《爐溫曲線教材》PPT課件.ppt

Reflow Oven Profile Curve,REFIOW形式(HEATER分佈),183 oC,170oC,Preheating,Soaking,Peak,Cooling,Preheating : Solvent evaporation 溶劑揮發(fā) Soaking :Flux reduces and Metal oxides 助焊劑還原金屬氧化物 Peak: Solder balls melt, wetting and wicking begin.& Solder melting completes, surface tension takes over. 錫球熔化,浸潤開始,焊接進(jìn)行,表面張力起作用 Cooling : Cool down phase. 快速冷卻階段,140oC,Reflow的製程條件,針對(duì)Intel RG82845 BGA soak zone time:5065sec;,ASUS 規(guī)範(fàn):,Preheating Zone :,*Solder Pastes Viscosity 錫膏黏度: 1.Solvent evaporation cause viscosity higher. 溶劑揮發(fā)使黏度變大 2.Heating solvent will cause viscosity down. 加熱溶劑會(huì)使黏度降低,High heating rate,Viscosity,Low heating rate,Temperature,預(yù)熱段,各種錫膏在預(yù)熱段要求的升溫速律及進(jìn)入恆溫區(qū)的溫度並不盡相同，其主要取決於溶劑(Solvent)的揮發(fā)溫度以及松香(Rosin)的軟化點(diǎn)。因松香在進(jìn)入恆溫區(qū)的建議溫度時(shí)間時(shí)軟化，錫膏裡的溶劑尚是液態(tài)，此時(shí)錫膏為固液態(tài)，因此黏度最低，錫膏流動(dòng)特性最佳，若預(yù)熱段升溫速率過高，錫膏黏度太低，流動(dòng)特性太好，易造成Slump效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生短路及R/C旁擠出邊球，此時(shí)可適度將預(yù)熱段溫度降低，將有助於減少短路及Side Boll產(chǎn)生。,*Flux softness point : Flux softness point will decrease solder paste viscosity. 助焊劑(松香)軟化會(huì)降低錫膏黏性,High heating rate,Low heating rate,Very low heating rate,Viscosity,Temperature,Soaking Zone :,1.Solvent evaporate completely 溶劑完全揮發(fā) 2.Flux activation and oxidation 助焊劑被激活並去氧化 3. Soaking time and temperature 3.1 For N2 oven the Soaking time can be longer. 3.2 For Air oven the Soaking time should shorter than N2 oven 4. PCB board bending control PCB板彎控制,Before Soaking,After Soaking,PCB,PCB,恆溫區(qū),恆溫區(qū)其目的再於使PCB上所有的零件溫度達(dá)到均溫，簡(jiǎn)少零件熱衝擊，恆溫區(qū)的長度則取決於PCB面積的大小。 此時(shí)錫膏內(nèi)劑不斷揮發(fā)，活性劑持續(xù)作用去氧化，松香軟化並披覆在銲點(diǎn)上，具有熱保護(hù)及熱傳媒的作用。,恆溫區(qū),*Plastic BGA,由於PP的軟化溫度點(diǎn)為140 ,故如可考慮縮短Over 140 的時(shí)間來改善空焊,此為一嶄新觀念,其實(shí)這種方法在實(shí)踐中被証明是有效的.,Soaking Zone : *Homologous heating (PCB, Components and solder paste) 溫度達(dá)到一致(機(jī)板,零件,錫膏) *Solder paste viscosity control 錫膏黏性控制 *Solder wetting and wicking begin. 錫膏浸潤開始 *Surface solder balls melting. 表面焊料金屬熔融,Soaking Zone,Plastic BGA substrate (Tg :1750C),PCB bending,2 Lead 1 Body 3 Pad,2 Lead 1 Body 3 Pad,3 Pad 2 Lead 1 Body,Parameter setting :,Tombstoning :,Condition which causes tombstoning shall be : T1 + T2 T3,In order to overcome the problem, the momentum relation must become as below ;,T1 + T2 =T3 T1 + T2 T3,Partial melting,*Peak temperature and Reflow time should be controlled 焊接與回流焊溫度應(yīng)被控制 *The flowing ability(surface tension) of solder (High Good) 錫膏的表面張力由變高 *Void formation 空洞構(gòu)成 *Component and / or board damage 零件或機(jī)板受損 *N2 concentration 氮?dú)鉂舛?Peak Zone :,銲接區(qū),當(dāng)我們將液態(tài)的免洗助銲劑滴入液態(tài)的Rework錫槽內(nèi)，您將發(fā)現(xiàn)助銲劑極速的去除錫面上的氧化物。同理可證：在Reflow的狀態(tài)中，當(dāng)松香和銲錫皆為液態(tài)時(shí)，銲錫性最佳，去氧化物的效果最好，並產(chǎn)生介面合金層接合零件及銲點(diǎn)。各種錫膏的活性表現(xiàn)亦在此時(shí)獲得比較。,Cooling Zone :,*Cooling down speed Cool Down 3/sec =1.5 /sec is best. N2 concentration,在討論溫度曲線之前，讓我們先討論一下傳統(tǒng)的溫度曲線:馬鞍狀的溫度曲線，恆溫區(qū)在140160OC之間。 最早開始使用表面粘裝零件(SMT components)流焊組裝製程時(shí)SMT零件在PCB上的分佈密度並不高，而且零件間的熱含量差異相當(dāng)小，這種簡(jiǎn)單的P.C板結(jié)構(gòu)容許應(yīng)用“和緩溫昇，無恆溫區(qū)”的溫度曲線，而不會(huì)有任何問題。 由於業(yè)界對(duì)P.C板輕溥短小的設(shè)計(jì)的改進(jìn)，SMT零件的分佈密度愈趨緊密，加速了高熱含量零件封裝體的應(yīng)用，例如IC和QFP。因?yàn)楦鞣N不同大小零件間的熱含量增加，使得在使用傳統(tǒng)的遠(yuǎn)紅線(far IR)流焊爐時(shí)，因?yàn)闊崃糠謥巡痪?，再加上使用“和緩溫昇型”的溫昇曲線(甚至於“馬鞍狀，恆溫型溫度曲線”)，很難在零件間達(dá)到熱平衡。 為了解決熱平衡不佳的問題，人們開始考慮使用汽相流焊製程(Vapor phase reflow process)，但是因?yàn)榧蓖Φ臒崃刻嵘斐傻牧慵验_及墓碑效應(yīng)、溶劑的毒性、CFC溶劑的禁用等問題，汽相流焊很快就不受歡迎了。 後來研發(fā)的強(qiáng)迫空氣對(duì)流流焊製程(forced air convection reflow process)因此比遠(yuǎn)紅外線流焊的熱分佈均勻性好很多而大受歡迎。,錫膏Reflow的溫度曲線,現(xiàn)在我們來討論為甚麼“馬鞍型溫度曲線”被廣泛使用的理由，主要是因?yàn)橥高^強(qiáng)迫性對(duì)流流焊製程的協(xié)助，有恆溫區(qū)的加溫曲線可達(dá)到類似在汽相流焊製程中的最高流焊區(qū)極上熱平衡分佈的結(jié)果。 我們認(rèn)為要達(dá)到最佳的產(chǎn)品產(chǎn)出率，在考慮如何決定流焊的溫度曲線時(shí)，因此考慮各種不同零件的吸熱情況以及底材PCB的特性而不必太在乎加熱製程中錫膏的表現(xiàn)。 例如，當(dāng)我們測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同零件，chip capacitor和B.G.A的焊接點(diǎn)溫度時(shí)，這兩個(gè)零件間最高點(diǎn)溫度差的差異會(huì)最大，因?yàn)槊恳粋€(gè)零件熱含量不同，導(dǎo)致每個(gè)零件的溫升速率不同。 請(qǐng)注意，使用鞍狀流焊溫度曲線的目的在於確保得到良好的銲接點(diǎn)品質(zhì)，而不必掛感零件尺寸大小和熱含量多寡，廠商也已研發(fā)出特殊的抗垂流劑，可確保即使在很陡的溫升段情況下仍可得到很好的抗塌陷性，同時(shí)可以使用高沸點(diǎn)的溶劑來延長錫膏在鋼版上的使用時(shí)間及粘滯時(shí)間，這種新抗垂流劑已經(jīng)在KOKI SE4-M953i及SE4-M1000等系統(tǒng)上大量使用。 新助焊劑組成的發(fā)展，己經(jīng)成功地使銲錫膏愈來愈不受溫度曲線的影響，並使得焊接製程的限制大大地減少 (process window放寬很多),錫膏Reflow的溫度曲線,應(yīng)用廠商建議的和緩加溫或鞍狀加溫的溫度曲線，只要能確保流焊爐的熱量足夠讓所有溶劑揮發(fā)，但是，廠商的建議是所應(yīng)用的溫度曲線的決定必需全盤考量PCB底材和零件的熱平衡以確保每個(gè)零件焊接點(diǎn)的品質(zhì)，而不必太考慮錫膏在流焊製程中的表現(xiàn)。事實(shí)上，許多工廠都在持續(xù)使用鞍狀溫度曲線而沒有任何焊錫問題。 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，如何設(shè)計(jì)鋼版開口尺寸對(duì)防止焊錫不良，例如邊球和錫橋，會(huì)比改變溫度曲線來得更有實(shí)質(zhì)上的效果。 從焊錫膏的觀點(diǎn)來看，當(dāng)溫度升高時(shí)，焊錫膏傾向如果第一段溫度升太陡或助焊劑組成不適當(dāng)時(shí)，焊錫膏傾向於變軟並且可能造成塌陷(slumping)產(chǎn)生邊球、錫橋和其他焊接缺點(diǎn)。 較慢的溫升(ramp-up)段，會(huì)讓溶劑揮發(fā)時(shí)，松香及抗垂流劑變軟的速度較慢，有助於減少sol