回流焊
關注創建者：安世亞太 創建時間：2021-06-28
回流焊的實例教程
作者：黃晶
廣州安世亞太公司
目前，表面組裝技術（SMT）中，采用的釬焊技術主要是回流焊，因此，對回流焊溫度場的仿真研究極其重要。封裝結構中不同材料之間存在熱膨脹系數差異，電子封裝在回流焊溫變過程中會產生翹曲變形。結構的翹曲會影響封裝結構的共面度，引發芯片斷裂、界面分層和焊點裝聯缺陷等質量和可靠性問題。因而，掌握回流焊仿真分析技術，對提高產品封裝質量、優化電子封裝中回流焊的溫度設置具有相當重要的意義。
回流焊仿真技術路線
回流焊是一個熱加載過程，在進行回流焊仿真分析時，目前主要有以下幾種仿真技術路線：
基于CFD軟件的瞬態溫度場分析
采用此種方式，可以精確的考慮回流爐內的結構，考慮熱風及熱空氣在回流爐內的流動狀況，計算出來的溫度場比較準確。但是由于需要對流場域精確建模，并且還要計算長時間的瞬態和考慮結構的運動過程，計算量通常比較大。
展開 所有這些都給回流焊工藝提出了新的要求，趨勢就是回流焊采用更先進的熱傳遞方式，達到節約能源，均勻溫度，適合雙面板PCB和新型器件封裝方式的焊接要求，并逐步實現對波峰焊的全面代替。總體來講，回流焊爐正朝著高效、多功能和智能化方向發展。
回流焊技術在電子制造領域并不陌生，我們電腦內使用的各種板卡上的元件都是通過這種工藝焊接到線路板上的，這種設備的內部有一個加熱電路，將空氣或氮氣加熱到足夠高的溫度后吹向已經貼好元件的線路板，讓元件兩側的焊料融化后與主板粘結。這種工藝的優勢是溫度易于控制，焊接過程中還能避免氧化，制造成本也更容易控制。
焊接過程中還能避免氧化一般使用惰性氣體保護，這種方式已經有很長的時間了，并已得到較大范圍的應用。由于價格的考慮，一般都是選擇氮氣保護。為保證電子產品在高溫條件下的焊接質量，需要嚴格控制回流焊、波峰焊設備中的氧氣含量這就需要用到測試范圍從空氣（20.95%）到低氧濃度環境（5ppm左右）全覆蓋的氧氣傳感器來全程監控爐內氧含量，從而完善工藝流程，提升產品質量。
新世聯科技的熒光微量氧模塊LOX-TRACE可以在任意氧濃度下工作且不會損壞傳感器。傳感器高精度、高分辨率最高可1PPM。傳統的電化學不易保存、氧化鋯超量程使用會損壞。回流焊中氧濃度需要從常量20.9%降到5PPM左右，熒光微量氧模塊可謂是起到好處。
展開 ISPG可有效地求解涉及強表面張力效應的自由表面流動問題，如回流焊，粘膠流動和壓縮成形等。ISPG基于完全隱式拉格朗日粒子伽遼金方法求解考慮液體粘度、表面張力和接觸角的Navier-Stokes方程，可精確地保持流體體積，能夠精確地模擬回流焊過程中焊球形狀形成的過程（考慮自由表面流、表面張力和附著力），研究回流焊工藝過程中可能出現的缺陷，如翹曲、橋接和虛焊等。
上圖中左一案例為具有強表面張力的自由表面的回流焊模擬，焊球在溫度影響下逐漸展現流體的性質，在接觸壁面時，其表面在表面附著力的作用下擴張，形成非常大的變形。由于使用的是不可壓的流體求解器，模擬過程中焊球的體積變化幾乎為零，說明ISPG方法在保持體積方面表現非常優秀。中間案例為由于熱膨脹引起PCB電路板翹曲中回流焊焊接的過程，在流體表面施加邊界條件進行流固耦合計算，模擬過程精確預測了每個焊球的變形過程。右一案例顯示了具有10,000個焊球的大型模型，該模型包含3200萬單元并使用320核CPU，基于全隱式計算，計算在2天內完成，展示了LS-DYNA ISPG計算大規模模型的強大能力。
ISPG方法的基本理論。作為一種流體求解器，ISPG以拉格朗日方式求解Navier-Stokes方程，同時加入流體的連續性方程和不可壓縮條件，通過動量守恒光滑算法，基于隱式求解得到相對應的壓力、速度和位移。
展開 ISPG可有效地求解涉及強表面張力效應的自由表面流動問題，如回流焊，粘膠流動和壓縮成形等。ISPG基于完全隱式拉格朗日粒子伽遼金方法求解考慮液體粘度、表面張力和接觸角的Navier-Stokes方程，可精確地保持流體體積，能夠精確地模擬回流焊過程中焊球形狀形成的過程（考慮自由表面流、表面張力和附著力），研究回流焊工藝過程中可能出現的缺陷，如翹曲、橋接和虛焊等。
上圖中左一案例為具有強表面張力的自由表面的回流焊模擬，焊球在溫度影響下逐漸展現流體的性質，在接觸壁面時，其表面在表面附著力的作用下擴張，形成非常大的變形。由于使用的是不可壓的流體求解器，模擬過程中焊球的體積變化幾乎為零，說明ISPG方法在保持體積方面表現非常優秀。中間案例為由于熱膨脹引起PCB電路板翹曲中回流焊焊接的過程，在流體表面施加邊界條件進行流固耦合計算，模擬過程精確預測了每個焊球的變形過程。右一案例顯示了具有10,000個焊球的大型模型，該模型包含3200萬單元并使用320核CPU，基于全隱式計算，計算在2天內完成，展示了LS-DYNA ISPG計算大規模模型的強大能力。
ISPG方法的基本理論。作為一種流體求解器，ISPG以拉格朗日方式求解Navier-Stokes方程，同時加入流體的連續性方程和不可壓縮條件，通過動量守恒光滑算法，基于隱式求解得到相對應的壓力、速度和位移。
展開 這對于回流焊工藝改進提供有利的依據。
文章來源：MSC大中華區Cradle產品業務發展經理李晶編寫
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半導體設備制造：封裝設備、擴散設備、焊接設備、清洗設備、測試設備、制冷設備、氧化設備、貼片機、單晶爐、氧化爐、研磨機、光刻機、刻蝕機、拋光機、離子注入設備、CVD/PVD設備、涂膠/顯影機、回流焊、波峰焊、探針臺、潔凈室設備等。
該方法在多個工程領域具有廣泛應用前景，尤其適用于回流焊工藝仿真，例如在結構翹曲變形作用下的焊球形狀及橋接現象模擬。此外，它在粘膠工藝分析（如壓膠形狀預測）等方面也展現出良好的適用性。
檢測過程
通過工業CT檢測在不拆解產品的前提下，完成 BGA 陣列全部焊球的掃描成像，精準識別虛焊、連錫、焊盤異物與錫膏過量等缺陷，定位錫膏印刷與回流焊工藝的核心漏洞。
項目成果
指導客戶優化回流焊溫度曲線與錫膏印刷工藝，產品最終良品率提升至 98%，順利通過終端品牌方的質量審核，批量交付周期大幅縮短。
本屆論壇緊貼行業發展趨勢與工程實際需求，通過真實案例與技術分享，呈現 LS-DYNA 在復雜工況仿真與工程應用中的創新實踐，包括LS-DYNA新功能、汽車與電池安全、人形機器人、eVTOL應用、變壓器故障仿真、回流焊、SimAI在被動安全分析中的應用，以及Ansys Hans人體模型等解決方案的最新進展 。
展示范圍：
SMT核心設備區：高速貼片機、多功能貼片機、印刷機、回流焊爐、波峰焊爐、SPI/AOI 檢測設備、點膠機、返修設備等；
半導體封裝技術區：晶圓級封裝、系統級封裝、倒裝芯片技術、鍵合設備、封裝材料等
電子制造自動化區：機器人、自動化生產線、上下板機、移載機、物流輸送系統等
元器件與材料區：SMD 元器件、連接器、焊料、焊膏、助焊劑、PCB 基板、電子膠水等
測試測量技術區
GaN、晶圓、襯底、封裝、測試、光電子器件、(發光二極管LED、激光器LD、探測器紫外)、電力電子器件 (二極管、MOSFET、JFET、BJT、IGBT、GTO、ETO、SBD、HEMT等)、微波射頻器件(HEMT、MMIC)等；
半導體設備：
減薄機、單晶爐、研磨機、熱處理設備、光刻機、刻蝕機、離子注入設備、CVD/PVD設備固晶機、等離子清洗設備、切割機、裝片機、鍵合機、焊線機、回流焊
7月11日，Ansys官方『Ansys LS-DYNA ISPG方法應用介紹（回流焊橋接、膠水流動等）』研討會干貨滿滿，感興趣的下滑預約學習??
時間：7月11日（星期五），16：00-17：00
內容簡介：LS-DYNA 的 ISPG 方法是 Ansys 近幾年開發的一種全新求解技術。
在焊接設備中，微量氧傳感器是一個至關重要的元件，用于檢測和監測焊接過程中氧氣濃度，氧氣濃度在焊接過程中的能夠顯著影響焊接質量和效率。本文將探討微量氧傳感器在選擇焊接設備中的關鍵作用和應用。
在焊接過程中，氧氣的存在會對焊接質量產生重大影響，通過實時監測和控制氧氣濃度，微量氧傳感器能夠幫助提高焊接質量、降低不良焊接率，并增強生產效率。
在SMT行業中，為保證電子產品在高溫條件下的焊接質量，在目前的波峰焊和回流焊技術中采用無鉛化工藝，需要提高焊接溫度(有的高達260C)，而提高焊接溫度，將會加速焊接表面的氧化，從而對焊接質量造成影響。為此，需要使焊接部分處于非氧氣環境的保護當中。
半導體設備制造：封裝設備、擴散設備、焊接設備、清洗設備、測試設備、制冷設備、氧化設備、貼片機、單晶爐、氧化爐、研磨機、光刻機、刻蝕機、拋光機、離子注入設備、CVD/PVD設備、涂膠/顯影機、回流焊、波峰焊、探針臺、潔凈室設備等。
