怎樣設(shè)定錫膏回流溫(wēn)度曲線?

   在使用表面(mian)貼裝元件的印(yìn)刷電路闆(PCB)裝配(pèi)中，要得到🌈優質(zhì)的焊點，一條優(you)化的回流溫度(dù)曲線是最重要(yao)的因素之一。溫(wen)度曲線是施加(jia)于電路裝配上(shàng)的溫度對時間(jiān)的函數，當在笛(dí)卡爾平面作圖(tu)時，回流過程中(zhōng)在任何給定的(de)時間上，代表PCB上(shàng)一個特定點❓上(shàng)的溫度形成一(yī)條曲線。

   幾個參(cān)數影響曲線的(de)形狀，其中最關(guān)鍵的是傳送🏒帶(dài)♋速度📞和每個區(qu)的溫度設定。帶(dài)速決定機闆暴(bào)露在每個區所(suǒ)設定的溫度下(xià)的持續時間，增(zeng)加持續💋時間可(ke)以允許✉️更多時(shí)間使電路裝配(pei)接近該區的溫(wen)度設定。每個區(qu)所花的持續時(shí)間總和決定總(zǒng)共⛹🏻‍♀️的處理時間(jian)。

  每個區的溫度(du)設定影響PCB的溫(wēn)度上升速度，高(gao)溫在✨PCB與區的溫(wen)度之間産生一(yi)個較大的溫差(cha)。增加區的設定(ding)溫度允許機闆(pan)❄️更快地達到給(gei)定溫度。因此，必(bi)須作出一個圖(tu)形來決定PCB的溫(wen)度曲線。接下來(lái)是這個步驟的(de)輪廓，用以🛀🏻産生(shēng)和優✊化圖形。

   在(zài)開始作曲線步(bù)驟之前，需要下(xià)列設備和輔助(zhù)工具：溫度曲線(xian)儀、熱電偶、将熱(re)電偶附着于PCB的(de)工具和錫膏參(cān)數表。可從大多(duo)數主要的電子(zǐ)工具供應商買(mǎi)到溫度曲線附(fù)件工具箱，這工(gōng)具箱使得作曲(qu)線方便，因爲🍉它(ta)包含全部所需(xū)的🈲附件(除了曲(qu)線儀本身)。

   現在(zài)許多回流焊機(jī)器包括了一個(ge)闆上測溫儀，甚(shen)至一🈲些較小♌的(de)、便宜的台面式(shi)爐子。測溫儀一(yi)般分爲兩類：實(shí)🏃時測溫儀，即時(shi)傳送溫度/時間(jiān)數據和作㊙️出圖(tú)形；而另一種測(ce)溫🌈儀采樣儲存(cun)數據，然後上載(zǎi)📞到計算機。

  熱電(dian)偶必須長度足(zú)夠，并可經受典(dian)型的爐膛溫度(dù)。一💁般較小直徑(jing)的熱電偶，熱質(zhì)量小響應快，得(dé)到的結果⛷️精确(que)✂️。

   有幾種方法将(jiāng)熱電偶附着于(yu)PCB，較好的方法是(shì)使用高溫焊錫(xī)如銀/錫合金，焊(hàn)點盡量最小。

   另(lìng)一種可接受的(de)方法，快速、容易(yì)和對大多數應(ying)用足夠準🌐确，少(shǎo)量的熱化合物(wù)(也叫熱導膏或(huo)熱油脂💋)斑點覆(fu)蓋住熱電偶，再(zai)用高溫膠帶(如(rú)Kapton)粘住。

   還有一種(zhǒng)方法來附着熱(re)電偶，就是用高(gāo)溫膠，如氰基丙(bing)烯酸鹽粘合劑(ji)，此方法通常沒(mei)有其它方法可(ke)靠。

   附着的位置(zhì)也要選擇，通常(chang)最好是将熱電(dian)偶尖附着🔞在PCB焊(hàn)👈盤和🌈相應的元(yuan)件引腳或金屬(shu)端之間。

 

   
  ( 圖一、将(jiāng)熱電偶尖附着(zhe)在PCB焊盤和相應(yīng)的元件引腳或(huo)❄️金屬端之間)

   錫(xi)膏特性參數表(biǎo)也是必要的，其(qí)包含的信息對(dui)溫度曲⁉️線是至(zhi)關重要的，如：所(suǒ)希望的溫度曲(qǔ)線持續時間♌、錫(xī)膏❗活性溫度、合(hé)金☎️熔點和所希(xī)望的回流最高(gao)溫度。

   開始之前(qián)，必須理想的溫(wen)度曲線有個基(ji)本的認識。理論(lùn)上理想的曲線(xiàn)由四個部分或(huo)區間組成，前面(mian)💃🏻三個區加熱、最(zui)後一個區❤️冷卻(que)。爐的溫區越多(duō)，越能使溫度曲(qǔ)線的輪廓達到(dao)更準👌确和接近(jin)設定。大多數錫(xi)膏都能用四個(gè)基本溫區成功(gōng)回流🔞。

   ( 圖二、理論(lùn)上理想的回流(liú)曲線由四個區(qu)組成，前面三個(ge)🥰區加熱、最後一(yi)個區冷卻)

   預熱(rè)區，也叫斜坡區(qu)，用來将PCB的溫度(du)從周圍環境溫(wen)度提♻️升到所須(xu)的活性溫度。在(zai)這個區，産品的(de)溫度以不超過(guò)每秒2~5°C速度連續(xu)上升，溫度升得(dé)太快會引起某(mǒu)些缺陷，如陶瓷(ci)電容的細微裂(lie)紋，而溫度上升(shēng)太慢，錫膏會感(gǎn)溫過度，沒有足(zu)夠的時間使PCB達(da)到活性溫度。爐(lu)的預熱區一般(ban)占整個加熱通(tōng)道長度的📧25~33%。

   活性(xìng)區，有時叫做幹(gàn)燥或浸濕區，這(zhè)個區一般占加(jia)🈲熱通道的33~50%，有兩(liang)個功用，第一是(shì)，将PCB在相當穩定(dìng)的溫度下感溫(wen)，允許不同質量(liang)的元件在溫度(du)上同質，減👉少它(tā)們的相當溫差(cha)。第二個功🐕能是(shì)，允許助焊劑活(huo)性化，揮發性的(de)物質從錫膏中(zhōng)揮發。一般普遍(bian)的活性溫度範(fan)圍是120~150°C，如果活性(xìng)區的溫度設定(ding)太高，助焊劑沒(mei)有足夠‼️的✍️時間(jian)活性化，溫🍓度曲(qu)線的斜率❓是一(yi)個向上遞增的(de)斜率。雖然有的(de)錫膏制造商允(yǔn)許活性化期間(jian)一些溫度的增(zeng)加，但是理想的(de)🍉曲線要求相當(dāng)平穩的溫度，這(zhè)樣使得PCB的溫度(dù)在活性區🈲開始(shi)🆚和結束時是相(xiang)等的。市面上有(yǒu)的爐子不能維(wei)持平🔴坦的活性(xìng)溫🏃‍♀️度曲線，選擇(zé)能維持平坦的(de)活性溫度曲線(xiàn)的爐子，将提高(gao)可焊接性能，使(shǐ)用者有一個較(jiào)大的處理㊙️窗口(kǒu)。

   回流區，有時叫(jiao)做峰值區或最(zui)後升溫區。這個(ge)區的🔅作🐆用是✏️将(jiang)🏃‍♀️PCB裝✂️配的溫度從(cóng)活性溫度提高(gāo)到所推薦的峰(feng)值溫度。活性溫(wen)度總是比合金(jīn)的熔點溫度低(dī)一點，而峰值溫(wen)度總是在熔點(diǎn)📱上。典型的峰值(zhi)溫度範圍是205~230°C，這(zhe)個區的溫度設(shè)定太高會使其(qi)溫升斜率超過(guò)每秒2~5°C，或達到回(hui)流峰值溫度比(bǐ)推薦的高。這種(zhǒng)情況可能引起(qǐ)PCB的過分卷曲、脫(tuo)層或燒損，并損(sun)害元件的完整(zheng)性。

   今天，最普遍(bian)使用的合金是(shi)Sn63/Pb37，這種比例的錫(xi)和鉛使得該合(hé)金共晶。共晶合(he)金是在一個特(te)定溫度下熔化(hua)的合金，非共晶(jīng)合金有㊙️一個熔(rong)化的範圍，而不(bu)是熔點，有時叫(jiao)做塑性裝态。本(ben)文所述的所有(yǒu)例子都是指共(gòng)晶錫/鉛，因爲其(qí)使用廣🚶‍♀️泛，該合(he)金🔞的熔點爲😘183°C。

   理(li)想的冷卻區曲(qǔ)線應該是和回(huí)流區曲線成鏡(jing)像關系。越是💁靠(kào)👅近這種鏡像關(guān)系，焊點達到固(gù)态的結構越👄緊(jin)密，得到焊接🛀點(dian)的👣質量越高，結(jie)合完整性越好(hao)。

   作溫度曲線的(de)第一個考慮參(cān)數是傳輸帶的(de)速度設定👌，該設(she)定将決定PCB在加(jia)熱通道所花的(de)時間。典型🈲的錫(xī)膏制造廠參數(shu)要求👅3~4分鍾的加(jiā)熱曲線，用總的(de)加熱通道長度(du)除以總的加熱(re)感溫時間，即爲(wei)準确的傳輸帶(dài)🈚速度，例如，當錫(xi)膏要⛹🏻‍♀️求四分鍾(zhōng)的加熱時間，使(shi)用六英尺加熱(rè)通道長度，計算(suàn)爲：6 英尺 ÷ 4 分鍾 = 每(mei)🚶分鍾 1.5 英尺 = 每分(fèn)鍾 18 英寸。

   接下來(lái)必須決定各個(gè)區的溫度設定(ding)，重要的是要了(le)解💚實際的區間(jiān)溫度不一定就(jiù)是該區的顯示(shì)溫度。顯⭕示溫度(dù)隻是代表區内(nèi)熱敏電偶的溫(wen)度，如果🌈熱電偶(ǒu)越靠近加熱源(yuan)，顯示的溫度将(jiāng)相對比區間溫(wen)度較高⭐，熱電偶(ou)越靠近PCB的直接(jie)通道，顯示的溫(wēn)度将越能反應(yīng)區間溫度。明🔴智(zhi)的是向爐子制(zhi)造商咨詢了解(jie)清楚📞顯💞示溫度(dù)和實際區間溫(wēn)度的關系。本文(wen)中将考慮的是(shì)區間溫度而不(bu)是顯示溫度。表(biǎo)一🔴列出的是用(yong)于典型🚶‍♀️PCB裝配回(hui)流的區間溫度(dù)設定。

   表一、典型(xíng)PCB回流區間溫度(du)設定

區間(jiān)	區間溫度(dù)設定	區間(jian)末實際闆溫
預熱	210°C (410°F)	140°C (284°F)
活性	177°C (350°F)	150°C (302°F)
回(hui)流	250°C (482°C)	210°C (482°F)

  速(sù)度和溫度确定(ding)後，必須輸入到(dao)爐的控制器。看(kan)看手冊✏️上其它(tā)需要調整的參(cān)數，這些參數包(bao)括冷卻風扇速(sù)度、強制空氣沖(chong)擊和惰性氣體(ti)流量。一旦所🌏有(yǒu)參數輸入後，啓(qǐ)動機器，爐子穩(wen)定後(即，所有實(shí)際顯示溫度接(jiē)近符合設定參(cān)數)可以開始🌈作(zuo)曲線。下一部将(jiang)PCB放入傳送帶，觸(chu)發測溫儀開始(shǐ)記錄數據。爲🚶‍♀️了(le)方便，有些測溫(wēn)儀包括觸發功(gong)能，在一個相對(duì)低的溫度自㊙️動(dong)啓動測溫儀，典(diǎn)型的這個溫度(du)比人體溫🤩度37°C(98.6°F)稍(shao)微高一點。例♻️如(rú)，38°C(100°F)的自動觸發器(qi)，允許測溫儀幾(ji)乎在PCB剛放入傳(chuán)送帶💋進入爐時(shí)開始工作，不‼️至(zhi)于熱電偶在人(ren)手上處理時産(chan)生誤觸發。

   一旦(dan)最初的溫度曲(qu)線圖産生，可以(yi)和錫膏制造商(shāng)推薦的曲線或(huò)圖二所示的曲(qu)線進行比較。

  首(shou)先，必須證實從(cóng)環境溫度到回(hui)流峰值溫度的(de)總時間和所✉️希(xī)望的加熱曲線(xiàn)居留時間相協(xie)調，如果太長，按(àn)比例地♍增加傳(chuán)送帶速度，如果(guǒ)太短，則相反。

   下(xià)一步，圖形曲線(xian)的形狀必須和(he)所希望的相比(bi)較(圖二)，如❤️果🙇‍♀️形(xing)狀不協調，則同(tong)下面的圖形(圖(tu)三~六)進行比較(jiào)。選擇與實際圖(tú)形‼️形狀最相協(xie)調的曲線。應該(gāi)考慮🤩從左道右(yòu)(流程順序)的偏(piān)差，例如，如果預(yù)熱和回流區中(zhong)存在差異，首先(xian)将預熱區的差(chà)異調正确，一般(bān)最好每次調一(yi)個參數，在作進(jìn)一步調整之🙇🏻前(qian)運行這個曲線(xiàn)設定。這是因爲(wèi)一個給定區♊的(de)改變也将影響(xiǎng)随後🛀區的結果(guo)。我們也建議新(xin)手所作的調整(zheng)幅度相當較小(xiao)一點。一旦在特(tè)⭐定的爐上取❗得(de)經驗，則會有較(jiào)好的“感覺”來🧡作(zuò)多大幅度的調(diao)整。

圖三、預熱不(bú)足或過多的回(huí)流曲線

圖四、活(huó)性區溫度太高(gāo)或太低

圖五、回(hui)流太多或不夠(gòu)

圖六、冷卻過快(kuai)或不夠

   當最後(hòu)的曲線圖盡可(kě)能的與所希望(wàng)的圖形相吻🆚合(hé)，應該把爐的參(cān)數記錄或儲存(cun)以備後用。雖然(ran)這個過💜程開始(shi)很慢和費力，但(dàn)最終可以取得(de)熟練和速度，結(jie)果得到高品質(zhi)♈的PCB的高效率的(de)生産。

   文章整理(li)：昊瑞電子/