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SMT知识
什么是汽相回流焊

真空汽相回流焊
  随着电子产品(包括微电子产品)的发展,大量的小型表面贴焊元器件已广泛应用在产品中,传统的普通热风回流焊工艺已经远远不能满足产品生产和质量的要求,采用先进的电装工艺技术刻不容缓。真空汽相回流焊接系统是一种先进电子焊接技术,是欧美高端焊接领域:汽车电子,航空航天企业主要的电子焊接工艺手段。和传统回流焊电子焊接技术比较,这种新工艺具有可靠性高,焊点无空洞,组装密度高,抗振能力强,焊点缺陷率低,高频特性好,无需保养维护等特点。因此,是提高产品焊接质量,提高生产效率,解决产品焊接品质问题的一种有效方法。

  气相再流焊是利用热媒介质蒸气冷凝转化成液体的过程中释放出大量的热,用来加热组装件,迅速提高组装件的温度。对气相焊接而言,传热系数达到300 -500W/m2K的数量级,而强制对流焊(空气或氮气)的传热系数一般较小,是它的几十分之一。在介质状态变化(气相转变)过程中,在PCBA表面上的温度始终保持恒定。因此组件均匀加热,与电路板的形状和设计无关。然而,由于传热很快,必须注意保证加热速度不能超过焊膏和元件供应商推荐的温度——通常最高是每秒2℃至3℃。选择一种沸点适中的液体,就能够把电路板和元件的最高温度控制在很小的温差(ΔT)范围内。气相再流焊工艺的优点就是ΔT小,特别是对于无铅焊接,它的工艺窗口一般较窄。回流焊这也可以避免出现元件过度加热的风险,因为印刷电路板和元件的温度不会超过所选择的焊液的沸点。最后,因为在焊接工艺中使用的液体不会发生化学反应,也就不需要再用惰性氛围来焊接了。这些是气相再流焊比强制对流焊炉更强的三个主要优点。

  传统的气相再流焊

  至今,其他厂家的气相再流焊系统都使用垂直槽。在一个槽里,把合适的液体加热到沸点,在液体上方产生蒸汽。把需要焊接的PCBA放到蒸汽里,蒸汽就会在温度较低的印刷电路板和组件上迅速凝结。此时的凝结速度是不容易控制的。没有办法影响加热速度。再流焊过程中控制加热(和冷却)速度受到垂直槽的限制。

  在过去,人们用不同的方法来解决如何影响加热速度的问题。通常会在蒸汽区前设置另外的加热区,通过辐射或对流的办法预热组装件。这种方法的缺点是,在决定性(最高)焊接阶段,无法明显地左右温度的变化。如果在预热阶段使用红外(辐射)加热,就会造成加热不均匀,再流焊之前,元件之间就存在很大的温差。

  

 

  在再流焊过程中用来控制温度上升速度的另一个办法是把组装件按顺序垂直地浸入蒸汽中。组装件浸入蒸汽层越深,能够得到的蒸汽就越多。在这个过程中,不需要考虑蒸汽(这是一种气体)和周围空气的接触面是否一致(是否是平的)。

双面回流焊

  双面PCB已经相当普及,并在逐渐变得复杂起来,它得以如此普及,主要原因是它给设计者提供了极为良好的弹性空间,从而设计出更为小巧,紧凑的低成本的产品。到今天为止,双面板一般都有通过回流焊接上面(元件面),然后通过波峰焊来焊接下面(引脚面)。目前的一个趋势倾向于双面回流焊,但是这个工艺制程仍存在一些问题。大板的底部元件可能会在第二次回流焊过程中掉落,或者底部焊接点的部分熔融而造成焊点的可靠性问题。

  已经发现有几种方法来实现双面回流焊:一种是用胶来粘住第一面元件,那当它被翻过来第二次进入回流焊时元件就会固定在位置上而不会掉落,这个方法很常用,但是需要额外的设备和操作步骤,也就增加了成本。第二种是应用不同熔点的焊锡合金,在做第一面是用较高熔点的合金而在做第二面时用低熔点的合金,这种方法的问题是低熔点合金选择可能受到最终产品的工作温度的限制,而高熔点的合金则势必要提高回流焊的温度,SMT周边设备那就可能会对元件与PCB本身造成损伤。对于大多数元件,熔接点熔锡表面张力足够抓住底部元件话形成高可靠性的焊点,元件重量与引脚面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准,通常在设计时会使用30g/in2这个标准,第三种是在炉子低部吹冷风的方法,这样可以维持PCB底部焊点温度在第二次回流焊中低于熔点。但是潜在的问题是由于上下面温差的产生,造成内应力产生,需要用有效的手段和过程来消除应力,提高可靠性。 

  无铅回流焊

  无铅回流焊属于回流焊的一种。早期回流焊的焊料都是用含铅的材料。随着环保思想的深入,人们越来越重视无铅技术。在材料上,尤其是焊料上的变化最大。而在工艺方面,影响最大的是焊接工艺。这主要来自焊料合金的特性以及相应助焊剂的不同所造成的。

  无铅回流焊即使不采用‘drop-in’工艺,无铅焊接由于温度较高的原因,使整个工艺窗口缩小了许多。这意味着无铅焊接的质量保证更困难。而事实上,安泰信无铅回流焊在无铅技术上将工艺控制得和锡铅技术一样好,或甚至比以前锡铅技术还好。

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