淺談回流溫度曲線設(shè)置與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系
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論文導(dǎo)讀：通過不斷的摸索與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)SMT產(chǎn)品質(zhì)量與回流溫度曲線的設(shè)置密切相關(guān)，為了確保SMT產(chǎn)品的質(zhì)量，必須加強(qiáng)回流溫度的理論研究和根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置溫度曲線。
關(guān)鍵詞：回流溫度，曲線設(shè)置，產(chǎn)品質(zhì)量
引言：我們從回流過程中焊膏作用和焊點(diǎn)形成機(jī)理出發(fā)，對(duì)回流曲線進(jìn)行優(yōu)化，顯然已跳出了僅僅從避免焊接缺陷發(fā)生的角度而優(yōu)化回流曲線的范疇，將回流曲線的優(yōu)化以特定參數(shù)的形式與焊點(diǎn)的可靠性聯(lián)系起來，不僅可以避免焊接缺陷發(fā)生，也使得焊點(diǎn)的可靠性得以控制。
1、回流曲線優(yōu)化的應(yīng)用策略
加熱因子是回流曲線中最重要的參數(shù)，加熱因子最優(yōu)范圍的控制決定著IMC 厚度的控制，IMC 厚度也基本上決定著焊點(diǎn)可靠性的控制，加熱因子最優(yōu)范圍在PCB板上各個(gè)焊點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)成為回流曲線優(yōu)化是否成功的重要標(biāo)志。而冷卻速率在優(yōu)化中也應(yīng)得到重視，宜取較大的冷卻速率來獲得微細(xì)結(jié)構(gòu)的焊點(diǎn)組織，使其可靠性得到提高。預(yù)熱因子僅作為一個(gè)參考值，可以不作為回流曲線優(yōu)化的重點(diǎn)。
假設(shè)某焊膏制造商推薦的回流曲線，首先應(yīng)確定好其加熱因子的最優(yōu)范圍并作為最重要的優(yōu)化指標(biāo)，其它指標(biāo)如升溫速率(ramprate)，保溫時(shí)間(soak time)應(yīng)基本符合焊膏制造商的要求，冷卻速率(cooling rate)須得到有效的控制，以此作為優(yōu)化的回流曲線。因此回流曲線就可以作為待要實(shí)現(xiàn)的經(jīng)過優(yōu)化的目標(biāo)回流曲線，焊點(diǎn)溫度曲線的加熱部分宜盡量逼近此目標(biāo)回流曲線，以獲取和目標(biāo)曲線盡量匹配的預(yù)熱因子，而冷卻部分宜使得熱質(zhì)最小焊點(diǎn)(即溫升部分最熱的焊點(diǎn))的冷卻速率達(dá)到許可范圍的最大值4℃/sec，這樣其它焊點(diǎn)的冷卻速率也可以達(dá)到許可條件下的最大化。
2、對(duì)回流爐的要求
優(yōu)化回流曲線的實(shí)現(xiàn)要求回流爐的熱傳遞過程有非常好的均勻性，這樣能盡量使得PCBA 上每一個(gè)焊點(diǎn)的溫度都盡可能的一致，各個(gè)焊點(diǎn)的加熱因子值也盡量的一致，以最小化各個(gè)焊點(diǎn)的加熱因子之差，從而易于實(shí)現(xiàn)加熱因子最優(yōu)范圍的控制。這就要求以完全的熱風(fēng)強(qiáng)制對(duì)流加熱為熱交換手段。對(duì)回流焊的各種加熱方式作比較，顯然對(duì)流加熱的均勻性、可控性均最好。而采用紅外加熱技術(shù)時(shí)，安裝在PCB 上的各種器件不同的輻射率使得其熱均勻性較差，而且紅外(IR)輻射能量是直線傳播，當(dāng)一個(gè)體積小，薄形的器件緊靠大尺寸，高的器件就會(huì)有陰影，也會(huì)產(chǎn)生不均勻輻射。強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流與紅外加熱相比，能明顯減少印制板平面的加熱溫度差。目前市場(chǎng)上面向無鉛焊生產(chǎn)的回流爐都以強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流加熱為主要的熱傳遞方式。
采用對(duì)流加熱時(shí)，既要考慮熱風(fēng)速度的差別，也要考慮熱風(fēng)方向的差別。一方面，強(qiáng)制熱風(fēng)速度的增加，加速了熱量傳送到 PCB板上貼片裝器件的速度，使得熱均勻性更好，但是過大的風(fēng)速會(huì)造成器件移位或脫離原準(zhǔn)確貼裝位置。所以熱風(fēng)的速度一定要使得直對(duì)熱風(fēng)噴嘴口下面的器件不會(huì)造成移位(也就是講，熱量傳送的有效區(qū)域不能直接受到噴嘴口的指向影響)。另一方面，熱風(fēng)方向的差別也是導(dǎo)致溫度不均的原因。當(dāng)封裝體接觸的熱風(fēng)流方向不同，兩個(gè)相同的器件組所得到熱量速度是不同的。這種問題在球引腳器件底部與印制板間的支承空間，熱風(fēng)流的流向分布變得更為突出。免費(fèi)論文網(wǎng)。例如 BGA 器件的回流焊工藝，在封裝體的底部引腳與印制板間的熱風(fēng)流量少于印制板安裝面的引腳器件。
總之，業(yè)界無異議地認(rèn)為強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流是SMT 回流焊接的最好選擇。許多專家也贊成應(yīng)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)做出有價(jià)值的改進(jìn)，包括提高焊爐內(nèi)PCB 安裝面熱風(fēng)流溫度、速度、流量、均勻性及一致性的系統(tǒng)能力。
綜合上面的討論，考慮到無鉛回流焊接要求回流爐在運(yùn)行中達(dá)到更高的溫度，回流曲線的工藝窗口變窄，相對(duì)于傳統(tǒng)的有鉛回流焊，對(duì)爐子有著更高的要求：
a) 首先，回流爐各加熱區(qū)應(yīng)有較強(qiáng)的對(duì)流換熱能力，以便獲得更均勻的熱傳導(dǎo)。免費(fèi)論文網(wǎng)。因?yàn)檩^強(qiáng)的對(duì)流換熱能力將使得較大熱質(zhì)元件的溫度也能較快的逼近熱源溫度，而較小熱質(zhì)元件的溫度在較早達(dá)到熱源溫度后，與熱源溫度保持平衡，直到熱源的溫度再次改變，這樣使得較大熱質(zhì)元件的溫度和較小熱質(zhì)元件的溫度在各加熱區(qū)的末端達(dá)到平衡，至少較為接近于平衡。
b) 其次，回流爐各加熱區(qū)在和印刷電路板發(fā)生熱交換的界面，即處于PCB 板所在的平面，應(yīng)有盡量均勻的溫度場(chǎng)分布，以平衡的加熱PCBA。
c) 回流爐各加熱區(qū)熱源的重復(fù)性需要得到切實(shí)的保證，這是實(shí)現(xiàn)加熱因子優(yōu)化控制最重要的因素。對(duì)于以同樣的初始條件，在同樣的爐控制參數(shù)下進(jìn)行回流的同一PCBA，特定焊點(diǎn)所經(jīng)歷的溫度曲線和加熱因子應(yīng)保持一致，否則無法保證回流焊接的連續(xù)性和可靠性生產(chǎn)。這就要求回流爐傳遞的熱量穩(wěn)定性(包括溫度和風(fēng)速、風(fēng)量)好。
d) 回流爐加熱區(qū)的數(shù)目也應(yīng)該有所增加，并且多多益善�？紤]到無鉛回流焊相對(duì)于傳統(tǒng)的有鉛焊升高的溫度(焊膏液相溫度升高217～183=34℃)，用少數(shù)的幾個(gè)加熱區(qū)實(shí)現(xiàn)較高的溫度，將使得各個(gè)加熱區(qū)承擔(dān)驅(qū)動(dòng)PCBA 達(dá)到特定溫度的任務(wù)過重，導(dǎo)致各個(gè)加熱區(qū)之間的熱源設(shè)定溫度較大，容易引起PCBA在某個(gè)時(shí)段升溫過快，造成對(duì)熱敏感元件的沖擊，可能損傷芯片元件。
e) 回流爐的冷卻區(qū)應(yīng)得到有效的控制，冷卻能力應(yīng)得到加強(qiáng)。免費(fèi)論文網(wǎng)。在無鉛回流焊中，較快的冷卻速率有助于焊點(diǎn)形成較精細(xì)的微結(jié)構(gòu)，機(jī)械性能大為改善，增強(qiáng)了焊點(diǎn)的可靠性。因此回流爐的冷卻區(qū)，尤其是靠近加熱區(qū)的第一個(gè)冷卻區(qū)，一般對(duì)應(yīng)于焊料從峰值溫度降低到固相，對(duì)微結(jié)構(gòu)的形成最為關(guān)鍵，尤其需要有較強(qiáng)的冷卻能力，并且是可控的。
結(jié)束語：通過不斷的摸索與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)SMT產(chǎn)品質(zhì)量與回流溫度曲線的設(shè)置密切相關(guān)，為了確保SMT產(chǎn)品的質(zhì)量，必須加強(qiáng)回流溫度的理論研究和根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置溫度曲線。
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