怎樣設(shè)定錫膏回流溫度曲線

1、怎樣設(shè)定錫膏回流溫度曲線“正確的溫度曲線將保證高品質(zhì)的焊接錫點(diǎn)。 約翰 . 希羅與約翰 . 馬爾波尤夫 （ 美 ）在使用表面貼裝元件的印刷電路板（PCB）裝配中，要得到優(yōu)質(zhì)的焊點(diǎn)，一條優(yōu) 化的回流溫度曲線是最重要的因素之一。 溫度曲線是施加于電路裝配上的溫度對(duì) 時(shí)間的函數(shù)，當(dāng)在笛卡爾平面作圖時(shí)，回流過程中在任何給定的時(shí)間上，代表 PCB上一個(gè)特定點(diǎn)上的溫度形成一條曲線。幾個(gè)參數(shù)影響曲線的形狀， 其中最關(guān)鍵的是傳送帶速度和每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定。 帶速?zèng)Q定機(jī)板暴露在每個(gè)區(qū)所設(shè)定的溫度下的持續(xù)時(shí)間， 增加持續(xù)時(shí)間可以允許 更多時(shí)間使電路裝配接近該區(qū)的溫度設(shè)定。 每個(gè)區(qū)所花的持續(xù)時(shí)間總和決定總共 的處理時(shí)

2、間。每個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定影響PCB的溫度上升速度，高溫在PCB與區(qū)的溫度之間產(chǎn) 生一個(gè)較大的溫差。 增加區(qū)的設(shè)定溫度允許機(jī)板更快地達(dá)到給定溫度。 因此，必 須作出一個(gè)圖形來決定PCB的溫度曲線。接下來是這個(gè)步驟的輪廓，用以產(chǎn)生和 優(yōu)化圖形。在開始作曲線步驟之前，需要下列設(shè)備和輔助工具：溫度曲線儀、熱電偶、 將熱電偶附著于PCB的工具和錫膏參數(shù)表?？蓮拇蠖鄶?shù)主要的電子工具供應(yīng)商買 到溫度曲線附件工具箱， 這工具箱使得作曲線方便， 因?yàn)樗克璧母郊?（ 除了曲線儀本身 ） 。現(xiàn)在許多回流焊機(jī)器包括了一個(gè)板上測(cè)溫儀，甚至一些較小的、便宜的臺(tái)面 式爐子。測(cè)溫儀一般分為兩類：實(shí)時(shí)測(cè)溫儀，即時(shí)傳送溫度

3、 / 時(shí)間數(shù)據(jù)和作出圖 形；而另一種測(cè)溫儀采樣儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，然后上載到計(jì)算機(jī)。熱電偶必須長(zhǎng)度足夠，并可經(jīng)受典型的爐膛溫度。一般較小直徑的熱電偶， 熱質(zhì)量小響應(yīng)快，得到的結(jié)果精確。有幾種方法將熱電偶附著于PCB較好的方法是使用高溫焊錫如銀/錫合金, 焊點(diǎn)盡量最小。另一種可接受的方法，快速、容易和對(duì)大多數(shù)應(yīng)用足夠準(zhǔn)確，少量的熱化合 物（也叫熱導(dǎo)膏或熱油脂）斑點(diǎn)覆蓋住熱電偶，再用高溫膠帶（如Kapton）粘住。還有一種方法來附著熱電偶，就是用高溫膠，如氰基丙烯酸鹽粘合劑，此方 法通常沒有其它方法可靠。附著的位置也要選擇，通常最好是將熱電偶尖附著在PCB旱盤和相應(yīng)的元件引腳或金屬端之間。（圖一、將熱電偶尖

4、附著在PCB 焊盤和相應(yīng)的元件引腳或金屬端之間）錫膏特性參數(shù)表也是必要的，其包含的信息對(duì)溫度曲線是至關(guān)重要的，如：所希望的溫度曲線持續(xù)時(shí)間、錫膏活性溫度、合金熔點(diǎn)和所希望的回流最高溫度開始之前，必須理想的溫度曲線有個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。理論上理想的曲線由四個(gè) 部分或區(qū)間組成，前面三個(gè)區(qū)加熱、最后一個(gè)區(qū)冷卻。爐的溫區(qū)越多，越能使溫 度曲線的輪廓達(dá)到更準(zhǔn)確和接近設(shè)定。大多數(shù)錫膏都能用四個(gè)基本溫區(qū)成功回 流。II（圖二、理論上理想的回流曲線由四個(gè)區(qū)組成，前面三個(gè)區(qū)加熱、最后一個(gè)區(qū)冷 卻）預(yù)熱區(qū)，也叫斜坡區(qū)，用來將 PCB勺溫度從周圍環(huán)境溫度提升到所須的活性 溫度。在這個(gè)區(qū)，產(chǎn)品的溫度以不超過每秒 25C速度

5、連續(xù)上升，溫度升得太 快會(huì)引起某些缺陷，如陶瓷電容的細(xì)微裂紋，而溫度上升太慢，錫膏會(huì)感溫過度, 沒有足夠的時(shí)間使PCB達(dá)到活性溫度。爐的預(yù)熱區(qū)一般占整個(gè)加熱通道長(zhǎng)度的 2533%活性區(qū)，有時(shí)叫做干燥或浸濕區(qū)，這個(gè)區(qū)一般占加熱通道的3350%有兩個(gè)功用，第一是，將PCB在相當(dāng)穩(wěn)定的溫度下感溫，允許不同質(zhì)量的元件在溫度上 同質(zhì)，減少它們的相當(dāng)溫差。第二個(gè)功能是，允許助焊劑活性化，揮發(fā)性的物質(zhì) 從錫膏中揮發(fā)。一般普遍的活性溫度范圍是120150。C,如果活性區(qū)的溫度設(shè)定太高，助焊劑沒有足夠的時(shí)間活性化，溫度曲線的斜率是一個(gè)向上遞增的斜率。 雖然有的錫膏制造商允許活性化期間一些溫度的增加，但是理想的曲

6、線要求相當(dāng) 平穩(wěn)的溫度，這樣使得PCB的溫度在活性區(qū)開始和結(jié)束時(shí)是相等的。市面上有的 爐子不能維持平坦的活性溫度曲線，選擇能維持平坦的活性溫度曲線的爐子，將 提高可焊接性能，使用者有一個(gè)較大的處理窗口?；亓鲄^(qū)，有時(shí)叫做峰值區(qū)或最后升溫區(qū)。這個(gè)區(qū)的作用是將PCBS配的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度?；钚詼囟瓤偸潜群辖鸬娜埸c(diǎn)溫度低一點(diǎn)， 而峰值溫度總是在熔點(diǎn)上。典型的峰值溫度范圍是205230 C,這個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定太高會(huì)使其溫升斜率超過每秒 25 C,或達(dá)到回流峰值溫度比推薦的高。 這種情況可能引起PCB的過分卷曲、脫層或燒損，并損害兀件的完整性。今天，最普遍使用的合金是 Sn63/Pb37

7、,這種比例的錫和鉛使得該合金共晶。 共晶合金是在一個(gè)特定溫度下熔化的合金， 非共晶合金有一個(gè)熔化的范圍，而不 是熔點(diǎn)，有時(shí)叫做塑性裝態(tài)。本文所述的所有例子都是指共晶錫/鉛，因?yàn)槠涫褂脧V泛，該合金的熔點(diǎn)為183 Co理想的冷卻區(qū)曲線應(yīng)該是和回流區(qū)曲線成鏡像關(guān)系。越是靠近這種鏡像關(guān)系，焊點(diǎn)達(dá)到固態(tài)的結(jié)構(gòu)越緊密，得到焊接點(diǎn)的質(zhì)量越高，結(jié)合完整性越好。作溫度曲線的第一個(gè)考慮參數(shù)是傳輸帶的速度設(shè)定，該設(shè)定將決定 PCE在加 熱通道所花的時(shí)間。典型的錫膏制造廠參數(shù)要求34分鐘的加熱曲線，用總的加 熱通道長(zhǎng)度除以總的加熱感溫時(shí)間， 即為準(zhǔn)確的傳輸帶速度，例如，當(dāng)錫膏要求 四分鐘的加熱時(shí)間，使用六英尺加熱通道

8、長(zhǎng)度，計(jì)算為：6英尺 寧4分鐘=每 分鐘1.5英尺=每分鐘18英寸。接下來必須決定各個(gè)區(qū)的溫度設(shè)定，重要的是要了解實(shí)際的區(qū)間溫度不一定 就是該區(qū)的顯示溫度。顯示溫度只是代表區(qū)內(nèi)熱敏電偶的溫度， 如果熱電偶越靠 近加熱源，顯示的溫度將相對(duì)比區(qū)間溫度較高，熱電偶越靠近PCE的直接通道，顯示的溫度將越能反應(yīng)區(qū)間溫度。明智的是向爐子制造商咨詢了解清楚顯示溫度 和實(shí)際區(qū)間溫度的關(guān)系。本文中將考慮的是區(qū)間溫度而不是顯示溫度。表一列出的是用于典型PCE裝配回流的區(qū)間溫度設(shè)定。表一、典型PCE回流區(qū)間溫度設(shè)定區(qū)間區(qū)間溫度設(shè)定區(qū)間末實(shí)際板溫預(yù)熱210 C(410 F)140 C(284 F)活性177 C(35

9、0 F)150 C(302 F)回流250 C(482 C)210 C(482 F)速度和溫度確定后，必須輸入到爐的控制器?？纯词謨?cè)上其它需要調(diào)整的 參數(shù)，這些參數(shù)包括冷卻風(fēng)扇速度、強(qiáng)制空氣沖擊和惰性氣體流量。一旦所有參 數(shù)輸入后，啟動(dòng)機(jī)器，爐子穩(wěn)定后（即，所有實(shí)際顯示溫度接近符合設(shè)定參數(shù)） 可以開始作曲線。下一部將PCB放入傳送帶，觸發(fā)測(cè)溫儀開始記錄數(shù)據(jù)。為了方 便，有些測(cè)溫儀包括觸發(fā)功能，在一個(gè)相對(duì)低的溫度自動(dòng)啟動(dòng)測(cè)溫儀， 典型的這 個(gè)溫度比人體溫度37 C（98.6 F）稍微高一點(diǎn)。例如，38 C（100 F）的自動(dòng)觸 發(fā)器，允許測(cè)溫儀幾乎在PC醐放入傳送帶進(jìn)入爐時(shí)開始工作，不至于熱電偶

10、在 人手上處理時(shí)產(chǎn)生誤觸發(fā)。一旦最初的溫度曲線圖產(chǎn)生，可以和錫膏制造商推薦的曲線或圖二所示的曲 線進(jìn)行比較。首先，必須證實(shí)從環(huán)境溫度到回流峰值溫度的總時(shí)間和所希望的加熱曲線居 留時(shí)間相協(xié)調(diào)，如果太長(zhǎng)，按比例地增加傳送帶速度，如果太短，則相反。下一步，圖形曲線的形狀必須和所希望的相比較 （圖二），如果形狀不協(xié)調(diào)， 則同下面的圖形（圖三六）進(jìn)行比較。選擇與實(shí)際圖形形狀最相協(xié)調(diào)的曲線。應(yīng) 該考慮從左道右（流程順序）的偏差，例如，如果預(yù)熱和回流區(qū)中存在差異，首先 將預(yù)熱區(qū)的差異調(diào)正確，一般最好每次調(diào)一個(gè)參數(shù)，在作進(jìn)一步調(diào)整之前運(yùn)行這 個(gè)曲線設(shè)定。這是因?yàn)橐粋€(gè)給定區(qū)的改變也將影響隨后區(qū)的結(jié)果。我們也建議新手所作的調(diào)整幅度相當(dāng)較小一點(diǎn)。一旦在特定的爐上取得經(jīng)驗(yàn)，則會(huì)有較好的“感覺”來作多大幅度的調(diào)整。a）理論上理想的回流曲線*預(yù)熱太多， 減少預(yù)蒸區(qū)回-金僵真活性溫度溫度預(yù)熱區(qū) 活性區(qū)；回流區(qū)冷卻區(qū)時(shí)閭（速度的關(guān)數(shù)）圖三、預(yù)熱不足或過多的回流曲線b)tl回漩溫度活性溫度- 溫度活性溫度設(shè)定 弋/丸高，降低活 A性溫度圖四、活性區(qū)溫度太高或太低圖五、回流太多或不夠d）L回流溫度活性溫度tl12冷卻不夠， 増加鳳扇速度；加其溫度V知熱通道-；11I預(yù)熱區(qū);活