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双面混装贴片加工技术:从钢网设计到回流焊的温度曲线优化

  • 发表时间:2025-06-06 17:06:50
  • 来源:本站
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双面混装贴片加工中,钢网设计和回流焊温度曲线优化是影响焊接质量和产品可靠性的关键环节。以下从钢网设计和回流焊温度曲线优化两方面进行详细阐述。

一、钢网设计优化

  1. 开口设计

    • 开口尺寸与形状:开口尺寸需结合焊盘布局进行拓扑优化,避免因设计缺陷导致焊膏脱模不良或桥连问题。对于0.4mm以下微间距器件,需采用纳米级涂层工艺降低表面粘附力,结合电抛光处理将孔壁粗糙度控制在Ra≤0.8μm,从而提升焊膏释放率至92%以上。对于0201封装器件与0.4mm间距BGA芯片,补偿系数需分别采用差异化策略,前者需控制补偿量在±3μm以内以防止桥连,后者则通过非对称开口设计补偿焊膏塌陷量。

    • 开口补偿算法:该算法需综合考量焊膏流变特性、基板热膨胀系数及回流焊温度曲线等多维参数,通过建立动态补偿模型对开口几何尺寸进行智能修正。实际应用中,激光切割设备需集成实时反馈系统,结合DOE实验数据与FEM模拟结果,动态调整开口宽度补偿值,使焊膏转移率提升至92%以上。

  2. 材料选择与厚度

    • 材料选择:304不锈钢与电铸镍基合金分别适用于常规场景与超细间距场景,其弹性模量差异直接影响钢网使用寿命。对于高密度BGA封装应用,定向离子束辅助沉积技术可进一步提升涂层致密度,使钢网在经历5万次印刷后仍保持90%以上的开口完整性。

    • 厚度设计:钢片厚度需根据元件间距动态匹配,0.08 - 0.15mm的阶梯式设计可兼顾0402元件与BGA封装需求。对于0.4mm及以下间距的CSP元件,通常需要保证网孔之间要有足够的间隙,以防止印刷锡膏短路,但如果锡膏量过少,焊点体积减小,伴随而来的便是可靠性问题,所以一般采用较薄的钢网以增加面积比而获得较好的锡膏印刷。

  3. 张力控制

    • 钢网框架的张力平衡需通过多点应力监测系统实现,典型张力值应稳定在35 - 50N/cm²区间,防止印刷过程中因局部形变引发的偏移。在实际操作中,应通过三点式张力计进行周期性检测,特别是针对0.4mm间距以下的高密度BGA区域,需实施网格化分区测量以识别微观应力集中点。

二、回流焊温度曲线优化

  1. 升温区

    • 时间与斜率:升温区的时间设置在60 - 90秒,斜率控制在1 - 3℃/S之间,通常将该区域的斜率实际控制在1.5 - 2.5之间能得到满意的效果。若斜率太大,升温速率过快,锡膏势必由于低沸点溶剂的快速挥发或者水气迅速沸腾而发生飞溅,从而在炉后发生“锡珠”缺陷。过大的斜率也会由于热应力的原因造成例如陶瓷电容微裂、PCB板变形曲翘、BGA内部损坏等机械损伤。升温过快的另一个不良后果是锡膏无法承受较大的热冲击而发生坍塌,这是造成“短路”的原因之一。

  2. 预热恒温区

    • 温度与时间:预热恒温区PCB表面温度由150℃平缓上升至200℃,时间窗口在60 - 120秒之间,斜率在0.3 - 0.8℃/S之间。活性物质被温度激活开始发挥作用,清除焊盘表面、零件脚和锡粉合金粉末中的氧化物。让不同尺寸和材料的元器件之间的温度差逐渐减小,在锡膏熔融之前达到最小的温差,为在下一个温度分区内熔融焊接做好准备。

  3. 焊接区

    • 峰值温度与时间:回流区的温度最高,SMA进入该区后迅速升温,并超出锡膏熔点约30 - 40℃,即板面温度瞬时达到210 - 230℃(此温度又称之为峰值温度),时间约为20 - 30秒。对于无铅焊膏,峰值温度通常为230℃ - 250℃,超250℃时间建议控制在10 - 30秒,以避免元器件损坏。过高的温度可能使电路板承受热损伤,并可能引起铅锡粉末再氧化加速、焊膏残留物烧焦、电路板变色、元件失去功能等问题的产生。而过低的温度会使助焊剂效率低下,可能使铅锡粉末处于非焊接状态而增加生焊、虚焊发生的几率。

  4. 冷却区

    • 冷却速率:冷却区降温速率一般为3 - 10℃/S,冷却至75℃即可,此区冷却时间占整个温度曲线时间的15%左右。快速降温有利于得到稳定可靠的焊点,能形成平滑均匀而薄的金属间化物,形成细小富锡枝状晶和锡基体中弥散的细小晶粒,使焊点力学性能和可靠性得到明显的提升与改善。但生产应用中,并不是冷却速率越大越好,要结合回流焊设备的冷却能力、板子、元器件和焊点能承受的热冲击来考量,最大冷却速率应该控制在6 - 10℃。

三、双面混装加工的特殊考虑

  1. 工艺流程

    • 贴片与焊接顺序:先在PCB的A面进行贴片,然后进行烘干(固化)。完成A面后,翻板进行B面的贴片与固化。回流焊接时,对A面和B面分别进行回流焊接,使焊锡膏熔化,实现贴片零件与PCB的牢固连接。对于需要通过波峰焊的通孔元器件,在贴片后进行波峰焊接。

    • 检测与校正:炉前QC检查从贴片机出来的PCB板,确保布局无误,无泄漏、偏差等问题。回流焊后QC检测焊接质量,如空焊、虚焊等,并进行手动校正。最终检测完成所有焊接后,进行最终检测,确保产品品质和性能。

  2. 设备维护与人员培训

    • 设备维护:定期对生产设备进行维护和校准,确保贴片机、回流焊炉等设备的稳定性和精度。例如,定期校准热电偶传感器、清理助焊剂残留物以及检查加热模块工作状态,是维持温控精度的基础保障。

    • 人员培训:定期对生产人员进行培训,提高其操作技能和工艺水平。同时,关注行业新技术的发展,及时引进新的设备和工艺方法,以提高生产效率和产品质量。


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