回流焊爐溫操作過(guò)程中熱容溫度曲線研究

[關(guān) 鍵 詞] 回流焊工藝；回流焊爐溫；熱容溫度曲線

[中圖分類號(hào)] G718.3 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）02-0044-01

表面組裝技術(shù)（SMT）的焊接通常選用回流焊工藝，焊接質(zhì)量的好壞最終會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，需要我們對(duì)回流焊工藝進(jìn)行深入研究，開發(fā)出更趨合理的熱容溫度曲線，提高表面組裝質(zhì)量?；亓骱柑攸c(diǎn)：溫度較高，熔點(diǎn)也比傳統(tǒng)63 sn-37 pb焊料高出約50 ℃，工藝可調(diào)窗口小，質(zhì)量控制難度大。高溫焊料在進(jìn)行回流焊時(shí)，特別容易造成元件的熱損傷，目前大多數(shù)元件是針對(duì)有鉛焊料開發(fā)的，以QFP和SOP為代表的表面貼裝在回流焊過(guò)程存在許多問(wèn)題，在對(duì)熱容量大的BGA、QFP加熱時(shí)，需要對(duì)其端子部分充分加熱，熱容量小的元件同時(shí)也被加熱，這樣就很容易超過(guò)元件的耐熱溫度。我們?cè)跍p少對(duì)多引線LSI和小型元件限止使用的同時(shí)，可以采用提高元件的耐熱性，升高回流焊的預(yù)熱溫度，降低回流焊的最高溫度或者提升回流爐通道的均勻加熱能力等方法。

回流焊的工藝簡(jiǎn)化流程為：印刷—貼片—焊接—檢修，粘附元件的PCB板進(jìn)入升溫區(qū)時(shí)，焊膏軟化、塌落、覆蓋焊盤，元件端頭和引腳與氧氣隔絕，焊膏中的有機(jī)溶劑被氣化，留下助焊劑浸潤(rùn)焊盤、元件端頭和引腳；為防止PCB因?yàn)橥蝗贿M(jìn)入高溫區(qū)而損壞PCB和元件，在PCB板來(lái)到保溫區(qū)時(shí)，要充分預(yù)熱PCB和元件；在焊接區(qū)，爐內(nèi)的溫度迅速上升，焊膏呈現(xiàn)熔融狀，元件端頭、引腳和PCB焊盤被焊錫充分潤(rùn)濕、擴(kuò)散和回流，形成良好的合金化合物；最后在冷卻區(qū)，PCB板上的焊點(diǎn)得到冷卻，回流焊結(jié)束。回流焊爐的下部安置有加熱器，用來(lái)底部預(yù)熱，當(dāng)PCB板從機(jī)子的左側(cè)通道進(jìn)入，依次通過(guò)上、下方各三塊加熱器，PCB板進(jìn)入爐子的過(guò)程是吸熱的過(guò)程，它會(huì)慢慢從室溫抵近爐內(nèi)的溫度，當(dāng)環(huán)境的溫度發(fā)生變化時(shí)，PCB板的溫度也將隨著環(huán)境的溫度變化而改變，最終形成熱容溫度曲線。

熱容溫度曲線描述SMA（貼片）在某一位置的熱容狀態(tài)，影響溫度曲線形成的參數(shù)有很多，設(shè)置每個(gè)溫區(qū)的溫度和傳輸帶速度是關(guān)鍵因素，它們的設(shè)定取決于SMA的尺寸、元件板內(nèi)密度和SMA的爐內(nèi)密度。溫度曲線選擇首先要考慮傳輸帶的運(yùn)行速度，速度快慢決定了PCB通過(guò)加熱通道的時(shí)間，焊膏需要4分鐘左右加熱。要設(shè)定合理的爐區(qū)溫度，顯示溫度反映的是爐區(qū)內(nèi)熱敏電偶附近的溫度，當(dāng)熱敏電偶離加熱源過(guò)近，顯示溫度將比該爐區(qū)實(shí)際溫度高，熱敏電偶只有處于PCB主通道，顯示溫度才與SMA實(shí)際溫度相符。當(dāng)SMA經(jīng)過(guò)溫室的時(shí)間與回流焊的標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)間同步時(shí)，回流焊工藝才能滿足要求。同時(shí)焊膏的印刷，表面組裝PCB的設(shè)計(jì)和元件的貼裝等環(huán)節(jié)帶來(lái)的缺陷，都最終體現(xiàn)在焊點(diǎn)上，在表面組裝生產(chǎn)中控制工藝的目的是為了獲得合格的焊點(diǎn)，如果事先沒(méi)有得出正確的熱容溫度曲線，任何控制工藝都無(wú)意義?；亓骱笩崛轀囟惹€實(shí)時(shí)記錄回流焊、波峰焊過(guò)程中PCB測(cè)試點(diǎn)的溫度曲線，檢查PCB上溫度分布情況，同時(shí)檢測(cè)加熱設(shè)備通道內(nèi)的縱、橫向溫度分布特性，以便于產(chǎn)品的工藝調(diào)試。

回流焊爐需要設(shè)置各溫區(qū)上下加熱溫度以及傳送帶的速度，確定后啟動(dòng)設(shè)備，待爐子運(yùn)行穩(wěn)定后開始溫度曲線的測(cè)試。技術(shù)人員在調(diào)整回流焊爐溫度曲線時(shí)進(jìn)行大量的測(cè)試，通過(guò)對(duì)工藝制程窗口指數(shù)的研究可以得出以下結(jié)論，以較小增量（例如1 ℃）設(shè)置回流焊爐溫度曲線具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，能顯著改善工藝制程性能。在恒溫區(qū)和回流區(qū)對(duì)設(shè)置點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)可使溫度曲線更加穩(wěn)定，因?yàn)檫@樣能降低PCB溫差，并在裝配過(guò)程中使加熱更加均勻。但是即使技術(shù)層次很高的技術(shù)人員，要將工藝制程優(yōu)化至理想的溫度曲線，還是需要大量的時(shí)間，因?yàn)楦鱾€(gè)溫區(qū)的溫度和傳輸帶鏈速有無(wú)數(shù)的數(shù)據(jù)組合可能，僅靠人工熟練的技能難以準(zhǔn)確獲得最佳工藝流程。

SMT工藝中回流焊是關(guān)鍵工藝，它涉及材料、流體力學(xué)、冶金學(xué)和自動(dòng)控制等學(xué)科。盡管研究發(fā)現(xiàn)溫度曲線熱容量中個(gè)別溫度和時(shí)間對(duì)回流焊的質(zhì)量影響很大，但是整個(gè)區(qū)域的總熱容量才是最關(guān)鍵的，在設(shè)置回流焊爐溫度曲線時(shí)需充分考慮待組裝PCBA（PCB空板經(jīng)過(guò)SMT上件，再經(jīng)過(guò)DIP插件的制程）的不同溫區(qū)的熱容量需求，以此為關(guān)鍵點(diǎn)協(xié)調(diào)本區(qū)的最高溫度與時(shí)間?？刂坪脮r(shí)間，避免出現(xiàn)助焊劑過(guò)早老化或過(guò)早揮發(fā)完而不能發(fā)揮作用?？刂坪米罡邷囟?，避免出現(xiàn)局部老化或局部潤(rùn)濕不充分，以及助焊劑得不到足夠的催化溫度來(lái)激活焊料活性?？傊?，只有把握好熱容量、最高溫度、最佳時(shí)間才能大幅縮短實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中溫度曲線的試驗(yàn)時(shí)間。