怎樣(yàng)設(shè)定(dìng)錫膏(gāo)回流(liú)溫度曲線(xiàn)?

   在使(shǐ)用表面貼(tiē)裝元件的印(yìn)刷電路(lù)闆(pcb)裝(zhuāng)配中，要得到優(yōu)質的焊點(diǎn)，一條優化(huà)的回流溫度曲(qǔ)線是(shì)最重要的因素(sù)之一。溫度(dù)曲線(xiàn)是施加于電路(lù)裝配上的(de)溫度(dù)對時間的(de)函數(shù)，當在笛卡爾平(píng)面作(zuò)圖時(shí)，回流過程中在任何(hé)給定的時間上(shàng)，代表(biǎo)pcb上一個特定點(diǎn)上(shàng)的(de)溫度(dù)形成一條(tiáo)曲線(xiàn)。

   幾(jǐ)個參數影響(xiǎng)曲線的形狀(zhuàng)，其(qí)中最關(guān)鍵的是(shì)傳送(sòng)帶(dài)速度和每個(gè)區的(de)溫度(dù)設定。帶速決定(dìng)機闆暴露(lù)在每(měi)個區所設(shè)定的溫度下的(de)持續時間(jiān)，增加持續(xù)時(shí)間可以允許(xǔ)更多時間使(shǐ)電(diàn)路裝配接(jiē)近該(gāi)區的溫(wēn)度設定(dìng)。每個區所(suǒ)花的(de)持續時間(jiān)總和(hé)決定總共(gòng)的處(chù)理時間。

  每個區(qū)的溫度(dù)設(shè)定影響pcb的溫度(dù)上升(shēng)速度(dù)，高(gāo)溫在pcb與區的(de)溫度之間(jiān)産生一個較大(dà)的溫差(chà)。增(zēng)加區(qū)的設定(dìng)溫(wēn)度允(yǔn)許機闆更快地(dì)達到給定(dìng)溫度。因此，必須作出(chū)一個(gè)圖(tú)形來決(jué)定pcb的溫(wēn)度曲線(xiàn)。接下來是這個(gè)步驟(zhòu)的輪廓，用(yòng)以産生和優化圖形。

   在開始作(zuò)曲線步驟(zhòu)之前，需(xū)要(yào)下列設備(bèi)和輔助工具：溫(wēn)度曲線儀(yí)、熱電(diàn)偶、将(jiāng)熱(rè)電(diàn)偶附(fù)着于pcb的工具和(hé)錫膏參數表。可從大(dà)多(duō)數(shù)主(zhǔ)要(yào)的電子工(gōng)具供(gòng)應商買到溫度(dù)曲線附件(jiàn)工具箱，這工(gōng)具箱使(shǐ)得作曲線(xiàn)方便，因爲它包含全(quán)部所需(xū)的(de)附件(jiàn)(除了(le)曲線儀本身)。

   現在許多回(huí)流焊機(jī)器包括了一個闆(pǎn)上測(cè)溫儀，甚至一些(xiē)較小的(de)、便宜的台面式爐子。測(cè)溫儀一般(bān)分(fèn)爲(wèi)兩類(lèi)：實時測溫(wēn)儀，即(jí)時(shí)傳(chuán)送溫(wēn)度/時(shí)間數據和(hé)作出圖形(xíng)；而另(lìng)一種測溫儀(yí)采(cǎi)樣儲存數(shù)據，然(rán)後上(shàng)載到計算(suàn)機。

  熱電偶(ǒu)必須(xū)長度足夠，并可(kě)經受(shòu)典(diǎn)型(xíng)的爐(lú)膛溫度。一般較(jiào)小直徑的熱電偶，熱質量小響應快，得到(dào)的結(jié)果精确(què)。

   有幾種(zhǒng)方法将(jiāng)熱(rè)電偶附着于pcb，較好的(de)方法是(shì)使用高(gāo)溫(wēn)焊(hàn)錫如銀/錫(xī)合金，焊點(diǎn)盡量(liàng)最小。

   另一種可(kě)接受的(de)方法，快速、容(róng)易和對大多(duō)數應(yīng)用足夠(gòu)準确，少(shǎo)量的(de)熱(rè)化合物(也(yě)叫熱(rè)導膏或熱(rè)油脂(zhī))斑點覆蓋(gài)住熱電偶，再用(yòng)高溫(wēn)膠帶(如kapton)粘住。

   還(hái)有一種方法來(lái)附着(zhe)熱(rè)電(diàn)偶，就(jiù)是用(yòng)高溫膠，如氰基丙(bǐng)烯(xī)酸鹽粘合劑，此方法(fǎ)通常沒(méi)有(yǒu)其它方法可靠。

   附着(zhe)的位(wèi)置也要選擇，通常最好是(shì)将熱電偶尖附着在(zài)pcb焊盤和相應的元件(jiàn)引腳(jiǎo)或金屬端之間(jiān)。

 

   
  ( 圖一、将(jiāng)熱電偶尖附(fù)着在pcb焊盤(pán)和相應的(de)元件引腳或(huò)金屬端(duān)之間(jiān))

   錫膏特性參數表也(yě)是必(bì)要的，其包(bāo)含的(de)信息(xī)對溫度曲(qǔ)線是至關重要(yào)的，如(rú)：所(suǒ)希望的溫度曲(qǔ)線持續(xù)時間(jiān)、錫膏活性(xìng)溫度、合金熔點(diǎn)和所希望的回(huí)流最高(gāo)溫(wēn)度。

   開(kāi)始之前(qián)，必須理(lǐ)想的(de)溫度曲線(xiàn)有個基本(běn)的認(rèn)識。理論(lùn)上理想(xiǎng)的曲線由四個(gè)部分(fèn)或區(qū)間組(zǔ)成，前(qián)面三(sān)個區(qū)加熱、最後(hòu)一個區冷卻(què)。爐(lú)的溫(wēn)區越多(duō)，越(yuè)能使(shǐ)溫度曲線的輪(lún)廓達到更準确(què)和接(jiē)近設定。大(dà)多數錫(xī)膏(gāo)都能(néng)用四個(gè)基本溫(wēn)區(qū)成功(gōng)回流。

   ( 圖(tú)二、理論上理想(xiǎng)的回流曲(qǔ)線由四個(gè)區組成，前(qián)面三個區加熱(rè)、最後一個區冷(lěng)卻)

   預熱區，也叫(jiào)斜坡(pō)區(qū)，用(yòng)來将(jiāng)pcb的溫(wēn)度從周圍(wéi)環境(jìng)溫度提升(shēng)到所須的(de)活性(xìng)溫度(dù)。在(zài)這個區(qū)，産品(pǐn)的(de)溫(wēn)度以不超過(guò)每秒2~5°c速(sù)度連續上升，溫度(dù)升得太快會(huì)引起某些缺陷，如陶瓷電容的(de)細微裂(liè)紋(wén)，而溫度上(shàng)升(shēng)太慢，錫(xī)膏會(huì)感溫(wēn)過度(dù)，沒有(yǒu)足夠(gòu)的時(shí)間使(shǐ)pcb達(dá)到活性溫度(dù)。爐的預熱區一(yī)般占整個(gè)加熱通道長度(dù)的25~33%。

   活性區，有時叫做(zuò)幹燥或浸(jìn)濕區，這個區一般占(zhàn)加熱通道(dào)的33~50%，有兩個(gè)功用(yòng)，第一是，将pcb在(zài)相(xiàng)當穩定的溫度(dù)下感(gǎn)溫，允(yǔn)許不(bú)同質量(liàng)的元件在溫度(dù)上同質(zhì)，減少它們的(de)相當溫差。第(dì)二個(gè)功能是，允許助(zhù)焊劑(jì)活性(xìng)化，揮(huī)發(fā)性的物(wù)質從(cóng)錫膏(gāo)中(zhōng)揮發。一(yī)般普遍的活性(xìng)溫度範(fàn)圍是120~150°c，如(rú)果活性區的溫度設定太高，助(zhù)焊劑沒(méi)有足夠(gòu)的時(shí)間(jiān)活(huó)性化，溫度曲線的斜(xié)率是一個向上(shàng)遞增的斜率。雖(suī)然有(yǒu)的錫膏制(zhì)造商允許活性(xìng)化期(qī)間一些溫(wēn)度的(de)增加，但是(shì)理想(xiǎng)的(de)曲線要(yào)求相當平穩的(de)溫度，這(zhè)樣使得(dé)pcb的溫度(dù)在活性區開始和(hé)結束(shù)時是相等(děng)的。市(shì)面上(shàng)有(yǒu)的爐子(zǐ)不能維持平坦的活性溫(wēn)度曲(qǔ)線，選(xuǎn)擇能(néng)維持平坦(tǎn)的活性溫(wēn)度曲線(xiàn)的(de)爐子，将提(tí)高(gāo)可焊接(jiē)性能，使用(yòng)者有一個(gè)較大的處(chù)理窗口(kǒu)。

   回(huí)流區(qū)，有時(shí)叫做峰值(zhí)區或最後升溫(wēn)區。這(zhè)個區(qū)的作用是将(jiāng)pcb裝配的(de)溫度從活(huó)性溫(wēn)度提高到(dào)所推(tuī)薦的峰值(zhí)溫度(dù)。活性溫度(dù)總是(shì)比合金的熔點(diǎn)溫度低一點，而(ér)峰值溫(wēn)度(dù)總是(shì)在熔點(diǎn)上(shàng)。典型的峰(fēng)值溫(wēn)度範(fàn)圍是(shì)205~230°c，這個區的溫度設定太高(gāo)會使其(qí)溫升(shēng)斜率超過(guò)每秒2~5°c，或達到(dào)回(huí)流峰值(zhí)溫度(dù)比推(tuī)薦的(de)高。這種情(qíng)況可(kě)能引(yǐn)起pcb的過分(fèn)卷曲、脫層或燒(shāo)損，并(bìng)損(sǔn)害元件(jiàn)的完(wán)整性。

   今天(tiān)，最普遍使用的(de)合金是(shì)sn63/pb37，這(zhè)種比(bǐ)例的錫和(hé)鉛使得該(gāi)合(hé)金共晶。共晶(jīng)合金是在(zài)一個(gè)特定溫度(dù)下熔(róng)化的合(hé)金，非共晶合金有(yǒu)一個熔化的範圍，而不是(shì)熔點(diǎn)，有時叫(jiào)做塑性(xìng)裝态(tài)。本文(wén)所述的所有例子都(dōu)是指(zhǐ)共(gòng)晶錫/鉛，因爲(wèi)其使(shǐ)用廣(guǎng)泛，該合金的熔(róng)點爲183°c。

   理想的冷(lěng)卻區曲線(xiàn)應該(gāi)是和回流區曲(qǔ)線成(chéng)鏡像關系(xì)。越是靠近這種(zhǒng)鏡像關(guān)系，焊(hàn)點(diǎn)達到(dào)固态的結(jié)構越緊密，得到(dào)焊接(jiē)點(diǎn)的質量越高，結合完整(zhěng)性越(yuè)好。

   作溫度(dù)曲線的第一個(gè)考慮(lǜ)參數是傳(chuán)輸帶的速(sù)度設(shè)定，該(gāi)設定将決(jué)定pcb在加(jiā)熱通道(dào)所花的時間。典型的錫膏(gāo)制造廠參數要(yào)求3~4分(fèn)鍾的加熱曲線，用總(zǒng)的加熱通(tōng)道長(zhǎng)度(dù)除以總(zǒng)的加(jiā)熱(rè)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(shǐ)用(yòng)六英尺加熱通(tōng)道長度，計算爲：6 英尺(chǐ) ÷ 4 分鍾 = 每(měi)分鍾 1.5 英(yīng)尺 = 每分鍾(zhōng) 18 英寸(cùn)。

   接下來必須決(jué)定各(gè)個(gè)區(qū)的溫(wēn)度(dù)設(shè)定，重要的(de)是要了(le)解(jiě)實際(jì)的區(qū)間(jiān)溫(wēn)度不(bú)一定就是該區的顯(xiǎn)示溫度。顯(xiǎn)示(shì)溫度隻(zhī)是代(dài)表區(qū)内(nèi)熱敏電(diàn)偶的(de)溫度(dù)，如果熱電偶(ǒu)越靠近(jìn)加熱(rè)源，顯(xiǎn)示的(de)溫度将相對比(bǐ)區間(jiān)溫度較(jiào)高(gāo)，熱電偶越靠近pcb的直(zhí)接通道，顯示的溫度将越能反應區間溫度。明智的是向(xiàng)爐子制造商咨(zī)詢了(le)解(jiě)清楚顯(xiǎn)示溫度和實際(jì)區間溫(wēn)度的關(guān)系。本文中将考慮的是區間溫(wēn)度而不(bú)是(shì)顯示(shì)溫度(dù)。表(biǎo)一列出的(de)是用于典型(xíng)pcb裝配(pèi)回流(liú)的(de)區(qū)間溫(wēn)度(dù)設定。

   表(biǎo)一、典型pcb回流區(qū)間溫度設定

區間	區(qū)間溫度設定(dìng)	區(qū)間末實際(jì)闆溫
預熱(rè)	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)

  速度和溫度确(què)定(dìng)後，必須(xū)輸入(rù)到爐的控制器。看(kàn)看手冊(cè)上其它需要調整的(de)參數(shù)，這些(xiē)參數包(bāo)括冷卻風扇(shàn)速度、強制(zhì)空(kōng)氣沖(chòng)擊(jī)和惰(duò)性氣體流(liú)量。一(yī)旦所有參數輸(shū)入後(hòu)，啓(qǐ)動機器(qì)，爐子穩定後(即(jí)，所有(yǒu)實際顯示(shì)溫度接近符合設定參數)可以(yǐ)開始(shǐ)作曲(qǔ)線。下(xià)一部(bù)将pcb放(fàng)入傳(chuán)送帶，觸發(fā)測溫(wēn)儀開(kāi)始(shǐ)記錄數據。爲了方便，有些測溫儀包括(kuò)觸發功能，在一個相對低的溫(wēn)度自動啓動測(cè)溫儀，典型的這(zhè)個溫度比人體(tǐ)溫度(dù)37°c(98.6°f)稍微(wēi)高一(yī)點(diǎn)。例如，38°c(100°f)的自動(dòng)觸發(fā)器，允許測(cè)溫儀幾(jǐ)乎在pcb剛(gāng)放入(rù)傳送帶進(jìn)入爐時開(kāi)始工(gōng)作，不至(zhì)于熱電(diàn)偶在人手上(shàng)處(chù)理時産生(shēng)誤觸(chù)發。

   一旦最(zuì)初的(de)溫度(dù)曲線圖産(chǎn)生，可以和錫膏(gāo)制造商推(tuī)薦(jiàn)的曲線或(huò)圖二所(suǒ)示的(de)曲(qǔ)線進行(háng)比較。

  首先，必須(xū)證實從環境溫(wēn)度到回流峰值(zhí)溫度(dù)的總時間(jiān)和所希望(wàng)的加熱曲(qǔ)線居留時(shí)間相協調(diào)，如果(guǒ)太長，按比(bǐ)例地(dì)增加(jiā)傳送(sòng)帶速(sù)度，如果(guǒ)太短，則(zé)相反。

   下一步，圖(tú)形曲線的形狀(zhuàng)必須(xū)和(hé)所希望的相比較(jiào)(圖二(èr))，如果(guǒ)形(xíng)狀不協(xié)調，則(zé)同下面的(de)圖形(圖三~六)進(jìn)行比(bǐ)較。選擇與(yǔ)實際圖形形狀最相協調(diào)的曲(qǔ)線。應(yīng)該考慮從(cóng)左道右(流程順(shùn)序)的(de)偏差，例如(rú)，如果預熱和回(huí)流區中存在差(chà)異，首(shǒu)先将預熱(rè)區的差異(yì)調正(zhèng)确，一(yī)般最(zuì)好每(měi)次調一(yī)個參數(shù)，在作進(jìn)一(yī)步調(diào)整之(zhī)前(qián)運行這(zhè)個(gè)曲線設定。這(zhè)是因爲一(yī)個(gè)給(gěi)定區(qū)的改(gǎi)變也(yě)将影(yǐng)響(xiǎng)随後區(qū)的結(jié)果。我們也(yě)建(jiàn)議新手所作的調(diào)整幅度(dù)相當較小(xiǎo)一點。一(yī)旦在(zài)特(tè)定的爐(lú)上取(qǔ)得經(jīng)驗，則會有(yǒu)較好的“感(gǎn)覺”來作多(duō)大幅度的(de)調整。

圖三(sān)、預熱不足或過(guò)多的(de)回流曲線(xiàn)

圖四(sì)、活性(xìng)區溫度太(tài)高或太低(dī)

圖五、回流(liú)太多(duō)或不(bú)夠(gòu)

圖(tú)六、冷(lěng)卻過快(kuài)或不夠(gòu)

   當最(zuì)後的曲線(xiàn)圖盡可能的(de)與所希(xī)望(wàng)的圖形相吻合(hé)，應該把爐的參數記錄(lù)或儲存以備後用。雖然(rán)這個過(guò)程開始很(hěn)慢和費力(lì)，但最終可(kě)以取(qǔ)得熟練和速度(dù)，結(jié)果得到(dào)高品質(zhì)的(de)pcb的(de)高(gāo)效率(lǜ)的生産。

   文章整理(lǐ)：昊瑞電子/