怎樣設定錫(xī)膏回流溫度(dù)曲線?

   在使用(yong)表面貼裝元(yuán)件的印刷電(dian)路闆(PCB)裝配中(zhong)，要得到🍉優🔱質(zhì)的焊點，一條(tiáo)優化的回流(liú)溫度曲線是(shì)最重要的因(yin)素😄之一。溫度(dù)曲線🌈是施加(jia)于電路裝配(pei)上的溫度對(dui)📐時間的函數(shù)，當在笛卡👣爾(ěr)平面📐作圖時(shí)，回流過程中(zhōng)在任何給定(ding)的時間上，代(dai)表PCB上一個特(te)定點上的溫(wēn)度形成一條(tiao)曲線🎯。

   幾個參(can)數影響曲線(xian)的形狀，其中(zhōng)最關鍵的是(shì)傳送🏃帶速度(du)🚶‍♀️和每個區的(de)溫度設定。帶(dài)速決定機闆(pan)暴露在每個(ge)區所設定的(de)溫度下的持(chi)續時間，增加(jiā)持續時間可(ke)以允許更多(duo)時間使電路(lù)裝配接近該(gāi)區的溫度設(she)定❤️。每個區所(suǒ)花的持續時(shi)間總和決定(ding)總共的處理(lǐ)時間。

  每個區(qū)的溫度設定(ding)影響PCB的溫度(du)上升速度，高(gāo)溫在PCB與區的(de)溫☀️度之間産(chǎn)生一個較大(dà)的溫差。增加(jia)區的☔設定溫(wen)度✍️允許機闆(pan)更快地達到(dao)給定溫度。因(yin)此，必☔須作出(chu)一個圖形來(lái)決定PCB的溫度(dù)曲線。接下來(lai)是這個步驟(zhòu)的輪廓，用以(yi)産生和優化(hua)圖形。

   在開始(shǐ)作曲線步驟(zhou)之前，需要下(xià)列設備和輔(fu)助工具：溫♍度(dù)📧曲線儀、熱電(diàn)偶、将熱電偶(ou)附着于PCB的工(gong)具和錫膏參(cān)數表。可從大(dà)多數主要的(de)電子工具供(gòng)應商買到溫(wen)度曲線附件(jian)工具箱，這工(gong)具箱使得作(zuò)曲線方便，因(yīn)爲它包含全(quan)‼️部所需的附(fu)件(除了曲線(xiàn)儀本☂️身)。

   現在(zài)許多回流焊(hàn)機器包括了(le)一個闆上測(ce)溫儀，甚至一(yi)些較小的、便(biàn)宜的台面式(shì)爐子。測溫儀(yí)一般分爲兩(liǎng)類：實時測溫(wen)儀，即時傳送(sòng)溫度/時間數(shu)據和作出圖(tu)形☂️；而另一種(zhong)測溫👌儀采樣(yàng)儲存數♉據，然(rán)後上載到計(jì)算機。

  熱電偶(ǒu)必須長度足(zu)夠，并可經受(shou)典型的爐膛(tang)溫度。一般較(jiao)小直♊徑的熱(rè)電偶，熱質量(liang)小響應快，得(de)到的結果精(jing)确。

   有幾種方(fāng)法将熱電偶(ǒu)附着于PCB，較好(hǎo)的方法是使(shi)用高溫‼️焊錫(xī)如銀/錫合金(jin)，焊點盡量最(zuì)小。

   另一種可(kě)接受的方法(fa)，快速、容易和(he)對大多數應(yīng)用足夠🐇準🛀🏻确(que)，少量的熱化(hua)合物(也叫熱(rè)導膏或熱油(you)脂)斑點覆蓋(gai)🛀🏻住熱電偶，再(zai)用高溫膠帶(dai)(如Kapton)粘住。

   還有(you)一種方法來(lai)附着熱電偶(ou)，就是用高溫(wēn)膠，如氰基丙(bǐng)烯⛱️酸鹽粘合(he)劑，此方法通(tong)常沒有其它(ta)方法可🈲靠。

   附(fù)着的位置也(ye)要選擇，通常(cháng)最好是将熱(re)電偶尖附着(zhe)在PCB焊⭐盤和相(xiang)應的元件引(yin)腳或金屬端(duan)之間。

 

   
  ( 圖一、将(jiāng)熱電偶尖附(fù)着在PCB焊盤和(he)相應的元件(jiàn)引腳或金屬(shǔ)端之間)

   錫膏(gāo)特性參數表(biao)也是必要的(de)，其包含的信(xin)息對溫度曲(qǔ)線🌈是㊙️至關重(zhòng)要的，如：所希(xi)望的溫度曲(qu)線持續時間(jiān)、錫膏活性溫(wēn)度、合金熔點(diǎn)和所希望的(de)回流最🥵高溫(wen)度。

   開始之前(qián)，必須理想的(de)溫度曲線有(you)個基本的認(rèn)識。理論上理(li)㊙️想的曲線由(yóu)四個部分或(huo)區間組成，前(qián)面❌三個區加(jia)🌈熱、最📧後一個(gè)區冷卻。爐的(de)溫區越多，越(yue)能使溫度曲(qǔ)線的輪廓達(dá)到更準🐅确和(he)接近設定。大(dà)多數錫膏都(dōu)能用四個基(jī)本溫區成功(gong)回流。

   ( 圖二、理(lǐ)論上理想的(de)回流曲線由(yóu)四個區組成(chéng)，前面🐉三個區(qu)加熱👣、最後一(yi)個區冷卻)

   預(yù)熱區，也叫斜(xié)坡區，用來将(jiang)PCB的溫度從周(zhou)圍環境溫度(dù)🤟提✔️升到所須(xū)的活性溫度(du)。在這個區，産(chǎn)品的溫度以(yǐ)不超過每秒(miao)2~5°C速度♊連續上(shang)升，溫度升得(de)太快會引起(qi)某些缺陷，如(rú)陶瓷電容的(de)細微裂紋，而(ér)溫度上升太(tai)慢，錫膏🔞會感(gǎn)溫過度，沒有(you)足夠的時間(jian)⁉️使PCB達到活❗性(xing)溫度。爐的預(yù)熱區一般占(zhàn)整個加熱通(tong)道長度的25~33%。

   活(huó)性區，有時叫(jiao)做幹燥或浸(jin)濕區，這個區(qu)一般占加熱(rè)通道的33~50%，有兩(liang)個功用，第一(yi)是，将PCB在相當(dang)穩定的溫度(dù)下感溫，允許(xǔ)🚩不同質量的(de)元件在溫度(du)上同質，減少(shǎo)它們的相當(dāng)溫差。第🤟二個(gè)功能是，允許(xǔ)助焊劑活🧡性(xìng)化，揮發性的(de)物質從錫膏(gāo)中♻️揮發。一般(bān)普遍的活性(xing)溫度範圍是(shi)120~150°C，如果活性區(qu)的溫度設🌏定(ding)太高，助焊💃🏻劑(jì)沒有足夠😍的(de)時間活性化(huà)，溫✍️度曲線的(de)斜率😘是一個(ge)向上遞增的(de)斜率。雖然有(yǒu)的錫膏制造(zào)商允許活性(xìng)化期間一些(xiē)溫度的增加(jia)，但是理想的(de)曲線要求相(xiàng)當平穩的溫(wēn)度，這樣🧡使得(dé)PCB的溫度在活(huo)性區開始和(hé)結束時是相(xiàng)等的。市面上(shang)有的爐子不(bu)能維持平📞坦(tan)的活性溫度(dù)曲線，選擇能(néng)㊙️維持平坦的(de)活性溫度曲(qu)線💞的爐子，将(jiāng)提高可焊接(jiē)性能，使用者(zhe)有一個較大(da)的處理窗口(kǒu)。

   回流區，有時(shi)叫做峰值區(qu)或最後升溫(wen)區。這個區的(de)作用是将PCB裝(zhuang)配的溫度從(cóng)活性溫度提(tí)高到所推薦(jiàn)的峰值溫🏃🏻‍♂️度(du)。活性溫度總(zǒng)是比合金的(de)熔點溫度低(di)一點，而峰值(zhi)溫度總是在(zai)熔點☀️上。典型(xíng)的峰值溫度(dù)範圍是205~230°C，這個(gè)區的溫度設(shè)定太高會使(shi)其✂️溫升斜率(lǜ)超過每秒2~5°C，或(huò)達到回流峰(fēng)值溫度比推(tuī)薦的高。這種(zhǒng)情況可能引(yǐn)起PCB的過分卷(juàn)曲、脫層或燒(shao)損，并損害元(yuan)件的完整👣性(xing)。

   今天，最普遍(bian)使用的合金(jin)是Sn63/Pb37，這種比例(li)的錫和鉛使(shi)得該合金💜共(gong)晶。共晶合金(jīn)是在一個特(te)定溫度下熔(róng)化的合金，非(fei)共晶合金有(you)一個熔化的(de)範圍，而不是(shì)熔點，有時叫(jiào)做塑性裝态(tai)。本文🈲所述的(de)👅所有例子都(dou)是指共晶錫(xī)/鉛，因爲其使(shǐ)用廣🍓泛，該合(hé)金的熔點爲(wèi)183°C。

   理想的冷卻(que)區曲線應該(gai)是和回流區(qū)曲線成鏡像(xiang)關系。越是☔靠(kào)近這種鏡像(xiàng)關系，焊點達(dá)到固态的結(jié)📱構越緊密，得(de)到焊接🍓點的(de)質量越高，結(jié)合完整性越(yuè)🌈好。

   作溫度曲(qǔ)線的第一個(gè)考慮參數是(shi)傳輸帶的速(su)度設定，該設(shè)🔴定将決定PCB在(zài)加熱通道所(suo)花的時間。典(diǎn)型的錫📞膏制(zhì)造廠參數要(yào)求3~4分鍾的加(jiā)熱曲線，用總(zong)的加熱通道(dao)長度除以總(zong)的加熱感溫(wēn)時🈲間，即爲準(zhun)确的傳輸帶(dai)速度，例如，當(dang)錫膏要求四(si)分鍾的加熱(rè)時間，使用六(liu)英尺加熱通(tōng)道長度，計算(suan)爲：6 英尺 ÷ 4 分鍾(zhong) = 每分鍾 1.5 英尺(chǐ) = 每分鍾 18 英寸(cun)。

   接下來必須(xu)決定各個區(qu)的溫度設定(dìng)，重要的是要(yao)♋了🌈解實際📱的(de)區間溫度不(bu)一定就是該(gāi)區的顯示溫(wēn)度。顯☔示溫度(du)隻是代表區(qu)内熱敏電偶(ǒu)的溫度，如果(guǒ)熱電偶越靠(kào)近加熱源☀️，顯(xiǎn)示的溫度将(jiāng)✔️相對比區間(jian)溫度較高，熱(rè)電偶越靠近(jin)PCB的直接通道(dào)，顯示的溫度(dù)👨‍❤️‍👨将越能反應(yīng)區間溫度。明(ming)智的是向爐(lu)子制造商咨(zi)詢了解清楚(chǔ)顯示溫度和(hé)實際區間溫(wēn)度的關系。本(ben)文中将考🤟慮(lü)的是👌區間溫(wen)度而不是顯(xian)示溫度。表一(yi)列出的是用(yong)于典型PCB裝配(pèi)回流的區間(jian)溫度設定。

   表(biao)一、典型PCB回流(liú)區間溫度設(she)定

區間(jiān)	區間溫(wēn)度設定	區間末實際(jì)闆溫
預(yù)熱	210°C (410°F)	140°C (284°F)
活性	177°C (350°F)	150°C (302°F)
回流	250°C (482°C)	210°C (482°F)

  速度和溫(wen)度确定後，必(bi)須輸入到爐(lú)的控制器。看(kàn)看手冊上其(qi)它需要調整(zhěng)的參數，這些(xie)參數包括冷(leng)卻風扇速度(du)、強制空氣沖(chòng)擊和惰性氣(qì)體流量。一旦(dàn)所有參數輸(shu)入後，啓動機(ji)器，爐子穩定(dìng)後👈(即，所有實(shí)際🏃🏻‍♂️顯示溫度(du)接近符合設(she)定參數)可以(yi)開始作曲線(xian)。下💃🏻一部将PCB放(fàng)入傳送帶，觸(chu)發測溫儀開(kai)始記錄數據(jù)。爲了方便，有(you)些測溫儀包(bao)括觸發功能(neng)，在一個相🔅對(dui)低的溫度自(zì)動啓動測溫(wēn)儀，典型的這(zhe)個溫度比人(ren)體溫度37°C(98.6°F)稍微(wei)高一點。例🔴如(ru)，38°C(100°F)的自動觸發(fā)器🌂，允許測溫(wēn)儀幾乎在PCB剛(gāng)放入傳送帶(dài)進入爐時開(kai)始工作，不至(zhì)于熱電偶在(zài)人手上處理(lǐ)時産生誤觸(chu)發。

   一旦最初(chū)的溫度曲線(xiàn)圖産生，可以(yǐ)和錫膏制造(zao)商🈲推薦的曲(qu)線或圖二所(suo)示的曲線進(jin)行比較。

  首先(xian)，必須證實從(cong)環境溫度到(dào)回流峰值溫(wēn)度的總時間(jian)♍和所希望的(de)加熱曲線居(jū)留時間相協(xié)調，如果太長(zhǎng)，按比例地增(zēng)加傳送帶速(su)度，如果太短(duǎn)，則相反。

   下一(yī)步，圖形曲線(xian)的形狀必須(xū)和所希望的(de)相比較🔅(圖🐇二(èr))，如果形狀不(bú)協調，則同下(xia)面的圖形(圖(tú)三~六)進🈲行比(bǐ)較。選擇與實(shi)際圖形形狀(zhuàng)最相協調的(de)曲線。應該考(kǎo)慮從左道右(you)(流程順序)的(de)偏差，例🐪如，如(ru)果預熱和回(huí)流區中存在(zai)差異，首先将(jiang)預熱區的差(cha)異調正确，一(yī)般最好🙇‍♀️每次(ci)調一個🔴參數(shu)，在作進一步(bu)調整之✌️前運(yùn)行這個曲線(xian)設定。這是因(yin)爲一個給定(ding)區的改變也(yě)将影響随後(hòu)區的結果。我(wo)們也建議新(xīn)手所作的調(diào)整幅度相當(dāng)較小一點。一(yi)旦在特定的(de)爐上取得經(jīng)驗，則會有較(jiao)好的“感覺”來(lai)作多大幅度(dù)的調整🤞。

圖三(san)、預熱不足或(huò)過多的回流(liú)曲線

圖四、活(huó)性區溫度太(tai)高或太低

圖(tú)五、回流太多(duo)或不夠

圖六(liù)、冷卻過快或(huò)不夠

   當最後(hou)的曲線圖盡(jìn)可能的與所(suo)希望的圖形(xing)相吻合，應該(gāi)把爐的參數(shù)記錄或儲存(cun)以備後用。雖(sui)然這個過🐕程(chéng)開始很慢和(he)費力，但最終(zhong)可以取得熟(shú)練和💞速度，結(jié)果得到高品(pin)質💔的PCB的高效(xiao)率的🚩生産。

   文(wén)章整理：昊瑞(rui)電子/