回流炉设备方面的因素及其对加工高质量无铅产品能力的影响
针对无铅回流焊接工艺：电子工业正在向无铅组装转变。这一努力是由环保方面的考虑，政府的立法以及无铅电子封装的市场利益所驱动的。在无铅组装的执行中虽然需要做出许多的决定，但本文将只讨论回流炉设备方面的因素及其对加工高质量无铅产品能力的影响。
焊膏 一家公司实施无铅的第一个步骤就是选择焊膏。虽然目前有许多可用的类型，但最大的障碍仍是为当前使用的铅材料找到一个平滑转换的替代物。而面对焊膏和回流炉的最具戏剧性的问题就是更高的熔点，这就使得铅材料的平滑转换的替代物很难被找到。到目前为止，最流行的无铅焊膏配方包括了锡，银，铋和锌。
无铅焊膏的选择也成为了许多技术论文和广泛研究的主题。这一研究提出最可行的焊膏应该具有217℃到220℃的熔点。这一温度范围相对传统铅锡共晶焊膏的183℃熔点，呈现出了一个大的增加。由于器件的温度问题，最大峰值温度和最大加热/冷却斜率更收紧了回流焊接的工艺窗口。
温度曲线 由于焊膏规范更严格的限制以及关系到在更高的过程温度下器件的损坏，为了利用无铅焊料，我们必须注意到不同的温度曲线和设备的设置。两种常见的温度曲线类型被使用在回流焊接工艺中，并且很具代表性地被称为浸润（the soak profile）和“帐篷”型（the tent profile）温度曲线（图1）。浸润温度曲线是这样一种工艺，它使得装配组件在正好低于焊料液化点以下的温度上停留一段时间，以获得一个一致的组件温度。“帐篷”型温度曲线是一个连续的温度斜坡，从组件进入回流炉开始直到达到期望的峰值温度。
考虑到使用的焊膏类型以及组件的结构，实际的温度曲线会有差别。基于焊膏的化学成分，焊膏制造商会给出达到最佳性能的最合适温度曲线的建议。
无铅回流焊温度曲线 由于无铅焊料的高熔点，对温度曲线的要求将会有一点改变，因此在回流设备的设置上也需要有一些变化。一个基本的改变，就是在回流期间需要一个更为平坦的温度曲线变化。由于更小的工艺窗口，峰值温度和高于液化温度的时间（TAL）的要求必须被达到，同时不能使组件或器件过热。一个长的回流区域和对产品的高效率热传导是必须的。
针对回流需要使用两个温区或者在回流温区采用相反峰值爬升的方法，这一问题可以被解决。采用这种方法时，使倒数第二个加热区相对最后一个加热区维持一个更高的温度，从而更快地将热量传导到板子上。最后一个温区则用来在组件上维持一个一致的温度。
设备的考虑 热传导 有一种假设，对无铅而言高温回流炉是必须的，但实际情况并不总是如此。更重要的是设备将能量传导到组件上的效率。 一些回流系统通过将产品“包裹”在均匀混合的加热气体中的方法，来增强热传导的能力。一个带加热的进风口设计可允许对三个独立进风区域的气体加热和混合。中央进风口采用了带鳍状物的柱型加热单元，将热量由加热器传递到气体中。这种方法可以减少加热器的瓦特数，也就是减少了能量的消耗。这种加热设计相对传统的回流解决方案，最大可减少50％的能源消耗。 被加热后的气体，通过送风单元进行混合，并且在压力板后面产生一个适度的负压。这一适度的压力可以产生一个均匀覆盖的同心圆气流，这一气流能达到将热量传递到产品所要求的工艺平面上。这一设计的另一好处就是能做到温区和温区之间的隔离，从而能更好地控制被加工产品的温度曲线。
冷却产品在回流焊中和加热一样重要。过长的液态时间和极端的峰值温度会引起产品和元器件的损坏。因此，系统必须被设计成带有可程序设定控制的冷却参数。 在使用氮气系统的情况下，要将气体冷却以将热量从产品上去除，一个冷却媒介，比如水，就是一个的好选择。这种采用水冷却系统，在设计中也应该很容易实现。举个例子，里面有冷却水通过被垂直安装的热交换器，使得助焊剂的残留物可以通过重力自然地排入助焊剂收集罐中。冷却水的连接是通过无需工具即可实现拆装的连接点（快速接头）来获得的。
氮气 在回流环境中，氮气提供了几个用途。氮气的使用可在通过多次回流焊时可保护板子的表面，防止焊盘和引脚的氧化，可以获得更好的引脚焊锡爬升和产生光亮的焊点。 这些结果在无铅工艺中更加明显。对氧化过程而言，更高的无铅焊接温度扮演了一个催化剂的角色。氮气将会帮助抵抗氧化。虽然无铅工艺没有要求，但是氮气可以提供更宽的工艺窗口。它也能减少表面的氧化和获得更好的焊点润湿。 当考虑一个加热系统时，带有空气和惰性气体选择配置的回流系统是一个好的选择。在加热区内平衡的气流就意味着在炉内部乱流的减少和低的氮气消耗量。时间应该被用在热量传递的设计上，以及制造商考虑气流平衡性的概念上。将闭环送风控制和变速送风机的组合并入回流系统的设计中，增强了系统的性能和减少了氮气的消耗。 然而，氮气的使用可能有一个下降趋势，其中原因包括了最初的设备成本，氮气成本，以及由于助焊剂挥发物被限制在设备内而引起的额外设备维护成本。当评估回流系统和氮气的使用时，一个高效率的系统设计应该被考虑进来。 挥发物处理 另一个需要考虑的因素是助焊剂挥发物的处理。回流炉应该能做到在外部的腔室里将负载有助焊剂的气体净化，并且将干净气体送回加热区中。举一个例子，最近发展的系统包括了一个两段过滤/分离系统和一体化的自清洁功能，从而减少了维护的需求。第一段过滤利用了网孔型的滤网，它包含在一个箱体内。在进入箱体过程中，助焊剂蒸气经历了一个膨胀过程，增加了压力并且产生了小液滴，如果液滴足够大，那么就会从气流中落下来。 剩下的蒸汽通过滤网，滤网会将大的、重的颗粒从蒸汽中分离出来。这些颗粒主要由被卷入的金属、树脂和松香构成，并且它们保持粘附在滤网的外面。这一部分帮助消除了高粘度并且很难清除的残留物向下进入到系统里这一状况的发生。 滤网的清洁是通过一个附加的马达定期旋转滤网而完成的。施加在颗粒上的离心力克服了将它们粘在滤网上的附着力，并且被向着箱体的墙壁甩出去。由于它没有和主动冷却系统合并在一起，所以在箱体内气体通过时，系统保持了一定的温度，这使得粘在箱体壁上的较重的液体可以向下滴到位于箱体底部的排出罐里。
第二段过滤由包含在一个箱体里的充满了不锈钢球的填充物构成。主要由酒精和溶剂构成的，小的、轻质量的颗粒，包含在蒸汽中通过了第一层的过滤，将再次经受膨胀，从而增大了液滴的尺寸。然后，蒸汽通过填充层，和钢球产生多次的碰撞。 由于包含在蒸汽中的液体会在钢球的表面蔓延开来，且这些球被确定是可浸润的。因此，在颗粒和球的最初碰撞中，产生了不同种类的晶核，并且球被一层液体薄膜所覆盖。一旦球完全被薄膜所覆盖，包含在蒸汽中的颗粒就会和这层液体薄膜碰撞。由于这些是相似的物质，不同种类的晶核产生，同时液体也增大了，形成液滴，流进助焊剂收集罐中，等待清理。
能量效率 在电子制造环境中，回流焊炉引出了一个对能源消耗问题的关注。这一关注是可以理解的，由于很自然地需要向组件传递热量，然后对于冷却环节再要花费能量将热量去除。为了获得有铅和无铅工艺所需的正确的回流曲线，高效率的热传导技术必须被考虑到。但是在能量消耗的考虑方面，高效率的热传导也同样很重要。 使用新的回流系统的设计，通过改进热传导能力和改善气流，在热效率和减少能量消耗方面，一个巨大的改善已经产生了。经测试，早先的回流系统在闲置状态时，运行一条有铅回流曲线的平均每小时消耗21kW。比较最近推出的回流系统，使用新的系统设计，能源消耗从21kW每小时降到了122kW每小时。对于相似的曲线性能，这一结果在能量消耗方面有了41％的减少。
传送系统的考虑 传送导轨系统是将需装配的组件传送通过回流系统的非常流行的方法。伴随着无铅工艺更高的操作温度，传送导轨必须要能维持足够的强度。暴露在外的支撑轴和小的导轨剖面，在更高的操作温度和大质量的组件下，可能会承受更重的负载。 合格的导轨系统设计，应该允许热膨胀，并且仍能维持导轨的平行，以减少PCBA掉落或被卡住的机率。在设计中，导轨的推出成型应该考虑具有多个角度的结合，以减小在热膨胀过程中导轨弯曲的机率。 由于无铅回流中更高的温度，组件更倾向于产生翘曲和掉落问题。更高的温度更接近板子分层的转变点，并且结合来自器件的更大的质量，可以导致生产线问题更进一步恶化。 中央板支撑（CBS）传送系统可以解决这个问题。CBS在更高的无铅回流温度下将提供更好的支撑，克服板翘曲和掉落问题。
总结 在做出无铅回流焊接结论之前，需要先详细的来看一下一台回流炉的全部特性。当考虑向无铅材料转变时，需要先决定材料和温度曲线的需求。一旦这些被选定了，就咨询回流炉制造商，帮助你为产品开发出一个期望的温度曲线。伴随着一些调查工作，这条理想的温度曲线可能是通过“帐篷”型或“反向爬升”型的温度曲线来实现的。 回流系统的选项也是重要的考虑对象。氮气加工环境的采用，冷却的考虑，传送系统以及整个系统的操作成本，都应该和回流设备的供应商进行讨论。
应用领域：电子业、制造业、维修业等
焊锡是在焊接线路中连接电子元器件的重要工业原材料，是一种熔点较低的焊料，主要指用锡基合金做的焊料。焊锡的制作方法是先用熔融法制锭，然后压力加工成材。广泛应用于电子工业、家电制造业、汽车制造业、维修业和日常生活中。
焊锡材料是电子行业的生产与维修工作中必不可少的，通常来说，常用焊锡材料有锡铅合金焊锡、加锑焊锡、加镉焊锡、加银焊锡、加铜焊锡。标准焊接作业时使用的线状焊锡被称为松香芯焊锡线或焊锡丝。在焊锡中加入了助焊剂。这种助焊剂是由松香和少量的活性剂组成。
扩展资料
使用分类：
1、锡线
标准焊接作业时使用的线状焊锡被称为松香芯焊锡线或焊锡丝。在焊锡中加入了助焊剂。这种助焊剂是由松香和少量的活性剂组成。
2、锡条
焊锡经过熔解-模具-成品；形成一公斤左右长方体形状。
3、锡膏
由超细（20~75μm）球形焊锡合金粉末、助焊剂及其它添加物混合形成的膏状体系。
-焊锡
这个是无铅锡膏，判断锡膏是有铅还是无铅，主要看锡膏的合金成分中是否含有铅（pb）元，从图上看，这款锡膏成分中没有铅元素，所以是无铅锡膏。
回流焊温度曲线可分为三个阶段：预热阶段、恒温阶段、回流阶段、冷却阶段。
第一、回流焊预热阶段温度曲线的设置：
预热是指为了使锡水活性化为目的和为了避免浸锡时进行急剧高温加热引起部品不具合为目的所进行的加热行为。
预热温度：依使用锡膏的种类及厂商推荐的条件设定。一般设定在80～160℃范围内使其慢慢升温(最佳曲线);而对于传统曲线恒温区在140～160℃间，注意温度高则氧化速度会加快很多(在高温区会线性增大，在150℃左右的预热温度下，氧化速度是常温下的数倍，铜板温度与氧化速度的关系见附图)预热温度太低则助焊剂活性化不充分。
•预热时间视pcb板上热容量最大的部品、pcb面积、pcb厚度以及所用锡膏性能而定。一般在80～160℃预热段内时间为60～120sec，由此有效除去焊膏中易挥发的溶剂，减少对元件的热冲击，同时使助焊剂充分活化，并且使温度差变得较小。
•预热段温度上升率：就加热阶段而言，温度范围在室温与溶点温度之间慢的上升率可望减少大部分的缺陷。对最佳曲线而言推荐以05～1℃/sec的慢上升率，对传统曲线而言要求在3～4℃/sec以下进行升温较好。
第二回流焊在恒温阶段的温度曲线设置
回流焊的恒温阶段是指温度从120度~150度升至焊膏熔点的区域。保温段的主要目的是使sma内各元件的温度
趋於稳定，尽量减少温差。在这个区域裏给予足够的时间使较大元件的温度赶上较小元件，并保证焊膏中的助
焊剂得到充分挥发。到保温段结束，焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去，整个电路板的温度达到平衡
。应注意的是sma上所有元件在这一段结束时应具有相同的温度，否则进入到回流段将会因为各部分温度不均
产生各种不良焊接现象。
第三、回流焊在回流阶段的温度曲线设置：
回流曲线的峰值温度通常是由焊锡的熔点温度、组装基板和元件的耐热温度决定的。一般最小峰值温度大约在焊锡熔点以上30℃左右(对于目前sn63
-
pb焊锡，183℃熔融点，则最低峰值温度约210℃左右)。峰值温度过低就易产生冷接点及润湿不够，熔融不足而致生半田，
一般最高温度约235℃，过高则环氧树脂基板和塑胶部分焦化和脱层易发生，再者超额的共界金属化合物将形成，并导致脆的焊接点(焊接强度影响)。
•超过焊锡溶点以上的时间：由于共界金属化合物形成率、焊锡内盐基金属的分解率等因素，其产生及滤出不仅与温度成正比，且与超过焊锡溶点温度以上的时间成正比，为减少共界金属化合物的产生及滤出则超过熔点温度以上的时间必须减少，一般设定在45～90秒之间，此时间限制需要使用一个快速温升率，从熔点温度快速上升到峰值温度，同时考虑元件承受热应力因素，上升率须介于25～35℃/see之间，且最大改变率不可超过4℃/sec。
第四、回流焊在冷却阶段的温度曲线设置：
高于焊锡熔点温度以上的慢冷却率将导致过量共界金属化合物产生，以及在焊接点处易发生大的晶粒结构，使焊接点强度变低，此现象一般发生在熔点温度和低于熔点温度一点的温度范围内。快速冷却将导致元件和基板间太高的温度梯度，产生热膨胀的不匹配，导致焊接点与焊盘的分裂及基板的变形，一般情况下可容许的最大冷却率是由元件对热冲击的容忍度决定的。综合以上因素，冷却区降温速率一般在4℃/s左右，冷却至75℃即可。
一、性质不同
焊锡膏：焊锡膏是一种新型焊接材料。
松香：松香是松树科植物中的一种油树松脂。
二、成分不同
焊锡膏：由焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等加以混合，形成的膏状混合物。
松香：松香含有松香酸酐、山柰酚等多种化学成分。
三、作用不同
焊锡膏：焊锡膏的作用是助焊的，可以隔离空气防止氧化，并且增加毛细作用，增加润湿性，防止虚焊。
松香：可用于日常生活、药用、工业装修、娱乐行业，比如生活中常用到的香精、肥皂这些物品都是含有松香的成分。
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