我国从20世纪80年代中期开始引进SMT技术及设备,到目前为止经历了大约30年的发展历程。在这个发展过程中,作为核心设备之一的回流焊接设备经过了几个不同的发展阶段。在电子元件组装技术中,回流焊接设备起着相当重要的作用。它的性能好坏不仅影响着焊接质量优劣,也最终影响产品的质量和可靠性,因此对回流焊接设备及回流焊接工艺的研究就显得尤为重要。

1  回流焊接设备的发展历程

（1）  红外加热方式回流焊接

　　技术在20世纪80年代初,这种方式使用较为普遍。它具有加热快、节能、工作可靠等特点,但由于PCB线路板随链轨处于运动状态,在不同温区内对辐射热吸收率有很大差异,造成PCB线路板的温度不均匀。因此逐步淘汰了此种技术形式。

（2）  全热风回流焊接技术

　　到20世纪90年代,全热风回流焊接技术逐步开始使用。它是一种通过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使气流循环,从而实现回流焊接的设备。PCB线路板随链轨运动时,克服了回流焊接温度不均匀等不足之处。但为确保循环,气流必须具有一定压力,这样就在一定程度上造成PCB的抖动和元件错位。

（3）  红外热风回流焊接技术

　　到20世纪90年代末期,红外热风回流焊接技术开始出现。它是结合了红外与热风各自特点,而研制的一种红外加热与热风循环方式,即采用红外加热PCB线路板、热风循环来均匀工作区的温度。这类设备充分利用红外线穿透力强的特点,热效率高、节电,使用时有效克服了红外回流焊接温度不均和遮蔽效应,并弥补热风回流焊接对气流要求过快而造成的不良影响。

2  回流焊接工艺温度曲线

　　无论回流焊接设备如何设计,有一条最基本的要求,那就是设备在焊接过程中,焊接温度必须符合回流焊接工艺要求的温度曲线,如图1所示。

图1

　　①  预热段。该区域的目的是把室温的PCB尽快加热以达到第二个特定目标。在此过程中,通常温度速率为1～3℃/s。
　　②  保温段。该过程是指温度在140～160℃。主要目的是使PCB元件的温度趋于均匀,并保证焊膏中的助焊剂得到充分熔化。此阶段需要80～150 s。
　　③  回流段。此阶段主要目的是使焊膏快速熔化,并将元件焊接于PCB板上。峰值温度一般为210～230℃,峰值时间为10～20 s。
　　④  冷却段。在此阶段应该以尽可能快的速度来进行降温冷却,这样将有助于得到明亮的焊点。冷却速率为2～3℃/s,一般要求冷却至100℃以下。

3  研发中小批量生产时的难点与对策

　　到21世纪,SMT技术逐步向科研方向渗透。当今,电子产品更新的周期越来越短,以计算机领域为例,从投入市场到新产品替代的周期一般为6个月。因此,在科研和中小批量生产中,新型设备既要符合SMT工艺要求,又要满足研发和中小批量生产的特点。到2000年,北京安宏讯科技有限公司以航天技术为基础,独立研发了一套专门为科研及中小批量生产而设计的回流焊接设备,此设备为SMD2000系列表面贴片焊接设备。其充分研究了科研生产与中小批量线路板贴片焊接加工中,普遍存在品种多、批量小、焊接精度高、时间要求快的特点,可焊接BGA、QFP、PLCC、0603等所有表贴元件,适合中小批量线路板和企事业研究所研发的贴片焊接加工。

　　PCB线路板回流焊接工艺流程如图2所示。

图2

4  各设备的功能

　　◆ 焊膏印刷台：通过金属网板将焊锡膏漏印到PCB线路板上。
　　◆ 观测放大镜：用于检查焊锡膏漏印及贴片,IC芯片焊接质量情况。
　　◆ 焊膏保存冰箱：用于焊锡膏低温冷藏。
　　◆ SMDTP手动贴片机：将IC芯片准确摆放在印有焊锡膏的PCB线路板上。
　　◆ SMD2000A表面贴片焊接机：将摆放有IC芯片的PCB线路板放入表面贴片焊接机的工作台内进行回流焊接。

5  SMD2000回流焊接的技术特点

　　◆ 加热方式采用先进红外热风加热模式。
　　◆ 淘汰链轨输送PCB板形式,使PCB板在焊接时始终处于静止状态下完成全部回流焊接过程,避免由于运动而造成的焊接错位。
　　◆ 采用工作区整体控温模式,使用模糊数学控制原理,使得PCB板焊接温度曲线达到焊接工艺曲线要求,从而确保产品质量要求。
　　◆ 先进的显示技术,使得回流焊接工艺曲线通过设备的液晶屏动态显示出来。
　　◆ 根据不同的焊膏和PCB板情况可灵活修改回流焊接工艺参数,最终焊接出高质量产品。
　　◆ SMD2000系列回流焊接设备配有RS232接口及上层管理软件,通过PC机可以将每次的回流焊接工艺曲线、设定参数、焊接时间记录并存储到PC机中,随时可以查阅,并打印有关工艺焊接资料。

　　到2006年,国际对电子类产品将全面推行无铅焊接,这就对科研开发及中批量生产提出一个新的课题。SMT技术不断更新,使之满足电子领域不断出现的薄型化、微型化、高精度发展的趋势。