在使用表(biao)面貼裝元件的印(yin)刷電路闆(PCB)裝配中(zhōng),要得⭕到優質的焊(hàn)點,一條優化的回(huí)流溫度曲線是最(zui)重要的因素♌之一(yi)。溫度曲線是施加(jiā)于電路裝配上的(de)溫度對🥵時間的🌏函(han)數,當☔在笛卡爾平(ping)面作圖時,回流♋過(guo)程中在任何給定(dìng)的時間上,代表PCB上(shàng)一個特定點上的(de)溫度形成一條曲(qǔ)線。
幾個參數影響(xiang)曲線的形狀,其中(zhong)最關鍵的是傳送(song)帶🌏速度和每個區(qu)的溫度設定。帶速(su)決定機闆暴露在(zài)每個區所設定的(de)溫度下的持續時(shí)間,增加持續時間(jian)可以允許⭐更多時(shí)間使電路裝配接(jie)近該區的溫度設(shè)定。每個區所花的(de)持續時間總和決(jue)定總共📱的處理時(shi)間。
每個區的溫度(du)設定影響PCB的溫度(dù)上升速度,高溫在(zài)🧑🏽🤝🧑🏻PCB與區的💁溫🔴度之間(jiān)産生一個較大的(de)溫差。增加區的設(she)定溫度允許機闆(pan)🆚更快地達到給定(ding)溫度。因此,必📱須作(zuò)出一個圖形來決(jue)定PCB的溫度曲線。接(jiē)下來是這個步驟(zhou)的輪廓,用以産生(shēng)和優化圖形。
在開(kāi)始作曲線步驟之(zhi)前,需要下列設備(bèi)和輔助工具:溫度(du)曲線儀、熱電偶、将(jiāng)熱電偶附着于PCB的(de)工具和錫膏參數(shù)🌈表。可從大多數主(zhǔ)要的電子工具供(gong)應商買到溫度曲(qu)線附件工🐉具箱,這(zhè)♻️工具箱使得作曲(qǔ)線方便,因爲它包(bao)含全部所需的附(fù)件(除了曲線儀本(ben)身)。
現在許多回流(liú)焊機器包括了一(yī)個闆上測溫儀,甚(shèn)至㊙️一些較小的、便(biàn)宜的台面式爐子(zǐ)。測溫儀一般分爲(wèi)兩類:實時測溫儀(yí),即時傳送溫度/時(shi)間數據和作出圖(tu)形💔;而另一種測溫(wēn)儀采樣儲存數據(ju),然後上載🈲到計算(suàn)機😄。
熱電偶必須長(zhǎng)度足夠,并可經受(shòu)典型的爐膛溫度(dù)。一般👨❤️👨較小直徑的(de)熱電偶,熱質量小(xiǎo)響應快,得到的結(jié)果💃精确。
有幾種方(fāng)法将熱電偶附着(zhe)于PCB,較好的方法是(shi)使用高溫焊✂️錫如(rú)銀/錫合金,焊點盡(jin)量最小。
另一種可(kě)接受的方法,快速(su)、容易和對大多數(shù)應用足夠準确💁,少(shǎo)量的熱化合物(也(yě)叫熱導膏或熱油(yóu)脂)斑點覆蓋🙇🏻住熱(re)電偶,再用高溫膠(jiāo)帶(如Kapton)粘住。
還有一(yī)種方法來附着熱(re)電偶,就是用高溫(wen)膠,如氰基丙烯酸(suan)鹽粘合劑,此方法(fa)通常沒有其它方(fāng)法可靠。
附着的位(wei)置也要選擇,通常(chang)最好是将熱電偶(ǒu)尖附着在PCB焊盤和(he)相應的元件引腳(jiǎo)或金屬端之間。
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圖(tú)一、将熱電偶尖附(fù)着在PCB焊盤和相應(yīng)的元件引腳🔴或金(jin)屬端之間)
錫膏特(tè)性參數表也是必(bì)要的,其包含的信(xìn)息對溫💁度曲線是(shi)至關重要的,如:所(suo)希望的溫度曲線(xian)持續時間、錫膏活(huo)性溫度、合金熔點(diǎn)和所希望的回流(liu)最高溫度👨❤️👨。
開始之(zhī)前,必須理想的溫(wen)度曲線有個基本(ben)的認識。理論上理(li)想的曲線由四個(gè)部分或區間組成(chéng),前面三個區加熱(re)、最後一個區冷卻(que)。爐的溫區越多,越(yuè)能👣使溫度曲線的(de)輪廓達到更準确(que)和接近設定。大多(duo)數錫膏都能用四(si)個🛀🏻基本溫區成功(gong)回流。
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圖二、理論上(shàng)理想的回流曲線(xian)由四個區組成,前(qián)面三個😘區加🐕熱🤟、最(zui)後一個區冷卻)
預(yù)熱區,也叫斜坡區(qū),用來将PCB的溫度從(cong)周圍環境溫度⁉️提(ti)升到所須的活性(xing)溫度。在這個區,産(chan)品的溫度以不超(chao)過🌈每秒2~5°C速度連續(xu)上升,溫度升得太(tai)快會引起某些缺(que)陷,如陶瓷電容的(de)細微裂紋🈲,而溫度(dù)上升太慢,錫膏會(huì)感溫過度,沒有足(zú)夠的時間使PCB達到(dao)活性溫度。爐的預(yu)熱區一般♌占整個(gè)加熱通道長度的(de)25~33%。
活性區,有時叫做(zuo)幹燥或浸濕區,這(zhe)個區一般占加熱(re)通🔆道🈲的33~50%,有兩個功(gōng)用,第一是,将PCB在相(xiàng)當穩定的溫度下(xià)🆚感溫,允許不同質(zhi)量的元件在溫度(du)上同質,減少它們(men)的相當👨❤️👨溫差。第🙇♀️二(èr)個功能是,允許助(zhù)焊劑活性化,揮發(fā)性的物質從錫膏(gāo)中揮發。一般普遍(biàn)的活性溫度範圍(wei)🐕是120~150°C,如果活性區的(de)溫度設定太高,助(zhu)焊💞劑沒有足夠的(de)時間活性化,溫度(dù)曲線的斜率是一(yi)個向上遞增的斜(xie)率。雖然有的錫膏(gāo)制造商允許活性(xìng)化期間一些溫度(dù)的增加,但是理想(xiǎng)的曲線要求👅相當(dang)平穩的溫度,這樣(yang)使得PCB的溫度在活(huo)性區開始和結束(shù)時是相等的。市面(mian)上有的爐子不能(néng)維持平坦的活性(xìng)溫度曲線,選擇能(néng)維持平坦的活性(xìng)溫度📐曲線的爐子(zǐ),将提高可焊接性(xìng)能,使用者有一個(ge)較大的處理✏️窗口(kou)。
回流區,有時叫做(zuò)峰值區或最後升(shēng)溫區。這個區的作(zuò)🍉用是🔴将PCB裝配的溫(wen)度從活性溫度提(ti)高到所推薦的峰(fēng)✍️值溫度。活🚩性溫度(dù)總是比合金的熔(róng)點溫度低一點,而(ér)峰值溫度總是在(zài)熔點上。典型🌂的峰(fēng)值溫度範圍是205~230°C,這(zhè)個區的溫度設定(dìng)太高會使其溫升(shēng)斜率超過每秒2~5°C,或(huò)達到回流峰值溫(wen)度比推薦的高。這(zhè)種🐕情況可能引起(qǐ)PCB的過分卷曲、脫層(ceng)或燒損,并損害元(yuán)件的完整👈性。
今天(tiān),最普遍使用的合(he)金是Sn63/Pb37,這種比例的(de)錫和鉛使得該合(he)♊金共晶。共晶合金(jin)是在一個特定溫(wēn)度下熔化的合金(jin),非共🧑🏾🤝🧑🏼晶合金有🧡一(yī)個熔化的範圍,而(ér)不是熔點,有時叫(jiao)做塑性裝态。本文(wen)所述的♋所有例子(zi)都是指共晶錫/鉛(qiān),因爲其使用廣泛(fàn),該合金✊的熔點爲(wei)183°C。
理想的冷卻區曲(qu)線應該是和回流(liu)區曲線成鏡像關(guān)系。越是靠近這種(zhong)鏡像關系,焊點達(dá)到固态的結構越(yue)緊密,得到🔞焊接🐕點(dian)的質量越高,結合(hé)完整性越好。
作溫(wen)度曲線的第一個(ge)考慮參數是傳輸(shū)帶的速度設定,該(gai)設定将決定PCB在加(jia)熱通道所花的時(shí)間。典型💘的錫膏制(zhì)造廠參數要求3~4分(fen)鍾的加熱曲線,用(yong)總的加熱通💋道長(zhang)度除以總的加熱(re)💰感溫時間,即爲準(zhun)确的傳輸帶速度(dù),例如,當錫膏要求(qiu)四分鍾的加熱時(shi)🐕間,使用六英尺加(jia)熱通道長度,計算(suan)爲:6 英尺 ÷ 4 分鍾 = 每分(fèn)鍾 1.5 英尺 = 每分鍾 18 英(ying)寸。
接下來必須決(jue)定各個區的溫度(dù)設定,重要的是要(yao)了📐解實際的區間(jian)溫度不一定就是(shi)該區的顯示溫度(dù)。顯示溫度隻是代(dai)表區🚩内熱敏電偶(ou)的溫度,如果熱電(diàn)偶越靠近🔞加熱源(yuan),顯示的溫度将相(xiàng)對比區間溫度較(jiao)高✉️,熱電偶越⭕靠近(jin)PCB的直㊙️接通道,顯示(shi)的溫度🐇将越能反(fǎn)應💛區間溫度。明智(zhì)的是向爐子制造(zao)商咨詢了解清楚(chǔ)🙇♀️顯示溫度和實際(ji)區間溫度的關系(xì)。本文中将考慮的(de)是區間溫度而不(bu)是顯示溫度。表一(yī)列出的是用于典(diǎn)型PCB裝配回流的區(qū)間溫💜度設定。
表一(yi)、典型PCB回流區間溫(wēn)度設定
|
區間(jiān) |
區間溫度設(she)定 |
區間末實(shi)際闆溫 |
|
預熱(rè) |
210°C (410°F) |
140°C (284°F) |
|
活(huó)性 |
177°C (350°F) |
150°C (302°F) |
|
回流 |
250°C (482°C) |
210°C (482°F) |
速(sù)度和溫度确定後(hòu),必須輸入到爐的(de)控制器。看看🏃♀️手冊(cè)❄️上其它需要調整(zhěng)的參數,這些參數(shu)包括冷卻風扇速(su)度、強制空氣沖擊(ji)✍️和惰性氣體流量(liang)。一旦所有參數輸(shū)入後,啓動機器,爐(lú)子穩定後💔(即,所有(yǒu)實際顯示溫度接(jiē)近符合設定參數(shu))可以開始作曲線(xiàn)。下🐉一部将PCB放入傳(chuan)送帶,觸發測溫儀(yi)開始🌈記錄數據。爲(wei)了方便,有些🔅測溫(wēn)儀包括觸發功能(néng),在一個相👌對低的(de)溫度自動啓動測(ce)溫儀,典型的這個(ge)溫度比人體✍️溫度(dù)37°C(98.6°F)稍微高一點。例如(rú),38°C(100°F)的自動觸發器🤩,允(yǔn)許測溫儀幾乎在(zài)PCB剛放入傳送帶進(jìn)入爐時開始工作(zuo),不至于熱電偶在(zài)人手上❌處理時産(chǎn)生誤觸發。
一旦最(zui)初的溫度曲線圖(tú)産生,可以和錫膏(gao)制造商推薦❤️的曲(qu)線⚽或圖二所示的(de)曲線進行比較。
首(shou)先,必須證實從環(huán)境溫度到回流峰(feng)值溫度的總時🏃🏻間(jiān)和所希望的加熱(rè)曲線居留時間相(xiang)協調,如果太長,按(àn)比例地增加傳送(song)帶速度,如果太短(duan),則相反。
下一步,圖(tú)形曲線的形狀必(bi)須和所希望的相(xiàng)比較(圖二),如果形(xing)狀不協調,則同下(xià)面的圖形(圖三~六(liù))進☂️行比較。選擇與(yǔ)實際圖形形狀最(zuì)相協調的曲線。應(ying)該考慮從左道右(you)(流程順序)的偏差(cha),例如,如果預熱和(he)回流區中存在差(cha)異,首先将預熱區(qū)的🎯差異調正🐇确,一(yī)般最好每次調一(yi)個參數,在作進🛀一(yi)步調整之前運行(hang)這個曲線設定。這(zhè)是因㊙️爲一個給定(ding)區的改變也将影(yǐng)響随後區的結果(guǒ)。我們也建議新手(shou)所作🔞的調整幅度(du)相當較🔴小一點。一(yi)旦在特🧑🏽🤝🧑🏻定的爐上(shàng)取得經驗,則會有(you)較好的“感覺”來作(zuo)多大幅度的調整(zhěng)。
圖三、預熱不足或(huò)過多的回流曲線(xian)
圖四、活性區溫度(du)太高或太低
圖五(wu)、回流太多或不夠(gou)
圖六、冷卻過快或(huo)不夠
當最後的曲(qu)線圖盡可能的與(yǔ)所希望的圖形相(xiàng)吻🌈合😍,應該把爐的(de)參數記錄或儲存(cún)以備後用。雖然這(zhè)⛷️個過程開始很慢(man)和費力,但最終可(ke)以取得熟練和速(su)度,結果得到高品(pin)質🌏的PCB的高效率的(de)生産。
文章整理:昊(hào)瑞電子/
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