对于高温敏感元件，在SMT组装时应采取哪些特殊保护措施？

在SMT组装加工过程中，高温敏感元件（如塑料封装器件、MEMS传感器、LED、电池、光学元件等）可能因回流焊的高温环境而损坏。以下是针对此类元件的特殊保护措施，从工艺、设备、设计到测试验证的全流程解决方案：

1. 低温焊接工艺优化

• 选用低温焊料：
  • 采用SnBi（熔点138℃）、SnBiAg（熔点140-170℃）等低温合金焊料，将回流焊峰值温度降低至170-200℃，减少元件暴露时间。
  • 注意：需评估低温焊料的机械强度、抗疲劳性能及与PCB/元件的兼容性。
• 优化回流焊温度曲线：
  • 升温速率：≤2℃/s，避免热冲击。
  • 保温段：延长150-170℃的保温时间（60-90秒），促进助焊剂活化，减少高温段需求。
  • 峰值温度：控制在焊料熔点+20-30℃，避免元件内部材料热分解。
  • 冷却速率：≤3℃/s，防止焊点脆化。

2. 局部加热与屏蔽技术

• 选择性焊接：
  • 对高温敏感区域采用激光、红外或热风选择性加热，仅熔化目标焊点，避免周边元件受热。
• 热屏蔽工装：
  • 使用耐高温胶带、陶瓷罩或金属屏蔽罩覆盖敏感元件，减少热辐射和热传导。
  • 示例：对LED封装区域使用石英玻璃屏蔽罩，反射90%以上的红外辐射。

3. 预热与梯度控温

• PCB预热：
  • 在回流焊前增加预热段（80-120℃），减少PCB与元件的热梯度，降低热应力。
• 梯度温度分区：
  • 在回流焊炉内设置独立温控区，对敏感元件所在区域实施低温控制，误差≤±5℃。

4. 元件布局与PCB设计优化

• 布局调整：
  • 将高温敏感元件放置在PCB边缘或远离大功率器件（如MOSFET、电感）的区域。
  • 避免将元件布置在热风对流死角或高温回流路径上。
• 散热设计：
  • 在敏感元件下方增加散热过孔（Thermal Vias），通过PCB内层铜层导热。
  • 使用低热阻基材（如铝基板、陶瓷基板）替代传统FR-4。

5. 工艺流程调整

• 分步焊接：
  • 先完成其他元件的回流焊，再对高温敏感元件进行手工焊接（如激光焊接、热压焊）。
• 倒装芯片技术：
  • 对极敏感元件（如MEMS）采用倒装工艺，避免直接受热。

6. 元件保护与固定

• 临时固定胶：
  • 使用低温固化胶（如丙烯酸酯类）固定元件，防止回流焊时移位，固化温度≤80℃。
• 防热涂层：
  • 在元件表面喷涂耐高温涂层（如聚酰亚胺），形成隔热层。

7. 测试与验证

• 焊点可靠性测试：
  • 进行金相切片分析，检查IMC（金属间化合物）厚度（理想1-3μm），避免因低温导致的弱焊点。
• 环境测试：
  • 执行高温高湿偏压测试（H3TRB，85℃/85%RH/1000h），验证元件在湿热环境下的稳定性。
• 热冲击测试：
  • 通过-55℃至150℃的循环测试（1000次），评估焊点热疲劳寿命。

8. 供应链协同

• 元件认证：
  • 要求供应商提供元件的耐温曲线（如JESD22-A113），确保与工艺匹配。
• 材料替代：
  • 选用耐温更高的替代元件（如改性塑料封装、陶瓷封装）。

9. 实时监控与反馈

• 温度传感器植入：
  • 在PCB测试点或元件附近植入热电偶，实时监控温度曲线，误差≤±2℃。
• SPC统计控制：
  • 收集关键工艺参数（如峰值温度、升温速率），确保Cpk≥1.33。

总结

通过低温工艺、局部加热、设计优化、分步焊接及严格测试，可有效保护高温敏感元件。实际应用中需结合成本、产能和可靠性需求，优先选择低温焊料与热屏蔽工装，并通过DOE（实验设计）验证工艺窗口。对于超敏感元件（如生物芯片），可考虑采用导电胶粘接替代焊接工艺。

因设备、物料、生产工艺等不同因素，内容仅供参考。了解更多smt贴片加工知识，欢迎访问深圳smt贴片加工厂-1943科技。