回流焊焊接LED工艺指导书

  一、LED灯特性:

  LED（Light-Emitting-Diode）是一种能够将电能转化为可见光的半导体。

  其特点如下：

  （1） 效率高 按照通常的光效定义，LED的发光效率并不高（一般10～30lm/W，目前已知光效最高的橙红色LED光效可以达到55lm/W），但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可以达到80-90%，而光效差不多的白炽灯其可见光效率仅为10-20%。

  （2） 光线质量高。

  由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，LED属于典型的绿色照明光源。

  （3） 光色纯

  与白炽灯全频段光谱不同，典型的LED光谱狭窄，发出的光线很纯。

  （4） 能耗小

  单体LED的功率一般在0.05～1W，通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要，浪费很少。尤其是需要彩色光的时候，采用白光经过滤色的方式大费周折并且浪费能源，而LED固有的彩色却是得天独厚。

  （5） 寿命长

  光通量衰减到70%的标称寿命10万小时，实际上几乎无限。

  （6） 可靠耐用

  没有钨丝、玻壳等等容易损坏的部件，非正常报废的可能性很小，维护费用极为低廉。

  （7） 应用灵活

  体积小，可平面封装易开发成轻薄短小产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。

  （8） 安全

  单体工作电压大致在1.5~5V之间，工作电流在20~70mA之间。

  （9） 响应时间短

  适合于频繁开关以及高频运作的场合。

  （10） 绿色环保

  废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯含有汞成分。

  （11） 控制灵活

  通过调整电流可以调光，不同光色的组合可以调色，加上时序控制电路可以达到多样的动态变化效果。

  随着高效节能LED 照明的大量推广和应用，LED发光元件的需求量成10的次方级增加，插件LED的生产低效率、高材料、人工成本，造成了LED 照明灯成本居高不下，严重影响了LED高效节能灯的推广应用；相应的贴片封装LED元件应运而生，以其适合自动化贴装、自动焊接、极低的材料成本大行其道；贴片封装LED要求较低的焊接温度，较好的散热效果，一般要求焊接在大于其100-200倍的铝基散热片上，现有的自动回流焊机和焊接工艺不能满足其要求，焊接设备不配套成为发展、推广的瓶颈。结合几年来专业研发智能回流焊机和特种红外线焊接技术的基础，专业打造的LED新光源焊机T-960确信能成功克服这个难题，为LED高效节能灯的推广做出一定贡献。

  二、铝基板特性:

  常见于照明产品。有正反两面，白色的一面是焊接LED的，另一面呈现本色，一般会涂抹导热凝浆后于导热部分接触。目前还有陶瓷基板等等。铝基板（金属基散热板（包含铝基板，铜基板，铁基板））是一种独特的基覆铜板（结构见下图），它具有良好的、电气绝缘性能和加工性能。

  路灯铝基板

  ●在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理；

  ●降低产品运行，提高产品功率密度和可靠性，延长产品使用寿命；

  ●缩小产品体积，降低硬件及装配成本；

  ●取代易碎的陶瓷基板，获得更好的机械耐久力。

  铝基覆铜板是一种金属线路板材料、由铜箔、导热绝缘层及金属基板组成，它的结构分三层： Cireuitl.Layer线路层：相当于普通PCB的覆铜板，线路铜箔厚度loz至10oz。 DielcctricLayer绝缘层：绝缘层是一层低热阻导热绝缘材料。厚度为：0.003"至0.006"英寸是铝基覆铜板的核心技术所在，已获得UL认证。 BaseLayer基层：是金属基板，一般是铝或可所选择铜。

  铝基覆铜板和传统的环氧玻璃布层压板等电路层（即铜箔）通常经过蚀刻形成印刷电路，使组件的各个部件相互连接，一般情况下，电路层要求具有很大的载流能力，从而应使用较厚的铜箔，厚度一般35μm~280μm；导热绝缘层是铝基板核心技术之所在，它一般是由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成，热阻小，粘弹性能优良，具有抗热老化的能力，能够承受机械及热应力。

  与PCB材料相比有着其它材料不可比拟的优点。适合功率组件表面贴装T工艺。

  无需散热器，体积大大缩小、散热效果极好，良好的绝缘性能和机械性能广泛应用于灯具灯饰。随着节能灯的提倡推广，各种节能绚丽的LED灯大受市场欢迎，而应用于LED灯的铝基板也开始大规模应用。

  散热知识

  铝基板pcb由电路层（铜箔层）、导热绝缘层和金属基层组成。电路层要求具有很大的载流能力，从而应使用较厚的铜箔，厚度一般35μm~280μm；导热绝缘层是PCB铝基板核心技术之所在，它一般是由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成，热阻小，粘弹性能优良，具有抗热老化的能力，能够承受机械及热应力。IMS-H01、IMS-H02和LED-0601等高性能PCB铝基板的导热绝缘层正是使用了此种技术，使其具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能；金属基层是铝基板的支撑构件，要求具有高导热性，一般是铝板，也可使用铜板（其中铜板能够提供更好的导热性），适合于钻孔、冲剪及切割等常规机械加工。

  三、焊接工艺及注意事项:

  3.1工艺要求

  对于LED元件及表面贴装器件(su ** ce mounted devices．D)，且建议采用 SN63型免清洗焊膏。其焊接工艺要求如下： 本机典型回流焊的温度剖面曲线如图 1：

  T-960配备履带式、五温区加热系统，温度焊接曲线主要有五大区组成即：升温区（0S～60S）、侵润区（60S～120S）、快速升温区（120S～180S）回流区（180S～220S）、降温区（220S～300S）。其中底部两大温区的主要作用是预热铝基板和辅助供热；

  上述曲线为本产品的参考设计依据，但是LED焊接成功与否，与各温区温度设定和传动带速度有着直接关系。在执行温度曲线过程中假如回流不发生，可减少带速5-10%。例如：现在不回流时带速是500mm/min，调整时减低到460mm/min左右。一般减低带速10%将会增加产品回流温度约30F。或者在不改变带速前提下，适当提高设置温度，提高幅度已标准温度曲线为中心基准，按PCB通过系统时的实际温度曲线与标准曲线的差距幅度调整，一般以5℃左右为每次调整的梯度，调整设置温度时应特别注意不能超过PCB板及元器件的承受能力。

  若用户用的锡膏或PCB板等有所改变，可根据具体情况，对温度焊接曲线重新进行设计。

  3.2焊膏的使用注意事项

  理想的使用环境温度 为 20oC～25oC，相对湿 度为 30％—60％；平时不用时应该密封保存在冰箱 内 (3℃～10℃ )，保存时间不能超过其有效保存期限，使用前从冰箱中取出，使其自然升温到室温，使用时要充分搅拌 (10min～20min左右)，以使得焊剂与锡粉充分混合，并保持良好黏度，焊锡膏印刷操作过程中，当印刷状态变坏时，应用脱脂棉蘸酒精进行网板内侧的清洗，清洗后用压缩空气将印刷部分的孔塞吹通，从焊锡膏印刷到贴片完成的放置时间应该在 24hr之内，生产结束或因故停止印刷时网板上的锡膏放置时间不能超过1hr，否则不能再次使用。

  3.3无铅焊膏

  随着科学技术的发展，无铅焊膏将取代有毒的含铅焊膏，例如日本 KQKI公司开发的Sn—Ag—Cu焊锡膏的性能就接近于 Sn63的焊膏，表 1列出两种无铅焊膏的特性：

  3.4T-960焊接常见缺陷及解决措施：

  3.4.1焊料球

  焊料球的存在表明焊接工艺不完全正确， 而且电子产品存在短路的危险 ，因此需要排除。国际上对焊料球存在的认可标准是：PCB板组件在 600mm 范围内不能出现超过 5个焊料球。回流焊中出现的焊料球，常常藏于矩形贴片元件两端之间的侧面或者细间距之间。在元件贴装过程中，焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间，随着PCB板穿过回流焊炉，焊膏熔化变成液体，如果与焊盘和器件引脚等湿润不良，液态焊料会因收缩而使焊缝填充不充分，所有焊料颗粒不能聚合成一焊点，部份液态焊料会从焊缝中流出，形成焊料球。因此，焊料与焊盘和器件引脚之间的湿润性差是导致焊料球存在的根本原因。造成焊料球湿润性差的原因很多，以下主要分析相关工艺的原因及解决措施：

  (1)温度曲线设置不当。焊膏的回流与温度及时间有关，如果未达到足够的温度或时间，焊膏就不会回流。预热区温度上升太快，时间过短，使焊膏内部的水分和溶剂未完全挥发出去，到达回流焊温区时 ，引起水分、溶剂沸腾溅出焊料球。实践证明，将预热区温度的上升速度控制在3℃／s～6℃／s是较理想的。

  (2)如果总在同一位置上出现焊料球，就有必要检查金属模板设计结构。模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求，焊盘尺寸偏大，以及表面材质较软(如铜模板 )，会造成印刷焊膏的外形轮廓不清晰，互相桥联。解决这种缺陷的方法是选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量。

  (3)如果从贴片至回流焊的时间过长，则因焊膏中焊料粒子的氧化、焊剂变质、活性降低 ，会导致焊膏不回流，产生焊料球。选用工作寿命长一些的焊膏(至少4hr)，则会减少这种情况。

  (4)焊膏错印的印板清洗不充分，会使焊膏残留于 PCB板表面及通孔。回流焊之前，贴放元件时使印刷焊膏变形。这些也是造成焊料球的原因。因此，应加强操作者和工艺人员在操作过程中的责任心，严格遵照工艺要求和操作规程进行生产，加强工艺过程 的质量控制。

  3.4.2立片现象 (曼哈顿现象 )

  LED元件及矩形 D元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象称为曼哈顿现象。引起这种现象的原因主要是元件两端受热不均匀，焊膏熔化有先后所致。以下两种情况会造成元件两端受热不均匀：

  (1)元件排列 方向设计不正确。设在焊炉中有一条横跨炉子宽度的再流焊限线，一旦焊膏通过它就会立即熔化，如果片式矩形元件的一端头先通过再流焊限线，焊膏先熔化，完全浸润元件端头的金属表面 ，具有液态表面张力；而另外一端未达到 183℃的液相温度，焊膏未熔化，只有焊剂的黏结力 ，该力远小于再流焊焊膏的表面张力，因而使未熔化端的元件端头向上直立。因此，应保证元件两端同时进入再流焊线，使两端同时熔化，形成均衡的液态表面张力，从而保证元件位置不变。

  (2)焊盘设计质量的影响。如果片式元件的一对焊盘尺寸不同或不对称，将会引起印刷的焊膏量不一致，小焊盘对温度响应快，其上的焊锡膏容易熔化，大焊盘则相反，所以，当小焊盘上的焊膏熔化后，在焊膏表面张力作用下，将元件拉直竖起。焊盘的宽度或间隙过大，也都可能出现立片现象。严格按照标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件。

  3.4.3焊膏漏印

  焊膏漏印是一项复杂的工艺，既受材料的影响，同时又跟设备和参数有直接关系，通过对漏印中各细小环节的控制 ，可以防止在漏印中经常出现的缺陷。下面我们简要介绍几种常见的缺陷及相应的解决方法：

  (1)印刷不完全：印刷不完全是指焊盘上部分地方没有印上焊膏 ，产生的可能原因有以下几种：窗口阻塞或部份焊膏粘在模板底部；焊膏黏度太小；焊膏中有较大尺寸的金属粉末颗粒；刮刀磨损。防止和解决方法：清洗窗孔和模板底部，选择黏度合适的焊膏，使焊膏印刷能有效地覆盖整印刷区域，选择金属粉末颗粒尺寸相对应的焊膏，检查或更换刮刀。

  (2)拉尖：拉尖是指漏印后焊盘呈现小山峰状，产生的原因可能是刮刀间隙或焊膏黏度太大。防止或解决方法是适当调小刮刀间隙或选择合适黏度的焊膏。

  (3)坍塌：印刷后，焊膏往两边塌陷。产生的原因可能是 ：刮刀压力太大；PCB板定位不牢 ；焊膏黏度或金属百分含量太低。

  解决方法 ：调整压力，重新固定 PCB板 ，选择合适黏度的焊膏。

  (4)焊膏太薄，产生原因可能是：模板厚度不符合要求(太薄 )；刮刀压力太大；焊膏流动性较差。解决方法：选择合适的模板，选择颗粒度和黏度合适的焊膏，改变刮刀压力。

  (5)厚度不一致，印刷后，焊盘上焊膏厚度 不一致，产生的原因可能是：模板与 PCB板不平行；焊膏搅拌不均匀，使得颗粒度不一致。

  防止和解决方法：调整模板与 PCB板的相对位置，印刷前充分搅拌焊膏。

  (6)边缘和表面有毛刺，产生的原因可能是焊膏黏度偏低，焊盘涂覆层太厚，模板窗孔孔壁粗糙。

  解决方法是：选择黏度合适的焊膏，制板时，严格控制涂覆层厚度，印刷前检查漏印窗孔的蚀刻质量。

  3.4.5焊膏量太多

  焊膏量太多的原因一般是模板窗口尺寸过大 ，钢板与 PCB板之间的间隙太大，这样将容易造成桥联，解决方法是检查模板窗口尺寸，调节印刷参数，特别是与 PCB板之间的间隙。T技术是一门涉及了多项技术的复杂的系统工程，其中的任何一项 因素 的改变均会影响电子产品的焊接质量，有时甚至影响产品的使用寿命。所以我们应仔细地研究没一参数和每一道工序，以达到最佳的焊接效果。

  3.4.6静电防护

  在 LED的焊接过程中，须注意静电的防护，LED是静电敏感元件，通常 LED的抗静电能力分为 三个等级 ：一 级：0—1，999V；二级：2，000～3，999V；三级：4，000～15，999V，16，000V以上为非静电敏感 分子件。在 LED的装配过程中，会产生静电的因 较多，一般可以从以下环节加以注意：

  (1)所有设备及仪器须做好接地 处理 ，外接 5kΩ 的限流 电阻：

  (2)操作人员须穿防静电服及防静电鞋，并配戴防静电手环，防静电手环的配戴要注意，一定要实际接触皮肤，防静电环内置 250KΩ的电阻。要避免穿人工合成材质的衣服，比如尼龙、晴纶等，上述材质的衣服极易产生静电，建议穿棉质服装：

  (3)所有桌面及凳椅须铺防静电垫，表面阻抗须达到 1，012Ω／m ，以保证静电不会过快释放，避免产生高电流损坏 LED元件：

  (4)LED的包装及转料箱须使用防静电材质产品，以保障 LED在装配过程中的安全性：

  (5)在 LED装配过程中，不要在 PCB板上贴粘性的标签作临时标识 ，因为在标签从 PCB板上撕下的瞬间极易产生静电，从而破坏 LED。

  总之，要获得最佳的焊接质量、满足用户的需求，必须控制焊接前、焊接中的每一个工艺步骤，因为LED的整个组装工艺的每一个步骤都互相关联、互相作用，任何一步有问题都会影响到整体的可靠性和质量。焊接操作也是如此，应严格控制所有的参数(时间／温度、焊料量、焊剂成分及传送速度等 )。对焊接中产生的缺陷，应及早查明起因，进行分析，采取相应的措施，将影响质量的各种缺陷消灭在萌芽状态之中。这样，才能保证生产出的产品都符合技术规范。