??????最近幾年，SMT生產(chǎn)技術(shù)已發(fā)生了巨大的變化，其中：生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的改變，新型焊膏的利用、不同基材的出現(xiàn)，以及元器件本身材料和設(shè)計(jì)的革新都使得熱處理工藝不斷發(fā)展。新型元器件的設(shè)計(jì)動(dòng)力是來(lái)自于產(chǎn)品小型化的不斷驅(qū)使。這些新型元器件封裝包括：BGA（球柵陣列）、COB（裸芯片）、CSP（微型封裝）、MCM（多芯片模塊），以及flip chip（倒裝片）等。產(chǎn)品小型化回流焊使得元器件越做越小，并使管腳數(shù)增加，使間距變小。另外為減少成本，免清洗和低殘留焊膏使用的更加廣泛，與之相應(yīng)的是氮?dú)獾氖褂靡搽S之增加。

　　 市場(chǎng)對(duì)手持式電子產(chǎn)品的不斷需求始終是一個(gè)強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，它使得封裝工藝必須適應(yīng)這些產(chǎn)品的技術(shù)要求。因此更小、更密、更輕的組裝技術(shù)，以及更短的產(chǎn)品周期、更多、更密的I/O引線，更強(qiáng)的可操控性----都把回流焊技術(shù)提到一個(gè)新的層次上來(lái)討論。同時(shí)也對(duì)熱處理工藝的控制手段和設(shè)備提出了新的要求。
考慮到這些壓力，我們提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)想圖，其中的一些方案可以回答回流焊工藝今后會(huì)遇到的挑戰(zhàn)。

　　氮?dú)舛栊员Ｗo(hù)

　　使用惰性氣體，一般采用氮?dú)猓@種方法在回流焊工藝中已被采用了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，但它的價(jià)格還是一個(gè)問題。因?yàn)槎栊詺怏w可以減少焊接過程中的氧化，因此，這種工藝可以使用活性較低的焊膏材料。這一點(diǎn)對(duì)于低殘留物焊膏和免清洗尤為重要。另外，對(duì)于多次焊接工藝也相當(dāng)關(guān)鍵。比如：在雙面板的焊接中，氮?dú)獗Ｗo(hù)對(duì)于帶有OSPs的板子在多次回流工藝中有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵贜2的保護(hù)下，板上的銅質(zhì)焊盤與線路的可焊性得到了很好的保護(hù)。使用氮?dú)獾牧硪粋€(gè)好處是增加表面張力，它使得制造商在選擇器件時(shí)有更大的余地（尤其是超細(xì)間距器件），并且增加焊點(diǎn)表面光潔度，使薄型材料不易褪色。

　　真正最大的好處是降低了成本。氮?dú)獗Ｗo(hù)的費(fèi)用取決于各種各樣的因素，包括氮?dú)庠跈C(jī)器中使用的位置，氮?dú)獾睦寐实?。?dāng)然，我們通常感覺氮?dú)庀氖且环N工藝過程中額外的費(fèi)用，因此總是想方設(shè)法減少氮?dú)獾南摹Ｄ壳昂父嗟幕瘜W(xué)成份也在不斷的改進(jìn)提高，以便將來(lái)的工藝中不再使用氮?dú)獗Ｗo(hù)；或者至少在較高的O2濃度值下（比如：1000ppm對(duì)比目前為50ppm）取得良好的焊接效果，以便減少氮?dú)獾挠昧?。?duì)于是否使用氮?dú)獾谋Ｗo(hù)，我們必須綜合考慮許多問題，包括：產(chǎn)量要求的質(zhì)量等級(jí)，以及每一對(duì)應(yīng)的氮?dú)庀馁M(fèi)用。使用氮?dú)馐怯匈M(fèi)用的問題，但是如果將它對(duì)提高產(chǎn)量與質(zhì)量所帶來(lái)的好處計(jì)算進(jìn)來(lái)，那么它的費(fèi)用是相對(duì)微不足道的。

　　如果焊接爐不是強(qiáng)制回流的那一種，并且氣流是分層狀態(tài)，那么氮?dú)獾南氖潜容^容易控制的。但是，目前大多數(shù)爐的工作方式都是大容量循環(huán)強(qiáng)制對(duì)流加熱，爐體內(nèi)的氣流是在不停的流動(dòng)，這給氮?dú)獾目刂婆c消耗提出了一個(gè)新的難題。一般，我們采取這幾種方法降低氮?dú)庥昧?。首先，必須減少爐體進(jìn)口的尺寸，尤其是垂直方向上的開口尺寸，使用遮擋板、卷簾幕，或者利用一些其它的東西來(lái)堵住進(jìn)出口的孔隙。由遮擋板、卷簾幕向下形成的隔離區(qū)可以阻擋氮?dú)獾耐庑?，并且使外部的空氣無(wú)法進(jìn)入爐體內(nèi)部，也有些回流爐是采用自動(dòng)的滑動(dòng)門來(lái)隔離空氣。另外一種方法是基于這樣一個(gè)科學(xué)概念：被加熱的氮?dú)鈱⑵∮诳諝庵希煞N氣體不會(huì)混合。因此，回流爐的加熱腔被設(shè)計(jì)成比進(jìn)出口的位置高一些，因?yàn)榈獨(dú)鈺?huì)自然的與空氣分層，這樣便可以用很少的氮?dú)夤┙o量來(lái)保持一個(gè)較純的濃度。

　　雙面加工

　　雙面板工藝越來(lái)越多的被采用，并且變得更加復(fù)雜。這是因?yàn)樗芙o設(shè)計(jì)者提供更大、更靈活的設(shè)計(jì)空間。雙面板大大加強(qiáng)了PCB的實(shí)際利用率，因此降低了制造成本。到目前為止，雙面板經(jīng)常采用的工藝是上面過回流爐，下面過波峰焊爐。今天大家都逐漸傾向于雙面都過回流爐是一種更佳的方法。但工藝上仍有一些問題，比如：再次回流時(shí)，底部較大的元件或許會(huì)掉下來(lái)，或者底部的焊點(diǎn)會(huì)部分重新熔化，以至于影響到焊點(diǎn)的可靠性。

　　有幾種方法已發(fā)展出來(lái)用以完成二次回流，其中之一將第一面的元件上膠固化，使它在翻面過二次回流時(shí)不會(huì)從板上掉下來(lái)，并且保持正確的位置。另外一種方法是使用不同熔點(diǎn)的焊膏，其中第二次回流時(shí)使用的焊膏熔點(diǎn)較第一次的要低。但是使用方法有一些嚴(yán)重的問題需要注意：第一個(gè)是造成了最后的成品在維修有一個(gè)“太低”的熔化溫度；第二個(gè)是如果使用更高一級(jí)的回流溫度又會(huì)造成對(duì)元器件和基板的熱沖擊。

　　對(duì)于大多數(shù)元件來(lái)說(shuō)，二次回流時(shí)，焊點(diǎn)熔錫的表面張力是足已維持元件在底部的粘力，使元件牢牢的固定在基板上。這里有一個(gè)元件重量與引腳（焊盤）張力的比例關(guān)系，它可以計(jì)算出元件在二次回流時(shí)能不能粘貼在基板底部而不會(huì)掉落，從而不用對(duì)每一個(gè)元器件都做實(shí)際的測(cè)試。30g/in2是一個(gè)保守值，可以作為設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　另外一個(gè)方法是采用一種概念：即將冷的氣體吹拂過基板底部，使底部的溫度在二次回流時(shí)始終達(dá)不到熔點(diǎn)，但是由于基板上下面的溫差可能會(huì)導(dǎo)致有潛在的應(yīng)力產(chǎn)生。雖然二次回流的工藝并不簡(jiǎn)單，但許多問題都在被不斷解決掉，今后幾年內(nèi)，我們可以肯定的說(shuō)，無(wú)論是在數(shù)量上還是在復(fù)雜程度上，高密度的雙面板都將有一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

　　通孔

　　通孔回流焊（也稱插入式或帶引針式回流焊）工藝在最近一段時(shí)期內(nèi)應(yīng)用得越來(lái)越廣泛，因?yàn)樗梢陨龠^波峰焊這個(gè)工序，或者混裝板（SMT與THT）也會(huì)用到它。這樣做最主要的好處是可以利用現(xiàn)有的SMT設(shè)備來(lái)組裝通孔式的接插件，因?yàn)橥资降慕硬寮休^好的焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度。在許多的產(chǎn)品中，表面貼裝式的接插件不能提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度。另外，在大面積的PCB上，由于平整度的關(guān)系，很難使表面貼裝式的接插件的所有引腳都與焊盤有一個(gè)牢固的接觸。

　　雖然好的工藝可以用來(lái)處理通孔回流焊，但仍有一些值得討論的問題。首先是通孔回流焊的焊膏用量特別大，因此在助焊劑揮發(fā)后形成的殘留物也很多，會(huì)造成對(duì)機(jī)器的污染，所以助焊劑揮發(fā)管理系統(tǒng)有尤為重要。另外一個(gè)問題是許多通孔元器件，尤其是接插件，并非設(shè)計(jì)成可以承受回流焊的高溫。

　　基于紅外回流爐（IR）的經(jīng)驗(yàn)，如果用在通孔回流焊上是錯(cuò)誤的。因?yàn)樗鼪]有考慮到熱傳遞效應(yīng)對(duì)于大塊元器件與幾何形狀復(fù)雜的元器件（比如有遮敞效應(yīng)的元器件）的不同，現(xiàn)有混裝經(jīng)常使用SMD與THT元器件。但對(duì)于強(qiáng)制熱風(fēng)回流爐來(lái)說(shuō)，它有著極高的熱傳遞效率，并不依靠紅外輻射的高溫。因此在混裝產(chǎn)品中，普遍使用強(qiáng)制熱風(fēng)回流工藝。為了得到一個(gè)滿意的焊接效果，問題的關(guān)鍵是要確保通孔回流焊基板各部份的焊膏量都恰到好處，以及注意那些不能承受溫度變化與遮蔽效應(yīng)的元器件，這個(gè)工藝發(fā)展的主要方向還是在工藝的完善與器件的改良上。

　　柔性基板

　　為了處理表面安裝柔性基板的焊接問題，一種專用的回流爐也被設(shè)計(jì)出來(lái)了，和一般回流爐最大的不同是在于它特殊的處理柔性基板的導(dǎo)軌。但是，這種回流爐也必須同時(shí)滿足已連續(xù)式的柔性PCB與分離式PCB的焊接需要。

　　在處理分離式PCB基板時(shí)，回流爐的工作連續(xù)性并不受前道工序的影響。在卷式柔性基板的生產(chǎn)中，由于柔性基板是整條貫穿生產(chǎn)線，所以生產(chǎn)線上任何一處造成的停機(jī)都會(huì)使柔性基板帶停止傳遞。這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題：停在爐內(nèi)的柔性基板便會(huì)因高溫而遭到破壞。因此，這種特殊的爐必須允許這樣情況發(fā)生：可以處理停在爐內(nèi)的基板，并且在傳送帶恢復(fù)正常后立刻重新恢復(fù)正常的焊接操作。

　　無(wú)鉛焊膏

　　雖然近幾年要求使用無(wú)鉛焊膏的壓力不象以前那樣大，但人們依然關(guān)心焊膏中的含鉛量與它對(duì)環(huán)境的影響，雖然電子業(yè)的鉛污染只占所有鉛污染量的百分之一以下，但有觀察家還是認(rèn)為有關(guān)禁止用含鉛焊膏的法律在今后幾年中將出臺(tái)。這樣就只能努力去尋找一種可靠、經(jīng)濟(jì)的替代品。許多代用品的熔點(diǎn)都比錫一鉛合金高大約40°C。這意味著回流爐需要工作在一個(gè)更高的溫度環(huán)境中，這時(shí)使用氮?dú)獗Ｗo(hù)可以部份的消除高溫所帶來(lái)的PCB氧化與破壞的影響。但是在實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛生產(chǎn)前，工業(yè)界是必須走一段痛苦的學(xué)習(xí)過程來(lái)解決將會(huì)面臨的問題。

　　目前大多數(shù)爐的設(shè)計(jì)工作溫度都在300°C以下，但無(wú)鉛錫膏、非低熔點(diǎn)錫膏，在用于BGA、雙面板、混裝板的生產(chǎn)時(shí)，常需要更高的溫度。有一些工藝在回流區(qū)的溫度需要350°C～400°C左右，因此必須改進(jìn)爐的設(shè)計(jì)方案以迎合這種需求。另一方面，進(jìn)入高溫爐的熱敏感元件必須做改進(jìn)，減少在進(jìn)行高溫操作時(shí)這些元件的受熱量。

　　垂直烘爐

　　市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品小型化的要求使倒焊片與DCA（芯片直接焊裝）的應(yīng)用越發(fā)的廣泛。倒焊片技術(shù)是將芯片倒裝后用焊球?qū)⑵渑c基板直接焊接，這樣可以提高信號(hào)傳輸速度及減少尺寸。另一種是底部填充工藝，這是將填充材料灌注入芯片與基板之間的空隙中，這是因?yàn)樾酒c基板材料之間膨脹系數(shù)不一致，而填充材料則能保護(hù)焊點(diǎn)不受這種應(yīng)力的影響。還有是球狀封頂以及圍壩填充技術(shù)，這兩種技術(shù)是用覆蓋材料將已焊接的裸芯片加以封裝的工藝。幾乎所有這幾種封裝材料都需要很長(zhǎng)的固化時(shí)間，所以用在線式連續(xù)生產(chǎn)的固化爐是不實(shí)際的，平時(shí)大家經(jīng)常使用“批次烘爐”，但垂直烘爐的技術(shù)也趨于完善，尤其在加熱曲線比回流爐簡(jiǎn)單時(shí)，垂直烘爐完全能夠勝任。垂直烘爐使用一個(gè)垂直升降的傳送系統(tǒng)作為“緩沖與累加器”，每一塊PCB都必須通過這一道工序循環(huán)。這樣的結(jié)果就是得到了足夠長(zhǎng)的固化時(shí)間，而同時(shí)減少了占地面積。

　　在目前最先進(jìn)的回流爐設(shè)計(jì)思想中，如何在增加產(chǎn)量的同時(shí)減少設(shè)備的維修量是一個(gè)關(guān)鍵的問題。隨著免洗焊膏與低殘留焊膏的大量使用。如何處理爐膏的助焊劑殘留物這個(gè)問題也相應(yīng)變得突出起來(lái)，因?yàn)檫@些焊膏內(nèi)有大量的高沸點(diǎn)的溶劑來(lái)取代原來(lái)的松香，以獲得理想的焊膏流變性。目前焊膏供應(yīng)商正在研究性能更加優(yōu)越的焊膏，但由于質(zhì)量與工藝認(rèn)證是一個(gè)費(fèi)工費(fèi)時(shí)的過程，所以它們的應(yīng)用經(jīng)常相對(duì)滯后。

　　同時(shí)，助焊劑造成的污染也成為回流爐的一個(gè)重要課題。從焊膏中揮發(fā)出來(lái)的物質(zhì)重新凝結(jié)在機(jī)器冷卻區(qū)表面形成污染物，這在充氮保護(hù)設(shè)備中表現(xiàn)得尤為突出，想要通過抽氣口將揮發(fā)物抽走的方法在充氮爐中是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)槌闅饪跁?huì)帶走大量有用的氮?dú)狻，F(xiàn)在新型的助焊劑管理系統(tǒng)采用的方法是讓氣流在機(jī)內(nèi)循環(huán)，經(jīng)過一個(gè)凝結(jié)過濾裝置，將助焊劑凝結(jié)在上面后除去，并將干凈的氣體（N2）放回爐內(nèi)。這套系統(tǒng)大大減少了助焊在冷卻區(qū)及其它地方的殘留量，并且使維修和除去污染物的工作可以在不停機(jī)的情況下進(jìn)行。

　　從助焊劑管理系統(tǒng)出來(lái)的冷氣流重新回到冷卻區(qū)，對(duì)于焊點(diǎn)的冷卻與降低PCB出口溫度都有額外的好處。另一方面，回流的冷氣體進(jìn)入爐內(nèi)的其它地方還可以表現(xiàn)出另外一些好處，例如：分隔不同加熱區(qū)的溫度，或者擴(kuò)大上下加熱區(qū)的溫差。但是不停機(jī)時(shí)間與費(fèi)用是非常重要的，當(dāng)公司的注意集中在運(yùn)行費(fèi)用上時(shí)，助焊劑管理系統(tǒng)就會(huì)顯得非常重要。

　　回流爐如果使用周圍的空氣作為冷卻介質(zhì)，則可以采用大流量的方式冷卻PCB，而且效率很高。在充氮爐中，因?yàn)闅饬髁渴艿絿?yán)格控制，所以這是另一種情況。熱量必須從系統(tǒng)中被抽走，通常熱交換采用的介質(zhì)是氣體或液體。冷卻氣體必須循環(huán)使用以降低氮?dú)庀摹?/P>

　　在目前的冷卻組件中，是通過一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)將氣流循環(huán)應(yīng)用，氣流在熱交換后被吹向PCB。這種冷卻方式需要定期清理鼓風(fēng)機(jī)與熱交換系統(tǒng)上的助焊劑沉淀（雖然助焊劑管理系統(tǒng)已大大減少了助焊劑的沉積）。

　　Speedline集團(tuán)現(xiàn)已開發(fā)了一種獨(dú)特的NitroCool系統(tǒng)，它使用氣流放大風(fēng)刀來(lái)產(chǎn)生高速率的氣流充當(dāng)交換介質(zhì)。循環(huán)氣流是通過風(fēng)刀而不是通過熱交換器，以此來(lái)減少被阻塞的機(jī)率。在風(fēng)刀上集成有自動(dòng)清潔裝置，使得氣量在被阻塞物減弱之前就將助焊劑沉積物清除干凈，因此，當(dāng)其它設(shè)備的熱交換器和鼓風(fēng)機(jī)逐漸被助焊劑污染時(shí)，這套系統(tǒng)可以提供一個(gè)恒定不變的冷卻速率。NitrCool系統(tǒng)還可以引導(dǎo)集中助焊劑管理系統(tǒng)里冷卻的冷氣流，進(jìn)一步增強(qiáng)冷卻的性能與效率。

　　額外的冷卻組件使PCB出爐的溫度控制在35°～50°C之間。這樣就允許將PCB直接輸入下一工序而不需緩沖區(qū)間。另外，氮?dú)獗Ｗo(hù)同時(shí)也可以保護(hù)PCB的可焊性（而非用熱空氣來(lái)保護(hù)PCB的可焊性），這對(duì)于使用OSP的工藝尤為重要。

　　設(shè)備

　　制造費(fèi)用是制造廠商最關(guān)心的一個(gè)問題，隨著工廠地價(jià)的上漲，如何有效的利用空間也變得越來(lái)越重要，通常如果要增加產(chǎn)量就需加長(zhǎng)加熱區(qū)的長(zhǎng)度。但自動(dòng)寬度可調(diào)的雙軌技術(shù)的應(yīng)用則可以在很小的空間里完成同樣的工作，這種雙軌工藝技術(shù)，在印刷、點(diǎn)膠、貼片與回流都已開始應(yīng)用，對(duì)于減少占地面積和節(jié)省資金都有巨大的潛力。

　　設(shè)備的可靠性與連續(xù)工作時(shí)間是非常值得研究的，因?yàn)樵S多工廠都采用三班倒與七天工作日的方式生產(chǎn)，極少有時(shí)間安排維修，還需處理臨時(shí)的故障。對(duì)于回流爐的工藝及自動(dòng)化操作的研究還有很長(zhǎng)的路要走，使用復(fù)雜的軟件可以進(jìn)行多任務(wù)操作、通訊（通過GEM）、診斷、操作安全保護(hù)、以及在線顯示與實(shí)時(shí)幫助。在將來(lái)，單位面積的產(chǎn)出量將大大增加，設(shè)備功能也大在加強(qiáng)，而且回流爐也越來(lái)越依靠軟件與傳感器來(lái)提高它的性能。