用，同時也需要考慮到PCBA所用焊膏本身的要求，要結合實際應用環境來予以確定。當用在熱循環條件下的時候，則是要用熱疲勞壽命來確定其最優范圍，確定加熱因子的最優范圍有助于實現厚度控制，進而能夠有效提升焊點可靠性，最終達到優化回流曲線的目的。

3 回流曲線的控制

對于回流曲線的控制，在實際工作過程中主要是通過采用加熱因子控制法來進行科學高效地控制。同其他方法相比，加熱因子控制法本身具有明顯優勢：通過這種方法將能夠有效提升焊點可靠性，在實際應用過程中無須建立數據庫，加熱因子的最優范圍也易于控制。

最優化控制算法。對于回流曲線的控制關鍵是要能夠根據回流焊工藝自變量參數以及待求參數之間建立起完善的映射關系，這是實現最優化設置與控制的關鍵。但是我們也要意識到由于對回流曲線的控制是一個多變量、非線性、相互融合的問題，因而不能夠簡單地應用數學方法來建立函數關系。人工神經網絡的應用成為當前可行的控制方式，人工神經網絡的應用能夠建立起復雜的熱處理過程非線性模型，通過該模型能夠實現對工藝參數自變量以及因變量關系的合理選擇。

回流焊生產時液化時間不宜太長，如果液化時間太長，液化溫度同時也會很高，峰值溫度大概260℃，這必然會對PCB板和元件造成熱沖擊甚至損壞。解決方法：

第一，相同生產能力情況下盡量縮短加熱區的總體尺寸，以減小氧化。

第二，各獨立溫度尺寸減小，同時增加加熱區數量，便于工藝調整。

第三，使用2個以上加熱溫區做焊接溫區。

第四，熔錫之前助焊劑的預熱溫度不變。

第五，設計新型的中間支撐裝置，減小由于中間支撐裝置而帶來的分布偏差變大的問題。

第六，使用氮氣保護工藝。

生產線員工的技術技能素質也是制造中的一個重要方面。由于焊膏、焊料、焊絲的無鉛化，引發PCBA整個制程工藝、操作等方面的眾多變化，必須經系統培訓特別是還要經過較長一段時間的實際無鉛化生產，才能完全轉軌。

［I］黃丙元.SMT再流焊溫度場的建模與仿真［D］.天津大學，2005.

［2］周定偉，馬重芳.圓形液體浸沒射流沖擊駐點傳熱的數值模擬［J］.北京工業大學學報，2001，（03）：19-21.