【生产管理】回流焊接温度曲线.doc

回流焊接温度曲线作温度曲线(profiling)是确定在回流整个周期内印刷电路板(PCB)装配必须经受的时间/温度关系的过程。它决定于锡膏的特性如合金、锡球尺寸、金属含量和锡膏的化学成分。装配的量、表面几何形状的复杂性和基板导热性、以及炉给出足够热能的能力所有都影响发热器的设定和炉传送带的速度。炉的热传播效率和操作员的经验一起也影响反复试验所得到的温度曲线。锡膏制造商提供基本的时间/温度关系资料。它应用于特定的配方通常可在产品的数据表中找到。可是元件和材料将决定装配所能忍受的最高温度。涉及的第一个温度是完全液化温度(fullliquidustemperature)或最低回流温度(T1)。这是一个理想的温度水平在这点熔化的焊锡可流过将要熔湿来形成焊接点的金属表面。它决定于锡膏内特定的合金成分但也可能受锡球尺寸和其它配方因素的影响可能在数据表中指出一个范围。对Sn63/Pb37该范围平均为200~225°C。对特定锡膏给定的最小值成为每个连接点必须获得焊接的最低温度。这个温度通常比焊锡的熔点高出大约15~20°C。(只要达到焊锡熔点是一个常见的错误假设。)回流规格的第二个元素是最脆弱元件(MVCmostvulnerablecomponent)的温度(T2)。正如其名所示MVC就是装配上最低温度“痛苦”忍耐度的元件。从这点看应该建立一个低过5°C的“缓冲器”让其变成MVC。它可能是连接器、双排包装(DIPdualin-linepackage)的开关、发光二极管(LEDlightemittingdiode)、或甚至是基板材料或锡膏。MVC是随应用不同而不同可能要求元件工程人员在研究中的帮助。在建立回流周期峰值温度范围后也要决定贯穿装配的最大允许温度变化率(T2-T1)。是否能够保持在范围内取决于诸如表面几何形状的量与复杂性、装配基板的化学成分、和炉的热传导效率等因素。理想地峰值温度尽可能靠近(但不低于)T1可望得到最小的温度变化率。这帮助减少液态居留时间以及整个对高温漂移的暴露量。传统地作回流曲线就是使液态居留时间最小和把时间/温度范围与锡膏制造商所制订的相符合。持续时间太长可造成连接处过多的金属间的增长影响其长期可靠性以及破坏基板和元件。就加热速率而言多数实践者运行在每秒4°C或更低测量如何20秒的时间间隔。一个良好的做法是保持相同或比加热更低的冷却速率来避免元件温度冲击。图一是最熟悉的回流温度曲线。最初的100°C是预热区跟着是保温区(soakorpreflowzone)在这里温度持续在150~170°C之间(对Sn63/Pb37)。然后装配被加热超过焊锡熔点进入回流区再到峰值温度最后离开炉的加热部分。一旦通过峰值温度装配冷却下来。温度热电偶的安装适当地将热电偶安装于装配上是关键的。热电偶或者是用高温焊锡合金或者是用导电性胶来安装提供定期检测板的温度曲线精度和可重复性的工具。对很低数量的和高混合技术的板也可使用非破坏性和可再使用的接触探头。应该使用装配了元件的装配板来通过炉膛。除非是回流光板(bareboard)否则应该避免使用没有安装元件的板来作温度曲线。热电偶应该安装在那些代表板上最热与最冷的连接点上(引脚到焊盘的连接点上)。最热的元件通常是位于板角或板边附近的低质量的元件如电阻。最冷的点可能在板中心附近的高质量的元件如QFP(quadflatpack)、PLCC(plasticleadedchipcarrier)或BGA(ballgridarray)。其它的热电偶应该放在热敏感元件(即MVC)和其它高质量元件上以保证其被足够地加热。如果用前面已经焊接的装配板则必须从那些热电偶将要安装的连接点上去掉焊锡。因为板可能是用Sn63/Pb37焊接的而现在将要用Sn10/Pb90用后者来简单焊接热电偶将会产生一种“神秘”合金或者一种不能维持测试板所要求的多个温度变化的合金。在去掉老的焊锡后用少量助焊剂跟着用少量而足够的高温焊锡。如果用导电性胶来安装热电偶同样的步骤去掉下面的Sn63/Pb37(或其它合金)。这是为了避免破坏热电偶的胶合附着从而可能导致回流期间的托焊。推荐使用K型、30AWG的热电偶线最好预先焊接。在安装之后热电偶引线引到PCB装配的后面(相对行进方向)。有人宁愿用一个接头接在热电偶引线的尾沿。这样测量设备可很快连接和分开。开普敦(Kapton)胶带(一种耐高温胶带)用来在适当位置固定热电偶的引线。多数回流机器装备有机上作温度曲线的软件允许热电偶引线插在炉子上实时地从系统显示屏幕上跟踪。有人宁愿使用数据记录设备和测试装配板一起从炉中通过以可编程的时间间隔从多个热电偶记录温度。这些系统是作为“运行与读数(ru