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回流是什么意思

分类:生活小常识 2021-10-03
回流是什么意思

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本词条由“科普中国”科学百科词条编写应用
审计。
回流焊技术在电子制造领域并不陌生。我们计算机中使用的各种板上的组件通过这种技术焊接到电路板上。该设备内部有一个加热电路,将空气或氮气加热到足够高的温度,并将其吹向贴有元件的电路板,使元件两侧的焊料熔化并与主板结合。该工艺的优点是温度容易控制,焊接过程中可以避免氧化,制造成本更容易控制。
中文名
回流焊
维尔娜丽丝
回流焊
应用范围
电子制造领域
叶航
电子制造
工艺流程
单面安装和双面安装
类别类型
焊接工艺
使用机器
回流炉
一个
技术产生的背景
2
发展阶段
第一代
第二代
第三代
第四代
第五代

品种分类
根据技术分类
按形状分类
根据温区分类

工艺流程
单面安装
双面安装

温度曲线

影响过程的因素

焊接缺陷
巧莲
竖立纪念碑
润湿不良

技术发展趋势
充氮
双侧回流
绿色无铅
连续回流焊接
立式烤箱
曲线模拟优化
替代装配
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由于电子PCB的小型化,出现了芯片元器件,传统的焊接方式已经不能满足需要。起初,混合集成电路板的组装只使用回流焊工艺,组装和焊接的大部分组件是芯片电容器、芯片电感器、安装晶体管和二极管。随着表面贴装技术的发展越来越完善,以及各种表面贴装器件和表面贴装器件的出现,作为贴装技术的一部分,回流焊技术和设备也得到了相应的发展,其应用也越来越广泛,几乎应用于所有的电子产品
[1]。
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根据传热效率和焊接可靠性的不断提高,回流焊大致可分为五个发展阶段。
热板传导回流焊设备:传热效率最慢,5-30 W/m2K(不同材料加热效率不同),有阴影效应。
红外热辐射回流焊设备:传热效率慢,5-30W/m2K(不同材料红外辐射效率不同),有阴影效应,元器件颜色对吸热影响很大。
热风回流焊设备:传热效率高,10-50 W/m2K,无阴影效应,颜色对吸热无影响。
汽相回流焊接系统:传热效率高,200-300 W/m2K,无阴影效应,焊接过程中需要上下移动,冷却效果差。
真空蒸汽冷凝焊接(真空汽相焊接)系统:密闭空间无空隙焊接,传热效率最高,300 W-500W/m2K。焊接过程保持稳定,没有振动。极佳的降温效果,颜色对吸热没有影响。
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热板传导回流焊:这种回流焊炉依靠传送带或推板下的热源,通过热传导加热基板上的元器件,用于陶瓷(Al2O3)基板的厚膜电路单面组装。陶瓷基板贴在传送带上才能得到足够的热量。其结构简单,价格便宜。国内一些厚膜电路厂在80年代初就引进了这类设备。红外(IR)回流焊炉:这些回流焊炉大多是传送带,但传送带只是起到支撑和转移基板的作用,其加热方式主要基于红外热源。炉腔内温度比前一个更均匀,网孔更大,适合两侧组装的基板回流焊加热。这种回流焊炉可以说是回流焊炉的基本类型。国内使用广泛,价格相对便宜。气相回流焊接:气相回流焊接也称为汽相焊接(VPS),也称为冷凝焊接。加热氟碳(前期使用FC-70氯氟烷烃溶剂),熔点215左右,沸腾时产生饱和蒸汽。在炉的上方和周围设置冷凝管,限制炉膛内的蒸汽,遇到需要低温焊接的PCB元器件时释放汽化潜热,使元器件和焊盘在焊膏熔化后可以进行焊接。最初在美国用于厚膜集成电路(IC)焊接。气体的潜热释放对形状记忆合金的物理结构和几何形状不敏感,可以使零件均匀加热到焊接温度,保持焊接温度恒定。不需要使用温度控制来满足不同温度下的焊接需要。VPS在气相中是饱和蒸汽,含氧量低,热转化率高,但溶剂成本高,是典型的臭氧消耗物质,应用受到很大限制。现在国际社会基本上已经不再使用这种损伤的热风回流焊:热风回流焊炉通过热风的层流运动来传递热能,利用加热器和风扇来保持炉内空气的加热和循环,待焊接部位被炉内热气加热,从而实现焊接。热风回流焊炉具有加热均匀、温度稳定的特点。上下PCB温差和沿炉长的温度梯度不易控制,一般不单独使用。自20世纪90年代以来,随着SMT应用的不断扩大和元件的进一步小型化,设备开发商和制造商改进了加热器的分布和空气的循环流动方向,并将温度区增加到8和10,可以进一步精确控制炉子各部分的温度分布,便于温度曲线的理想调整。经过不断的改进和完善,全热风强制对流回流焊炉已经成为SMT焊接的主流设备。红外热风回流焊:90年代中期,日本回流焊有向红外热风加热转移的趋势。它由30%的红外线和70%的热空气作为热载体加热。红外热风回流焊炉将红外回流焊与强制对流热风回流焊的长处,是21世纪较为理想的加热方式。它充分利用了红外线辐射穿透力强的特点,热效率高、节电,同时又有效地克服了红外回流焊的温差和遮蔽效应,弥补了热风回流焊对气体流速要求过快而造成的影响。这类回流焊炉是在IR炉的基础上加上热风使炉内温度更加均匀,不同材料及颜色吸收的热量是不同的,即Q值是不同的,因而引起的温升AT也不同。例如,lC等SMD的封装是黑色的酚醛或环氧,而引线是白色的金属,单纯加热时,引线的温度低于其黑色的SMD本体。加上热风后可使温度更加均匀,而克服吸热差异及阴影不良情况,红外线+热风回流焊炉在国际上曾使用得很普遍。由于红外线在高低不同的零件中会产生遮光及色差的不良效应,故还可吹入热风以调和色差及辅助其死角处的不足,所吹热风中又以热氮气最为理想。对流传热的快慢取决于风速,但过大的风速会造成元器件移位并助长焊点的氧化,风速控制在1.Om/s~1.8ⅡI/S为宜。热风的产生有两种形式:轴向风扇产生(易形成层流,其运动造成各温区分界不清)和切向风扇产生(风扇安装在加热器外侧,产生面板涡流而使各个温区可精确控制)。热丝回流焊:热丝回流焊是利用加热金属或陶瓷直接接触焊件的焊接技术,通常用在柔性基板与刚性基板的电缆连接等技术中,这种加热方法一般不采用锡膏,主要采用镀锡或各向异性导电胶,并需要特制的焊嘴,因此焊接速度很慢,生产效率相对较低。热气回流焊:热气回流焊指在特制的加热头中通过空气或氮气,利用热气流进行焊接的方法,这种方法需要针对不同尺寸焊点加工不同尺寸的喷嘴,速度比较慢,用于返修或研制中。激光回流焊,光束回流焊:激光加热回流焊是利用激光束良好的方向性及功率密度高的特点,通过光学系统将激光束聚集在很小的区域内,在很短的时间内使被加热处形成一个局部的加热区,常用的激光有C02和YAG两种,是激光加热回流焊的工作原理示意图。激光加热回流焊的加热,具有高度局部化的特点,不产生热应力,热冲击小,热敏元器件不易损坏。但是设备投资大,维护成本高。感应回流焊:感应回流焊设备在加热头中采用变压器,利用电感涡流原理对焊件进行焊接,这种焊接方法没有机械接触,加热速度快;缺点是对位置敏感,温度控制不易,有过热的危险,静电敏感器件不宜使用。聚红外回流焊:聚焦红外回流焊适用于返修工作站,进行返修或局部焊接。
  台式回流焊炉:台式设备适合中小批量的PCB组装生产,性能稳定、价格经济(大约在4-8万人民币之间),国内私营企业及部分国营单位用的较多。立式回流焊炉:立式设备型号较多,适合各种不同需求用户的PCB组装生产。设备高中低档都有,性能也相差较多,价格也高低不等(大约在8-80万人民币之间)。国内研究所、外企、知名企业用的较多。
  回流焊炉的温区长度一般为45cm~50cm,温区数量可以有3、4、5、6、7、8、9、10、12、15甚至更多温区,从焊接的角度,回流焊至少有3个温区,即预热区、焊接区和冷却区,很多炉子在计算温区时通常将冷却区排除在外,即只计算升温区、保温区和焊接区。
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  回流焊加工的为表面贴装的板,其流程比较复杂,可分为两种:单面贴装、双面贴装。
  预涂锡膏 →贴片(分为手工贴装和机器自动贴装) → 回流焊 → 检查及电测试。
  A面预涂锡膏 → 贴片(分为手工贴装和机器自动贴装) → 回流焊 →B面预涂锡膏 →贴片(分为手工贴装和机器自动贴装)→ 回流焊 → 检查及电测试。
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  温度曲线是指SMA通过回炉时,SMA上某一点的温度随时间变化的曲线。温度曲线提供了一种直观的方法,来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得最佳的可焊性,避免由于超温而对元件造成损坏,以及保证焊接质量都非常有用。
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  在SMT回流焊工艺造成对元件加热不均匀的原因主要有:回流焊元件热容量或吸收热量的差别,传送带或加热器边缘影响,回流焊产品负载等三个方面。1.通常PLCC、QFP与一个分立片状元件相比热容量要大,焊接大面积元件就比小元件更困难些。2.在回流焊炉中传送带在周而复使传送产品进行回流焊的同时,也成为一个散热系统,此外在加热部分的边缘与中心散热条件不同,边缘一般温度偏低,炉内除各温区温度要求不同外,同一载面的温度也差异。3.产品装载量不同的影响。回流焊的温度曲线的调整要考虑在空载,负载及不同负载因子情况下能得到良好的重复性。负载因子定义为:LF=L/(L+S);其中L=组装基板的长度,S=组装基板的间隔。回流焊工艺要得到重复性好的结果,负载因子愈大愈困难。通常回流焊炉的最大负载因子的范围为0.5~0.9。这要根据产品情况(元件焊接密度、不同基板)和再流炉的不同型号来决定。要得到良好的焊接效果和重复性,实践经验很重要
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  焊接加热过程中也会产生焊料塌边,这个情况出现在预热和主加热两种场合,当预热温度在几十至一百范围内,作为焊料中成分之一的溶剂即会降低粘度而流出,如果其流出的趋势十分强烈,会同时将焊料颗粒挤出焊区外形成含金颗粒,在溶融时如不能返回到焊区内,也会形成滞留焊料球。除上面的因素外SMD元件端电极是否平整良好,电路线路板布线设计与焊区间距是否规范,助焊剂涂敷方法的选择和其涂敷精度等会是造成桥接的原因。
  又称曼哈顿现象。片式元件在遭受急速加热情况下发生的翘立,这是因为急热元件两端存在的温差,电极端一边的焊料完全熔融后获得良好的湿润,而另一边的焊料未完全熔融而引起湿润不良,这样促进了元件的翘立。因此,加热时要从时间要素的角度考虑,使水平方向的加热形成均衡的温度分布,避免急热的产生。防止元件翘立的主要因素以下几点:1.选择粘力强的焊料,焊料的印刷精度和元件的贴装精度也需提高。2.元件的外部电极需要有良好的湿润性湿润稳定性。推荐:温度400C以下,湿度70%RH以下,进厂元件的使用期不可超过6个月。3.采用小的焊区宽度尺寸,以减少焊料溶融时对元件端部产生的表面张力。另外可适当减小焊料的印刷厚度,如选用100um。4.焊接温度管理条件设定对元件翘立也是一个因素。通常的目标是加热要均匀,特别是在元件两连接端的焊接圆角形成之前,均衡加热不可出现波动。
  润湿不良是指焊接过程中焊料和电路基板的焊区(铜箔),或SMD的外部电极,经浸润后不生成相互间的反应层,而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊区表面受到污染或沾上阻焊剂,或是被接合物表面生成金属化合物层而引起的。譬如银的表面有硫化物,锡的表面有氧化物都会产生润湿不良。另外焊料中残留的铝、锌、镉等超过0.005%以上时,由于焊剂的吸湿作用使活化程度降低,也可发生润湿不良。因此在焊接基板表面和元件表面要做好防污措施。选择合适和焊料,并设定合理的焊接温度曲线。回流焊接是SMT工艺中复杂而关键的工艺,涉及到自动控制、材料、流体力学和冶金等多种科学、要获得优良的焊接质量,必须深入研究焊接工艺的方方面面
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  随着众多电子产品向小型、轻型、高密度方向发展,特别是手持设备的大量使用,在元器件材料工艺方面都对原有SMT技术提出了严峻的挑战,也因此使SM得到了飞速发展的机会。lC引脚脚距发展到0.5mm、0.4mm、0.3mm,BGA已被广泛采用,CSP也崭露头角,并呈现出快速上涨趋势,材料上免清洗、低残留锡膏得到广泛应用。所有这些都给回流焊工艺提出了新的要求,一个总的趋势就是要求回流焊采用更先进的热传递方式,达到节约能源,均匀温度,适合双面板PCB和新型器件封装方式的焊接要求,并逐步实现对波峰焊的全面代替。总体来讲,回流焊炉正朝着高效、多功能和智能化方向发展,主要有以下发展途径,在这些发展领域回流焊引领了未来电子产品的发展方向。
  在回流焊中使用惰性气体保护,已经有一段时间了,并已得到较大范围的应用,由于价格的考虑,一般都是选择氮气保护。氮气回流焊有以下优点。(1)防止减少氧化。(2)提高焊接润湿力,加快润湿速度。(3)减少锡球的产生,避免桥接,得到良好的焊接质量。
  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、紧凑的低成本产品。双面板一般都有通过回流焊接上面(元器件面),然后通过波峰焊来焊接下面(引脚面)。而有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。通孔插装元器件通孔回流焊有时也称为分类元器件回流焊,正在逐渐兴起,它可以去除波峰焊环节,而成为PCB混装技术中的一个工艺环节,这项技术的一个最大的好处就是可以在发挥表面贴装制造工艺优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械连接强度,对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚都能和焊盘接触,同时,就算引脚和焊盘都能接触上,它所提供的机械强度也往往是不够大的,很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。
  出于对环保的考虑,铅在21世纪将会被严格限用,虽然电子工业中用铅量极小,不到全部用量1%,但也属于禁用之列,在发展趋势中将会被逐步淘汰,许多地方正在开发可靠而又经济的无铅焊料,所开发出的多种替代品一般都具有比锡铅合金高40屯左右的熔点温度,这就意味着回流焊必须在更高的温度下进行,氮气保护可以部分消除因温度提高而增加的氧化和对PCB本身的损伤。
  特殊的炉子已经被开发出来处理贴装有SMT元件的连续柔性板,与普通回流炉最大的不同点是这种炉子需要特制的轨道来传递柔性板。当然,这种炉子也需要能处理连续板的问题,对于分离的PCB板来讲,炉中的流量与前几段工位的状况无依赖关系,但是对于成卷连续的柔性板,柔性板在整条线上是连续的,线上任何一个特殊问题,停顿就意味着全线必须停顿,这样就产生一个特殊问题,停顿在炉子中的部分会因过热而损坏,因此,这样的炉子必须具备应变随机停顿的能力,继续处理完该段柔性板,并在全线恢复连续运转时回到正常工作状态。
  市场对于缩小体积的需求,使CSP、MPM甚至POP得到较多应用,这样元器件贴装后具有更小的占地面积和更高的信号传递速率。填充或灌胶被用来加强焊点结构,使其能抵受住由于硅片与PCB材料的热胀系数不一致而产生的应力,一般常会采用上滴或围填法来把晶片用胶封起来。
  使用计算机技术对回流焊焊接工艺进行仿真的方法得到了广泛的关注,此方法可以大大缩短工艺准备时间,降低实验费用,提高焊接质量,减小焊接缺陷。通过使用PCBCAD数据的产品模型结构建立,回流焊工艺仿真模型,可以替代传统的在线参数的设置过程,甚至可以用来在生产前确保PCB设计与回流焊工艺的兼容性,指导可制造性设计(DFM),该仿真模型也可以消除使用热电偶测试时无法稷盖全部产品区域的缺陷,PCB组件模型求解器和构建的回流焊炉模型,对于特定的工艺设置,可以较精确地预测PCB组件的回流焊温度曲线。使用该方法在PCB设计阶段来进行新产品的工艺优化,可以很简单地确保产品设计与工艺设备的相容性。
  可替换装配和回流焊技术工艺(AlternativeAssemblyandReflowTechnology,AART)引起了PCB组装业的兴趣。AART工艺可以同时进行通孔元器件和表面贴装元器件的回流焊接,省去了波峰焊和手工焊,与传统的AART工艺相比具有更少的成本、周期和缺陷率。通过AART工艺,可以建立复杂的PCB组装工艺。AART必须考虑材料、设计和影响它的工艺因素。一个决策系统(DecisionSupportSystem,DSS)可以帮助工程师实施AART工艺。回流焊过程控制智能化再流炉内置计算机控制系统,在Window视窗操作环境下可以很方便地输入各种数据,可迅速地从内存中取出或更换回流焊工艺曲线,节省调整时间,提高生产效率。过程控制的目的是实现所要求的质量和尽可能低的成本这两个目标。以前,过程控制主要集中于对缺陌的检测,以提高质量;经发展,控制的最根本的内涵是对各种工艺进行连续的监控,并寻找出不符合要求的偏差。过程控制是一种获得影响最终结果的特定操作中相关数据的能力,一旦潜在的问题出现,就可实时地接收相关信息,采取纠正措施,并立即将工艺调整到最佳状况。监控实际工艺过程数据,才算是真正的工艺过程控制,这在回流焊工艺控制中,也就意味着要对制造的每块板子的热曲线进行监控。一种能够连续监控回流焊炉的自动管理系统,能够在实际发生工艺偏移之前指示其工艺是否偏移失控,此即自动回流焊管理(AutomaticReflowManagement,ARM)系统,此系统把连续的SPC直方图、线路平衡网络、文件编制和产品跟踪组成完整的软件包,并能自动实时榆测工艺数据,并做出判断来影响产品成本和质量,自动回流焊管理系统的基本功能是精确地自动检测和收集通过炉子的产品数据,它提供下列功能:不需要验证工艺曲线;自动搜集回流焊工艺数据;对零缺陷生产提供实时反馈和报警;提供回流焊工艺的自动SPC图表和修正过程能力指数(ComplexProcessCapabilityindex,Cpk)变量报警
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  词条图册
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  参考资料
  1.
  盛菊仪, 徐冠捷. 无铅回流焊工艺及设备[J]. 电子工艺技术, 2004, 25(2):60-63.
  率土之滨回流发育指南
  武将自带战法有保底,或发动概率稳定,如开局最吃香的吕蒙,一级自带战法也能稳稳封禁对方两员大将的普攻;又或者马云禄,一级自带战法即可普攻两次。
  携带的战法也建议选择一级固定发动概率的控制战法,这能增加我方容错率。开局发育前期的阵容尽量以能提供稳定输出,或者兼有控制效果的阵容为主。
  首先推荐一些开局五星武将:吕蒙、马云禄、祝融夫人、甄洛、何太后。有【先驱突击】战法支持的太史慈、祝融夫人、群吕布等也是不错的选择。
  再给大家推荐一些合适的战法:五星战法【战必断金】、【先驱突击】;四星战法【落雷】/【迷阵】(一级稳定发动概率35%)、【反计之策】、【长兵方阵】、【鹤翼】、【伐谋】、【擅兵不寡】、【空城】、【闪击】。
  撞地时可选择四级地或者五级地,这样获得的经验更可观,撞地的经验要比打一级地的经验多,但前提是要有朱儁,如果没有朱儁的话,就从一级地打起。
  武将到达五级时,就可以开始征兵打二级地了,没有战法储备的玩家先不着急去打三级地,因为二赛季/回归服的三级地还是有一定难度的,笔者建议第一天打满二级土地,然后开始屯田。

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