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炉温测试仪SMT回流焊/温度曲线分析解读

发表时间:2020-11-23 15:14

炉温测试仪SMT回流焊/温度曲线分析解读

  如何正确设定回流焊的温区曲线,首先我们要了解回流焊的几个关键的地方及温度的分区情况及回流焊的种类,影响炉温的关键地方是:

  1、各温区的温度设定数值

  2、各加热马达的温差

  3、链条及网带的速度

  4、锡膏的成份

  5、PCB板的厚度及元件的大小和密度

  6、加热区的数量及回流焊的长度

  7、加热区的有效长度及泠却的特点等

  探头在连接测温点时必需与探测点平行且贴附在焊盘或电极上,探头不可有翘高现象,在焊接时,锡量以最少量焊接好探头为OK,锡量过多会导致测量温度与实际生产温度有偏差,焊接好以后在探测点表上序号并在插头上对应。

  SMT回流焊温度曲线,根据功能一般可划分为四个区:升温区、保温区、再流焊区和冷却区,其中再流焊区为核心区。

  回流焊的分区情况:

  1、预热区(又名:升温区)

  2、恒温区(保温区/活性区)

  3、回流区(再流焊区)

  4 、泠却区

  下面我们以有铅锡膏来做一个分析

  一:预热区

  预热的作用主要有三个:蒸发焊剂中的挥发性成分;减少焊接时PCBA各部位的温度差,并为了避免浸锡时进行急剧高温加热引起元器件损伤 ;使锡膏活性化为目的,助焊剂活化。

  a • 预热温度:依使用锡膏的种类及厂商推荐的条件设定。一般设定在80~160℃范围内使其慢慢升温;而对于传统曲线恒温区在140~170℃间,注意温度高则氧化速度会加快很多(在高温区会线性增大,在150℃左右的预热温度下,氧化速度是常温下的数倍)预热温度太低则助焊剂活性化不充分。

  b • 预热时间视PCB板上热容量最大的器件、PCB面积、PCB厚度以及所用锡膏性能而定。一般在80~160℃预热段内时间为60~120sec,由此有效除去焊膏中易挥发的溶剂,减少对元件的热冲击,同时使助焊剂充分活化,并且使温度差变得较小。

  预热开始温度(Tsmin),一般没有特别的要求,通常比预热结束温度(Tsmax)低50℃左右;预热结束温度(Tsmax)为焊膏熔点以下20~30℃,通常200℃左右。保温时间(ts),一般在2~3min。确保PCBA在进入再流焊阶段前达到热平衡。从经验看,只要不超过5min,一般不会出现焊剂提前失效问题。

  二:恒温区

  所谓恒温意思就是要相对保持平衡。在恒温区温度通常控制在150-170度的区域,此时锡膏处于融化前夕,锡膏中的挥发进一步被去除,活化剂开始激活,并有效的去除表面的氧化物,SMA表面温度受到热风对流的影响。不同大小/不同元件的温度能够保持平衡。板面的温差也接近最小数值,曲线状态接近水平,它也是评估回流焊工艺的一个窗口。选择能够维持平坦活性温度曲线的炉子将提高SMA的焊接效果。特别是防止立碑缺陷的产生。通常恒温区的在炉子的加热信道占60—120/S的时间,若时间太长也会导致锡膏氧化问题。导致锡珠增多,恒温渠温度过低时此时容易引起锡膏中溶剂得不到充分的挥发,当到回流区时锡膏中的溶剂受到高温容易引起激烈的挥发,其结果会导致飞珠的形成。恒温区的梯度过大。这意味着PCB的板面温度差过大,特别是靠近大元件四周的电阻/电容及电感两端受热不平衡,锡膏融化时有一个延迟故引起立碑缺陷。

  三:回流区

  回流区的温度最高,SMA进入该区域后迅速升温,并超出熔点30—40度,即板面温度瞬间达到215-225度,(此温度又称之为峰值温度)时间约为5—10/S 在回流区焊膏很快融化,并迅速湿润焊盘,随着温度的进一步提高,焊料表面张力降低。焊料爬至元件引脚的一定高度。形成一个(弯月面)从微观上看:此时焊料中的锡与焊盘上的铜或金属由于扩散作用而形成金属间的化合物,SMA在回流区停留时间过长或温度过高会造成PCB板面发黄/起泡/元件的损坏/如果温度设定正确:PCB的色质保持原貌。焊点光亮。

  在回流区,锡膏融化后产生的表面张力能适应的校正由贴片过程中引起的元件引脚偏移。但也会由于焊盘设计不正确引起多种焊接缺陷,回流区的升温率应该控制在2。5度---3度/S 一般应该在25-30/S内达到值。温度过低。焊料虽然融化,但流动性差,焊料不能充分的湿润,故造成假焊及泠焊

  四:冷却区

  SMA运行到冷却区后,焊点迅速降温。焊料凝固。焊点迅速冷却。表面连续呈弯月形通常冷却的方法是在回流焊出口处安装风扇。强制冷却。并采用水泠或风泠,理想的泠却温度曲线同回流区升温曲线呈镜像关系(对称分布)。

  高于焊锡熔点温度以上的慢冷却率将导致过量共界金属化合物产生,以及在焊接点处易发生大的晶粒结构,使焊接点强度变低,此现象一般发生在熔点温度和低于熔点温度一点的温度范围内。快速冷却将导致元件和基板间太高的温度梯度,产生热膨胀的不匹配,导致焊接点与焊盘的分裂及基板的变形,一般情况下可容许的最大冷却率是由元件对热冲击的容忍度决定的。综合以上因素,冷却区降温速率一般在4℃/S左右,冷却至75℃即可。  



  结束语:

  回流焊接是SMT工艺中复杂而关键的工艺,涉及到自动控制,材料流体力学和冶金学等各种学科,理论作指引,实践出真知!本文虽然解析了再流焊温度曲线及其工艺窗口的原理和评价原则。但对于具体产品温度曲线的调节,每个温区的温度该增加或减少几度,链速该增加或减少多少只有通过实操才能掌握,学习理论指引的方法论,同时多实践、多体会、多思考,你就可以成为调节温度曲线的行家里手。

  简而言之,回流焊接是一个焊料受热融化湿润与焊件冶金结合的过程,对回流设备而言是准确控制加热温度与时间,为焊接件提供热量的过程,对于多温区回流炉,通过合理划分温度曲线的加热区域和调节温度等相关参数,从而设计开发合理的温度曲线,保证每个温区的温度与时间达到最佳配置,是工艺人员一直努力的方向,要获得最优的回流温度曲线,从而获得优良的焊接质量,还必须要深入地研究焊接工艺的各个方面。


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