我們在進行迴流焊操作工藝的時候,都避免不了溫度曲線這個問題,你知道這是什麼嗎?溫度曲線的路程比較複雜,一般我們可以分為兩種:單面貼裝、雙面貼裝。對於溫度曲線的檢測與設定,是直接影響產品焊接質量的,所以,對於我們的操作人員來說,掌握正確地方法會是必不可少的。那麼,到底該如何設定溫度曲線才合理呢?
方法/步驟
表面黏著技術(SMT, Surface Mount Technology)的迴流焊溫度曲線包括預熱、保溫、回焊和冷卻四個部份,以下為您介紹預熱段與保溫段這兩部分。
(1)預熱段
該段的目的是把室溫的電路板儘快加熱,但快速的加熱不能快到板子或零件的損壞及導致助焊劑中溶劑的喪失,通常的加熱速率為1-3℃/秒。 在實際生產中,並不能要求所選擇每一點的曲線均達到較為理想的情況,有時由於元件密度、所承受的最高溫度的不同及熱特性的具大差異或由於板材的不同及迴流爐能力的限制,會導致有些點的溫度曲線無法滿足要求,這時必須綜合各元件對整個電路板功能的影響而選擇最為有利的迴流參數。
(2)保溫段
溶劑的沸點在125-150℃之間,從保溫段開始溶劑將不斷蒸發,樹脂或松香在70-100℃開始軟化和流動,一旦熔化,樹脂或松香能在被焊表面迅速擴散,溶解於其中的活性劑隨之流動並與鉛錫粉末的表面氧化物進行反應,以確保鉛錫粉末在焊接段熔焊時是清潔的。保溫段的更主要目的是保證電路板上的全部元件在進入焊接段之前達到相同的溫度,電路板上的元件吸熱能力通常有很大差別,有時需延長保溫週期,但是太長的保溫週期可能導致助焊劑的喪失,以致在熔焊區無法充分的結合與潤溼,減弱焊膏的上錫能力,太快的溫度上升速率會導致溶劑的快速氣化,可能引起吹孔、錫珠等缺陷,而過短的保溫週期又無法使活性劑充分發揮功效,也可能造成整個電路板預熱溫度的不平衡,從而導致不沾錫、焊後斷開、焊點空洞等缺陷,所以應根據電路板的設計情況及迴流爐的對流加熱能力來決定保溫週期的長短及溫度值。一般保溫段的溫度在100-160℃之間,上升的速率低於每秒2度,並在150℃左右有一個0.5-1分鐘左右的平臺有助於把焊接段的尖端區域降低到最小。
迴流焊溫度曲線設定
就兼容的問題而言,一些元件只進行了無鉛表面處理。對元件供應商來說,同時提供錫鉛和無鉛兩類同種元件是不划算的。表面進行了無鉛處理的含鉛元件在使用時是沒有問題的。但是,在一塊原來的錫鉛電路板上使用無鉛BGA,問題就來了。由於所有其他元件是錫鉛元件,如果使用最大峰值溫度為220℃的錫鉛焊接溫度曲線,此時無鉛BGA焊球是部分地熔化,或者完全不能實現再流焊接,會出現一系列焊點可靠性的問題。那麼,我們究竟應該使用哪一種迴流焊溫度曲線呢?這裡有兩種方案:
第一個辦法是,使用標準的錫鉛迴流焊溫度曲線。除了無鉛BGA以外,所有元件的峰值再熔溫度在210℃至220℃之間。因此無鉛BGA和其他錫鉛元件不要放在一起焊。在錫鉛元件完成再流焊之後,使用選擇性焊接,即採用選擇性激光焊接系統來貼放和焊接所有的無鉛BGA。選擇性激光焊接系統只是貼裝和焊接無鉛BGA,不會影響四周已經在對流回流焊爐中完成了焊接的錫鉛元件。
第二個辦法是,如果沒有錫鉛焊接溫度曲線,又想在同一個焊爐中焊接所有的錫鉛元件和一些無鉛BGA,那麼迴流焊峰值溫度必須不會損壞錫鉛元件,但又足以對無鉛BGA進行迴流焊。千萬別忘了,由於電路板上大多數元件是錫鉛元件,你要使用錫鉛焊膏。因此,峰值溫度在210℃ 至220℃之間,是適合錫鉛元件的,但是對於熔點在217℃至 221℃之間的無鉛BGA,則溫度不足。如果峰值溫度為226℃ 至 228℃,高於液相線(TAL)的時間為45到60秒,這就足以對無鉛BGA進行迴流焊,又不會損壞同一塊電路板上的所有錫鉛元件。
如果226℃至228℃的再流焊溫度範圍太狹窄,難以完成向後兼容錫鉛元件和無鉛BGA的焊接,可以考慮採用選擇性激光焊接,或者去找提供錫鉛焊球BGA的供應商。開發任何一種溫度曲線,使用正確的熱電偶很重要。我們需要K型熱電偶,它連有一根36號AWG導線。如果熱電偶導線較粗,會吸收過多熱量。絕對不要使用 溫膠帶,因為它們在迴流焊過程中會鬆掉,測量到的是焊爐裡空氣的溫度,而不是焊點的溫度。在任何情況下,都必須使用高溫焊料或者導熱粘合劑把熱電偶貼在焊點上。
對於BGA,要從電路板底部開始,在內圈和外圈BGA焊盤上鑽孔,幷把熱電偶推到接近表面的最高點,測量BGA焊球的溫度。內圈和外圈BGA焊球,彼此之間的溫差度必須在2℃之內。在不同的元件位置安放四至六個熱電偶,來描述最低到最高受熱容量區域,其中,至少有兩個熱電偶是用於BGA的。
有一種誤解認為,一個對流式迴流焊爐的迴流溫度曲線適用於所有電路板,因而,不需要為每一種電路板專門制定再流焊溫度曲線。這是不對的。因為,每一種電路板熱容量不同,而且每一種電路板有不同的組裝模式。同一塊雙面電路板,根據每一面元件的佈局和銅箔面的分佈,每一面可能要求有不同的再流焊溫度曲線。還有一個誤解認為,如果要改變再流焊溫度曲線,可以改變傳送帶的速度來做到。僅僅改變傳送帶的速度是容易的,但是,這不是正確的方法,因為它會改變電路板在各個溫區時的溫度。現在可以買到整套的硬件和軟件,簡化迴流焊溫度曲線的開發。
一旦得到預期的迴流溫度曲線,就可以對印刷了焊膏、貼上了元件的電路進行生産;在迴流焊之後,檢測焊點的質量。只是在電路板某個具體位置中出現的隨機性問題可能是與焊接有關;在具體位置中一直出現的問題可能是由於加熱不均勻,與溫度曲線有關。至始至終都會出現的問題也可能與焊膏質量和焊盤圖形的設計有關。