表面贴装工艺生产线上回流焊曲线的优化与控制

肖强

（陕西烽火电子股份有限公司，陕西 宝鸡 721006）

随着我国电子信息产业的快速发展，当前我国表面贴装工艺水平有了明显提升。在生产技术不断更新的背景下，尤其是在无铅焊实施的背景下，回流曲线出现的焊接质量问题越来越受到人们的关注。

1 回流曲线设计的主要依据

一是根据表面组装板元器件的大小、密度以及特殊元器件如CSP/BGA来进行设置。二是根据焊膏制造商推荐的温度曲线来进行设置。实际工作过程中焊料决定熔点。为了进行科学有效地设计，就需要考虑到温度曲线。三是根据设备自身的具体情况来进行确定。加热源材料、加热区长度、热传导方式以及再流焊炉构造等因素都是我们在实际工作过程中需要考虑的因素。

2 回流曲线的优化

2.1 焊点微观组织细化

焊点微观组织同焊点可靠性之间联系是非常紧密的，对其进行细化将能够有效延迟开始裂纹时间，这对于降低裂纹进一步扩展速率是非常有意义的。从以往经验来看，对焊点微观组织进行细化将能够提升其可靠性。

焊点微观组织同回流曲线的冷却速度有较紧密的联系，它会影响到微观组织的结构。实际工作过程中为了保证其结构的合理，需要合理控制冷却速率。实际工作过程中冷却速率对金属间化合物层IMC厚度以及焊料合金内部金属件化合物形态和尺寸有较大的影响。实际工作过程中只有采用适当的冷却速率才能够保证大块脆性金属间化合物的产生。

对于冷却速率的控制，需要回流炉冷却区要具备良好的冷却性能。只有在具备良好的冷却性能之后才能够有效降低液态焊料的温度，从而最终形成组织细化的焊点。不同部件对冷却速率的要求也是不同的，PCB组件密度及尺寸、焊盘材料这些因素不同，对冷却速率的影响也是不同的。这是我们在实际工作中需要注意的一点。当前工作中对于冷却速率的控制要使得它能够以较快的速率冷却，同时又不能够使得印刷电路产品存在较大温度梯度。

2.2 助焊剂

助焊剂是一种常见的物质，在生产过程中利用助焊剂能够有效降低表面张力，增强焊料流动及浸润的能力。实际工作过程中助焊剂的应用具有重要意义。助焊剂的性能同回流曲线中的预热区及保温区有密切联系，助焊剂性能要受到其影响，我们把这些因素又叫作余热因子。根据实际调查，当余热因子过大的时候，焊点表面助剂就会出现严重焦化的现象，而预热因子变小的时候助剂就有可能得不到充分反应，流动性也将会明显不足，这最终会影响到金属间的化合反应。实际应用过程中SMT工程师应该参考制造商推荐的回流温度曲线，该曲线是在经过大量实验之后确定的，实际生产过程中也应该尽量匹配制造商推荐的回流曲线形状。此时，焊点预热因子才会大体上符合给定回流曲线的预热因子，从而最终获得最佳的助焊剂性能。

2.3 金属间化合物的形成

对于金属间化合物形成，在实际工作过程中影响到焊点可靠性的主要是焊料及焊盘间铜锡金属化合物的厚度。该厚度可以用加热因子来进行表示。对加热因子的优化就是对回流曲线的优化。实际工作过程中要做的就是确定加热因子的最优范围。在确定该范围的时候既需要考虑到PCBA的潜在应用，同时也需要考虑到PCBA所用焊膏本身的要求，要结合实际应用环境来予以确定。当用在热循环条件下的时候，则是要用热疲劳寿命来确定其最优范围，确定加热因子的最优范围有助于实现厚度控制，进而能够有效提升焊点可靠性，最终达到优化回流曲线的目的。

3 回流曲线的控制

对于回流曲线的控制，在实际工作过程中主要是通过采用加热因子控制法来进行科学高效地控制。同其他方法相比，加热因子控制法本身具有明显优势：通过这种方法将能够有效提升焊点可靠性，在实际应用过程中无须建立数据库，加热因子的最优范围也易于控制。

最优化控制算法。对于回流曲线的控制关键是要能够根据回流焊工艺自变量参数以及待求参数之间建立起完善的映射关系，这是实现最优化设置与控制的关键。但是我们也要意识到由于对回流曲线的控制是一个多变量、非线性、相互融合的问题，因而不能够简单地应用数学方法来建立函数关系。人工神经网络的应用成为当前可行的控制方式，人工神经网络的应用能够建立起复杂的热处理过程非线性模型，通过该模型能够实现对工艺参数自变量以及因变量关系的合理选择。

回流焊生产时液化时间不宜太长，如果液化时间太长，液化温度同时也会很高，峰值温度大概260℃，这必然会对PCB板和元件造成热冲击甚至损坏。解决方法：

第一，相同生产能力情况下尽量缩短加热区的总体尺寸，以减小氧化。

第二，各独立温度尺寸减小，同时增加加热区数量，便于工艺调整。

第三，使用2个以上加热温区做焊接温区。

第四，熔锡之前助焊剂的预热温度不变。

第五，设计新型的中间支撑装置，减小由于中间支撑装置而带来的分布偏差变大的问题。

第六，使用氮气保护工艺。

生产线员工的技术技能素质也是制造中的一个重要方面。由于焊膏、焊料、焊丝的无铅化，引发PCBA整个制程工艺、操作等方面的众多变化，必须经系统培训特别是还要经过较长一段时间的实际无铅化生产，才能完全转轨。

［I］黄丙元.SMT再流焊温度场的建模与仿真［D］.天津大学，2005.

［2］周定伟，马重芳.圆形液体浸没射流冲击驻点传热的数值模拟［J］.北京工业大学学报，2001，（03）：19-21.