在SMT組裝加工過程中，高溫敏感元件（如塑料封裝器件、MEMS傳感器、LED、電池、光學(xué)元件等）可能因回流焊的高溫環(huán)境而損壞。以下是針對此類元件的特殊保護(hù)措施，從工藝、設(shè)備、設(shè)計到測試驗(yàn)證的全流程解決方案：
1. 低溫焊接工藝優(yōu)化
- 選用低溫焊料：
- 采用SnBi（熔點(diǎn)138℃）、SnBiAg（熔點(diǎn)140-170℃）等低溫合金焊料，將回流焊峰值溫度降低至170-200℃，減少元件暴露時間。
- 注意：需評估低溫焊料的機(jī)械強(qiáng)度、抗疲勞性能及與PCB/元件的兼容性。
- 優(yōu)化回流焊溫度曲線：
- 升溫速率：≤2℃/s，避免熱沖擊。
- 保溫段：延長150-170℃的保溫時間（60-90秒），促進(jìn)助焊劑活化，減少高溫段需求。
- 峰值溫度：控制在焊料熔點(diǎn)+20-30℃，避免元件內(nèi)部材料熱分解。
- 冷卻速率：≤3℃/s，防止焊點(diǎn)脆化。
2. 局部加熱與屏蔽技術(shù)
- 選擇性焊接：
- 對高溫敏感區(qū)域采用激光、紅外或熱風(fēng)選擇性加熱，僅熔化目標(biāo)焊點(diǎn)，避免周邊元件受熱。
- 熱屏蔽工裝：
- 使用耐高溫膠帶、陶瓷罩或金屬屏蔽罩覆蓋敏感元件，減少熱輻射和熱傳導(dǎo)。
- 示例：對LED封裝區(qū)域使用石英玻璃屏蔽罩，反射90%以上的紅外輻射。
3. 預(yù)熱與梯度控溫
- PCB預(yù)熱：
- 在回流焊前增加預(yù)熱段（80-120℃），減少PCB與元件的熱梯度，降低熱應(yīng)力。
- 梯度溫度分區(qū)：
- 在回流焊爐內(nèi)設(shè)置獨(dú)立溫控區(qū)，對敏感元件所在區(qū)域?qū)嵤┑蜏乜刂?，誤差≤±5℃。
4. 元件布局與PCB設(shè)計優(yōu)化
- 布局調(diào)整：
- 將高溫敏感元件放置在PCB邊緣或遠(yuǎn)離大功率器件（如MOSFET、電感）的區(qū)域。
- 避免將元件布置在熱風(fēng)對流死角或高溫回流路徑上。
- 散熱設(shè)計：
- 在敏感元件下方增加散熱過孔（Thermal Vias），通過PCB內(nèi)層銅層導(dǎo)熱。
- 使用低熱阻基材（如鋁基板、陶瓷基板）替代傳統(tǒng)FR-4。
5. 工藝流程調(diào)整
- 分步焊接：
- 先完成其他元件的回流焊，再對高溫敏感元件進(jìn)行手工焊接（如激光焊接、熱壓焊）。
- 倒裝芯片技術(shù)：
- 對極敏感元件（如MEMS）采用倒裝工藝，避免直接受熱。
6. 元件保護(hù)與固定
- 臨時固定膠：
- 使用低溫固化膠（如丙烯酸酯類）固定元件，防止回流焊時移位，固化溫度≤80℃。
- 防熱涂層：
- 在元件表面噴涂耐高溫涂層（如聚酰亞胺），形成隔熱層。
7. 測試與驗(yàn)證
- 焊點(diǎn)可靠性測試：
- 進(jìn)行金相切片分析，檢查IMC（金屬間化合物）厚度（理想1-3μm），避免因低溫導(dǎo)致的弱焊點(diǎn)。
- 環(huán)境測試：
- 執(zhí)行高溫高濕偏壓測試（H3TRB，85℃/85%RH/1000h），驗(yàn)證元件在濕熱環(huán)境下的穩(wěn)定性。
- 熱沖擊測試：
- 通過-55℃至150℃的循環(huán)測試（1000次），評估焊點(diǎn)熱疲勞壽命。
8. 供應(yīng)鏈協(xié)同
- 元件認(rèn)證：
- 要求供應(yīng)商提供元件的耐溫曲線（如JESD22-A113），確保與工藝匹配。
- 材料替代：
- 選用耐溫更高的替代元件（如改性塑料封裝、陶瓷封裝）。
9. 實(shí)時監(jiān)控與反饋
- 溫度傳感器植入：
- 在PCB測試點(diǎn)或元件附近植入熱電偶，實(shí)時監(jiān)控溫度曲線，誤差≤±2℃。
- SPC統(tǒng)計控制：
- 收集關(guān)鍵工藝參數(shù)（如峰值溫度、升溫速率），確保Cpk≥1.33。
總結(jié)
通過低溫工藝、局部加熱、設(shè)計優(yōu)化、分步焊接及嚴(yán)格測試，可有效保護(hù)高溫敏感元件。實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合成本、產(chǎn)能和可靠性需求，優(yōu)先選擇低溫焊料與熱屏蔽工裝，并通過DOE（實(shí)驗(yàn)設(shè)計）驗(yàn)證工藝窗口。對于超敏感元件（如生物芯片），可考慮采用導(dǎo)電膠粘接替代焊接工藝。
因設(shè)備、物料、生產(chǎn)工藝等不同因素，內(nèi)容僅供參考。了解更多smt貼片加工知識，歡迎訪問深圳smt貼片加工廠-1943科技。
2024-04-26
