怎樣設定錫膏回流溫度曲線?

   在使(shǐ)用表面貼裝元(yuán)件的(de)印刷電路(lù)闆(PCB)裝配中(zhōng)，要得到優質的焊點，一條優化的回流溫(wēn)度曲線是最重要的因(yīn)素(sù)之一。溫度曲線(xiàn)是施加(jiā)于電路裝配(pèi)上的溫度(dù)對時間的函數，當在笛卡爾平面作圖時，回(huí)流過程中在任何(hé)給定的時間上，代表PCB上(shàng)一(yī)個特定點上的溫度形成一(yī)條曲線。

   幾個參數(shù)影響曲線的形狀(zhuàng)，其中最關鍵的是(shì)傳送帶速度和(hé)每個區的(de)溫度設定(dìng)。帶(dài)速決定機闆暴露(lù)在每個區所設定的溫度下的持續時間，增加持續(xù)時間可(kě)以允許更(gèng)多時間使電路裝配接(jiē)近該區的溫度設定。每個區(qū)所花的持續時間總和決定總共的處理時間。

  每個區的溫度設定影響PCB的(de)溫度上升速度，高溫(wēn)在PCB與區的(de)溫度之間(jiān)産生一個較大的溫差。增加區的設定溫(wēn)度允許機闆更快地(dì)達到給定溫度。因此，必須作出一個圖形(xíng)來決定PCB的溫度曲線(xiàn)。接下來是這個(gè)步驟的輪廓，用以産生和優化圖形。

   在開始作曲線步驟之前，需要下列(liè)設備和輔助工具(jù)：溫度曲線儀、熱電(diàn)偶、将熱電偶附着于PCB的工(gōng)具和錫膏參數表。可從大多數主要的電子工具供應商買到溫度曲線附件工具(jù)箱，這工具箱使得作曲線方便，因爲(wèi)它包含全部所需(xū)的附件(除了曲(qǔ)線儀本(běn)身)。

   現在許多回流焊(hàn)機器包括(kuò)了一個(gè)闆上測溫儀，甚至一些較小的、便宜的台面(miàn)式(shì)爐子。測溫儀一般分爲兩類：實時(shí)測(cè)溫儀，即時傳送溫度/時(shí)間數據(jù)和作出圖形；而另(lìng)一種(zhǒng)測溫(wēn)儀采(cǎi)樣儲存(cún)數據，然後上載到計算機。

  熱電偶必須長度足夠，并可(kě)經受典型的爐膛溫度。一(yī)般較(jiào)小直(zhí)徑的熱電(diàn)偶，熱質量小響應快，得到(dào)的結果精(jīng)确。

   有幾種方法将熱電偶附着于PCB，較好的方法是使用高溫焊(hàn)錫如銀/錫合金，焊(hàn)點盡量最小。

   另(lìng)一(yī)種可接受的方法，快速、容易和對大(dà)多數應用足夠準确，少量的(de)熱化合物(也叫熱導膏或熱油脂)斑(bān)點覆蓋住熱電偶，再用高溫膠帶(如Kapton)粘住。

   還有一(yī)種方法來附着熱電偶，就是用高溫膠，如氰基丙(bǐng)烯酸鹽粘合劑，此(cǐ)方法通常沒有其(qí)它方法可靠。

   附着的位置也要選擇(zé)，通常最好是(shì)将熱電偶尖附着在PCB焊盤(pán)和相應的元件引腳或金屬端之(zhī)間。

 

   
  ( 圖一、将熱電偶(ǒu)尖附着在PCB焊盤和相應的(de)元件引腳(jiǎo)或金屬端之間)

   錫膏特性參數表也是必要的，其包含的信息對溫度曲線是至關重要的，如(rú)：所希望的溫度曲線持續時間、錫膏活性溫度、合金熔點和所希望的(de)回流最高溫度。

   開(kāi)始之前，必須理(lǐ)想的溫度曲線有個基本的認識。理論上理想的曲(qǔ)線由四個部分或區間組(zǔ)成，前面三個區加熱、最後一個區冷卻。爐的溫區越多，越能使溫度曲線的輪(lún)廓達到更準确和接近設定(dìng)。大多數錫膏都能(néng)用四個基本溫(wēn)區成功回流。

   ( 圖二、理論上理想的回流曲線由四個區組(zǔ)成，前(qián)面三(sān)個區加熱、最後一個區冷卻)

   預熱區，也叫斜坡區(qū)，用來将PCB的溫度從周圍環境溫度提升到所須的(de)活性(xìng)溫度。在這個區，産品(pǐn)的溫度以不超過每秒2~5°C速度連續上升，溫度升(shēng)得太快會引起某(mǒu)些缺陷，如陶瓷電容的細微裂紋，而溫度上(shàng)升太慢，錫(xī)膏會感溫過度，沒有足夠的時間使PCB達到(dào)活性溫度。爐的預熱區一般占整個加熱通道長度的25~33%。

   活性區，有時(shí)叫做幹燥或浸濕區，這個區一般占(zhàn)加熱通道的33~50%，有兩個功用，第一是，将PCB在相(xiàng)當穩定的溫度下感溫，允許不同質(zhì)量的元件在溫度上同質，減少(shǎo)它們的相當溫差(chà)。第二個功能是，允許助焊劑活性化，揮發性的物質從錫膏中揮(huī)發。一(yī)般普遍的活性溫度(dù)範(fàn)圍是120~150°C，如果活性區的溫度設定太高，助焊劑沒有足夠的時間活性化(huà)，溫度曲線的斜(xié)率是(shì)一(yī)個向上遞增的斜率。雖(suī)然有的(de)錫(xī)膏制造商允許(xǔ)活性化期間一些(xiē)溫度的增加，但是理想的曲線要求相當平穩的溫度，這樣使得PCB的溫度在活性區開始和結束時是相等的。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(de)活性溫度曲線的爐子，将提高可焊接性能，使用者有一個(gè)較大的處理窗口。

   回流區，有(yǒu)時叫做峰值區或最後升溫區。這個區(qū)的作用是将PCB裝配的溫度從活性溫(wēn)度提高到所推薦的峰值溫度。活性溫度(dù)總是比合金(jīn)的熔點(diǎn)溫度低一點，而峰值(zhí)溫度總是在熔點上。典型(xíng)的峰值溫度(dù)範圍(wéi)是205~230°C，這個區的溫度設定(dìng)太高會使其溫升斜率超過每(měi)秒2~5°C，或達到回流峰值溫度比推薦的高。這種情況可(kě)能引起PCB的過分(fèn)卷曲、脫層或燒損，并損害元件的完整性。

   今天，最普遍使用的(de)合金是Sn63/Pb37，這種比例的錫和(hé)鉛使得(dé)該合金共晶。共晶合金是在一個特定溫度下熔(róng)化的(de)合金，非共晶合金有一個熔化的範圍，而不是熔點，有時叫做塑性(xìng)裝态。本文所述的所有例子都是指共晶錫/鉛，因爲其使用廣泛(fàn)，該合金(jīn)的熔(róng)點爲183°C。

   理想的冷卻區曲線應該是和(hé)回流區曲線成鏡像關系。越是靠近(jìn)這種鏡像關系(xì)，焊點達到固态的結構越緊密，得到焊接點的質量越高(gāo)，結(jié)合完整(zhěng)性越好。

   作溫度(dù)曲線(xiàn)的第(dì)一個考慮參數是傳輸(shū)帶的速度設(shè)定，該(gāi)設定将決定PCB在加熱通道所花的時(shí)間。典(diǎn)型的錫(xī)膏制造(zào)廠參數要(yào)求3~4分鍾的加熱曲線，用總的加熱通(tōng)道長度除以總的加熱感溫時間，即爲準确的傳輸帶速度，例(lì)如，當錫膏要求四分鍾的加熱(rè)時間，使用六英尺加熱通道長度，計算爲：6 英尺 ÷ 4 分鍾 = 每分鍾 1.5 英尺 = 每分鍾 18 英寸。

   接下來必須決定各(gè)個區的溫度設定，重要的(de)是要了解實際的區間溫度不(bú)一定(dìng)就是該區的顯示(shì)溫度。顯(xiǎn)示溫度隻是代表區内熱敏電偶的溫度(dù)，如果熱電偶(ǒu)越靠近加(jiā)熱源，顯示的溫度将相對比(bǐ)區間溫(wēn)度較高，熱電偶越(yuè)靠近PCB的直接通道，顯示的溫度将越能反應區間溫度(dù)。明智的是向爐子制造商咨詢了解(jiě)清楚顯(xiǎn)示溫度和實際區間(jiān)溫度的關(guān)系。本文(wén)中将考(kǎo)慮的是區間溫(wēn)度(dù)而不是顯示溫度。表一列出的是用于典型PCB裝配回流的區間溫度設定。

   表一、典型PCB回流區(qū)間溫(wēn)度設定

區間	區間溫度設定	區間末實際闆溫
預熱	210°C (410°F)	140°C (284°F)
活性	177°C (350°F)	150°C (302°F)
回流	250°C (482°C)	210°C (482°F)

  速度(dù)和溫度确定後，必須輸入到爐的控制器。看看手冊(cè)上其它需要調整的參數，這些(xiē)參數包括冷卻風扇速度、強制空氣沖擊和惰性氣體流量。一旦所有參(cān)數輸入後(hòu)，啓動機(jī)器，爐子穩定後(即，所有實際顯示溫度接(jiē)近符合設定參數)可以開始作曲線。下一部将(jiāng)PCB放入傳(chuán)送帶，觸發測溫(wēn)儀開始記錄數據。爲了方便，有些測(cè)溫儀包括觸發(fā)功能，在一個相對低的溫度自動啓動測溫儀，典型(xíng)的這個溫度比人體溫度37°C(98.6°F)稍微高一(yī)點。例如，38°C(100°F)的自動觸發器，允許測溫儀幾乎在PCB剛(gāng)放入傳送帶進入爐(lú)時開始(shǐ)工作，不至于熱(rè)電(diàn)偶在人手上處理時産生誤觸發。

   一(yī)旦最初的溫度曲(qǔ)線圖産(chǎn)生，可以和錫膏制造(zào)商推薦的曲線或圖(tú)二所示的曲線進行比較。

  首先，必須證實從環境溫(wēn)度到回流峰值溫度的總(zǒng)時間(jiān)和所希望的(de)加熱曲線居留時間相協調，如果(guǒ)太(tài)長，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)，如果形狀不協調，則(zé)同下面的(de)圖形(圖三~六)進行比較。選擇與實際圖形形(xíng)狀最相協調的曲(qǔ)線。應該考慮從左(zuǒ)道右(流程順(shùn)序)的(de)偏差，例如，如果預熱和回流區中存在差異，首先将預熱區的差(chà)異調正确，一般最好每次調一個(gè)參數，在作進一步調整之前運行這個曲線設定。這(zhè)是因爲一個給定區(qū)的(de)改變也(yě)将影響随後區的結果。我們也建議(yì)新手所作的調整(zhěng)幅度(dù)相當較小一(yī)點。一旦在特定的爐(lú)上取(qǔ)得經驗，則(zé)會有較好的“感(gǎn)覺”來作多大幅度的(de)調整。

圖三、預熱不(bú)足或過多的回流(liú)曲線(xiàn)

圖四、活(huó)性區溫度太高或太低

圖五、回流(liú)太多(duō)或不夠

圖六、冷卻過快或不夠

   當最後(hòu)的曲線圖盡可能的與所希望的圖形相吻合，應該把爐的參數記錄(lù)或儲存以備後用。雖然這個過程開始很慢和費力，但最終可(kě)以取得熟練和速度，結(jié)果(guǒ)得到(dào)高品質的PCB的高效(xiào)率的生(shēng)産。

   文章整理：昊瑞電子/