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回流焊炉温操作过程中热容温度曲线研究

2017-05-30  |  所属栏目: 来稿选登  |  阅读次数: 

  [关 键 词] 回流焊工艺;回流焊炉温;热容温度曲线
  [中图分类号] G718.3 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603(2017)02-0044-01
  表面组装技术(SMT)的焊接通常选用回流焊工艺,焊接质量的好坏最终会影响到产品的质量,需要我们对回流焊工艺进行深入研究,开发出更趋合理的热容温度曲线,提高表面组装质量。回流焊特点:温度较高,熔点也比传统63 sn-37 pb焊料高出约50 ℃,工艺可调窗口小,质量控制难度大。高温焊料在进行回流焊时,特别容易造成元件的热损伤,目前大多数元件是针对有铅焊料开发的,以QFP和SOP为代表的表面贴装在回流焊过程存在许多问题,在对热容量大的BGA、QFP加热时,需要对其端子部分充分加热,热容量小的元件同时也被加热,这样就很容易超过元件的耐热温度。我们在减少对多引线LSI和小型元件限止使用的同时,可以采用提高元件的耐熱性,升高回流焊的预热温度,降低回流焊的最高温度或者提升回流炉通道的均匀加热能力等方法。
  回流焊的工艺简化流程为:印刷—贴片—焊接—检修,粘附元件的PCB板进入升温区时,焊膏软化、塌落、覆盖焊盘,元件端头和引脚与氧气隔绝,焊膏中的有机溶剂被气化,留下助焊剂浸润焊盘、元件端头和引脚;为防止PCB因为突然进入高温区而损坏PCB和元件,在PCB板来到保温区时,要充分预热PCB和元件;在焊接区,炉内的温度迅速上升,焊膏呈现熔融状,元件端头、引脚和PCB焊盘被焊锡充分润湿、扩散和回流,形成良好的合金化合物;最后在冷却区,PCB板上的焊点得到冷却,回流焊结束。回流焊炉的下部安置有加热器,用来底部预热,当PCB板从机子的左侧通道进入,依次通过上、下方各三块加热器,PCB板进入炉子的过程是吸热的过程,它会慢慢从室温抵近炉内的温度,当环境的温度发生变化时,PCB板的温度也将随着环境的温度变化而改变,最终形成热容温度曲线。
  热容温度曲线描述SMA(贴片)在某一位置的热容状态,影响温度曲线形成的参数有很多,设置每个温区的温度和传输带速度是关键因素,它们的设定取决于SMA的尺寸、元件板内密度和SMA的炉内密度。温度曲线选择首先要考虑传输带的运行速度,速度快慢决定了PCB通过加热通道的时间,焊膏需要4分钟左右加热。要设定合理的炉区温度,显示温度反映的是炉区内热敏电偶附近的温度,当热敏电偶离加热源过近,显示温度将比该炉区实际温度高,热敏电偶只有处于PCB主通道,显示温度才与SMA实际温度相符。当SMA经过温室的时间与回流焊的标准曲线时间同步时,回流焊工艺才能满足要求。同时焊膏的印刷,表面组装PCB的设计和元件的贴装等环节带来的缺陷,都最终体现在焊点上,在表面组装生产中控制工艺的目的是为了获得合格的焊点,,如果事先没有得出正确的热容温度曲线,任何控制工艺都无意义。回流焊热容温度曲线实时记录回流焊、波峰焊过程中PCB测试点的温度曲线,检查PCB上温度分布情况,同时检测加热设备通道内的纵、横向温度分布特性,以便于产品的工艺调试。
  回流焊炉需要设置各温区上下加热温度以及传送带的速度,确定后启动设备,待炉子运行稳定后开始温度曲线的测试。技术人员在调整回流焊炉温度曲线时进行大量的测试,通过对工艺制程窗口指数的研究可以得出以下结论,以较小增量(例如1 ℃)设置回流焊炉温度曲线具有显著的优点,能显著改善工艺制程性能。在恒温区和回流区对设置点进行微调可使温度曲线更加稳定,因为这样能降低PCB温差,并在装配过程中使加热更加均匀。但是即使技术层次很高的技术人员,要将工艺制程优化至理想的温度曲线,还是需要大量的时间,因为各个温区的温度和传输带链速有无数的数据组合可能,仅靠人工熟练的技能难以准确获得最佳工艺流程。
  SMT工艺中回流焊是关键工艺,它涉及材料、流体力学、冶金学和自动控制等学科。尽管研究发现温度曲线热容量中个别温度和时间对回流焊的质量影响很大,但是整个区域的总热容量才是最关键的,在设置回流焊炉温度曲线时需充分考虑待组装PCBA(PCB空板经过SMT上件,再经过DIP插件的制程)的不同温区的热容量需求,以此为关键点协调本区的最高温度与时间。控制好时间,避免出现助焊剂过早老化或过早挥发完而不能发挥作用。控制好最高温度,避免出现局部老化或局部润湿不充分,以及助焊剂得不到足够的催化温度来激活焊料活性。总之,只有把握好热容量、最高温度、最佳时间才能大幅缩短实际生产过程中温度曲线的试验时间。
 

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本文标题:回流焊炉温操作过程中热容温度曲线研究
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