怎樣設定錫(xi)膏回流溫度(dù)曲線?

   在使用(yòng)表面貼裝元(yuan)件的印刷電(diàn)路闆(PCB)裝配中(zhōng)，要得到優🌏質(zhì)的焊點，一條(tiáo)優化的回流(liu)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(pèi)上的溫度對(dui)時間的函數(shu)，當在笛卡爾(ěr)平面作圖時(shí)，回流過程中(zhong)在任何給定(dìng)的時間上，代(dai)表PCB上一個特(te)定點上的溫(wēn)度形❓成一條(tiáo)曲線。

   幾個參(can)數影響曲線(xian)的形狀，其中(zhong)最關鍵的是(shì)傳送帶速度(du)和每💘個區的(de)溫度設定。帶(dai)速決定機闆(pǎn)暴露在每個(ge)區⭕所設定的(de)溫度下的持(chí)續時間，增加(jiā)持續時間可(ke)⛱️以允許更多(duo)時間使電路(lu)裝配接近該(gai)區的溫度設(she)定。每個區所(suǒ)🌐花的持續時(shí)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(dù)上升速度，高(gāo)溫在PCB與💔區的(de)🚶‍♀️溫度之間産(chan)生一個較大(da)的溫差。增加(jiā)區的設定溫(wen)度允許機闆(pǎn)更快地達到(dào)給定溫度。因(yīn)此，必須作出(chū)一個圖㊙️形來(lai)決定PCB的溫度(du)曲線。接下來(lai)是這個步驟(zhòu)的🈚輪廓，用以(yǐ)産生和優化(hua)圖形。

   在開始(shi)作曲線步驟(zhou)之前，需要下(xia)列設備和輔(fu)助工具🏒：溫度(du)🌈曲線✏️儀、熱電(diàn)偶、将熱電偶(ou)附着于PCB的工(gong)具和錫膏參(can)數表。可從大(dà)多數♊主要的(de)電子工具供(gong)應商買到溫(wen)度曲線附件(jiàn)工具箱，這工(gong)具箱使得作(zuo)曲線方便，因(yin)爲⚽它包含全(quán)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(cè)溫儀，甚至一(yī)✊些較小的、便(bian)宜的台面式(shi)爐子。測溫儀(yí)一般分爲兩(liang)類：實時測🌈溫(wēn)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(ji)算機。

  熱電偶(ou)必須長度足(zú)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(jīng)确。

   有幾種方(fāng)法将熱電偶(ǒu)附着于PCB，較好(hao)的方法是使(shǐ)用高🈲溫焊錫(xī)✔️如銀/錫合金(jin)，焊點盡量最(zuì)小。

   另一種可(ke)接受的方法(fa)，快速、容易和(hé)對大多數應(ying)用足夠準确(què)，少✉️量的熱化(huà)合物(也叫熱(re)導膏或熱油(yóu)脂)斑點🏃覆蓋(gài)住熱電偶，再(zài)用高溫膠帶(dài)(如Kapton)粘住。

   還有(you)一種方法來(lai)附着熱電偶(ou)，就是用高溫(wen)膠，如氰㊙️基丙(bing)烯酸鹽粘合(hé)劑，此方法通(tōng)常沒有其它(ta)方法可靠。

   附(fù)着的位置也(ye)要選擇，通常(chang)最好是将熱(re)電偶尖附着(zhe)在PCB焊盤和相(xiàng)應的元件引(yǐn)腳或金屬端(duān)之間。

 

   
  ( 圖一、将(jiang)熱電偶尖附(fù)着在PCB焊盤和(he)相應的元件(jiàn)引腳或金屬(shu)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(qu)線是至關重(zhong)要的，如：所希(xī)望的溫度曲(qǔ)線持續時間(jiān)、錫膏活性溫(wen)度☔、合金熔點(diǎn)和所希望的(de)回流最✏️高溫(wēn)度♍。

   開始之前(qian)，必須理想的(de)溫度曲線有(yǒu)個基本的認(ren)識。理♈論上理(lǐ)想的曲線由(yóu)四個部分或(huò)區間組成，前(qian)面三個👣區加(jiā)熱、最後一個(ge)區冷卻。爐的(de)溫區越多，越(yuè)能使溫度曲(qu)線的輪廓達(dá)到更準确和(he)接近設定。大(da)多🐅數錫膏都(dōu)能用四個基(ji)本溫區成功(gōng)回流。

   ( 圖二、理(li)論上理想的(de)回流曲線由(you)四個區組成(chéng)，前面♍三個區(qu)🚩加熱、最後一(yī)個區冷卻)

   預(yù)熱區，也叫斜(xie)坡區，用來将(jiang)PCB的溫度從周(zhōu)圍環境溫度(dù)提升♈到所🍉須(xū)的活性溫度(du)。在這個區，産(chan)品的溫度以(yi)不超過每秒(miǎo)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(ru)陶瓷電容的(de)細微裂紋🔱，而(er)溫度上升太(tài)慢，錫膏會感(gan)溫過度，沒有(you)足夠的時間(jiān)使PCB達到活性(xing)溫度。爐的預(yù)熱區一般占(zhàn)整個加熱🔱通(tōng)道長度的💚25~33%。

   活(huo)性區，有時叫(jiao)做幹燥或浸(jìn)濕區，這個區(qu)一般占加熱(re)通☎️道的🏃‍♀️33~50%，有兩(liǎng)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(dù)上同質，減少(shǎo)它們的相當(dāng)溫差。第📧二個(gè)功能是，允🌈許(xu)助焊劑活性(xìng)化，揮發性的(de)物質從錫膏(gao)中揮發。一般(ban)普遍的活性(xìng)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(gè)向上遞增的(de)斜率。雖然有(yǒu)的錫膏制造(zao)商允許活性(xìng)化期間一些(xie)溫度的增加(jia)，但是理想的(de)曲線要求相(xiàng)當平穩的溫(wen)度，這樣使得(de)PCB的溫度在活(huó)性區開始和(hé)結束時是相(xiàng)等的。市面上(shang)有的爐子不(bú)能維持平坦(tǎn)的活性溫度(du)曲線，選擇能(neng)🏒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(zhě)有一個較大(dà)的處理窗口(kou)。

   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(zhuāng)配的溫度從(cong)活性溫度提(ti)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(zhí)溫度總是在(zài)熔點🔞上。典型(xing)的峰值溫度(du)範圍是205~230°C，這個(ge)區的溫🛀度設(shè)定太高會使(shǐ)其溫升斜率(lü)超過每秒2~5°C，或(huò)達到回流峰(fēng)值溫度比推(tui)薦的高。這種(zhong)情況可能引(yin)起PCB的過分卷(juan)曲、脫層或燒(shāo)損，并損害元(yuan)件的完整性(xìng)。

   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(gòng)🐅晶。共晶合金(jīn)是在一個特(tè)定溫度下熔(róng)👄化的合金，非(fēi)共晶合⛷️金有(you)一個熔化的(de)範圍，而不是(shi)🏒熔點，有時叫(jiao)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(shi)用廣泛，該合(he)金的熔點爲(wei)💁183°C。

   理想的冷卻(què)區曲線應該(gāi)是和回流區(qū)曲線成鏡像(xiang)關系🏃🏻‍♂️。越是靠(kao)近這種鏡像(xiang)關系，焊點達(dá)到固态的結(jié)構越緊密，得(dé)到焊接點的(de)🌂質量越高，結(jie)合完整性越(yuè)好。

   作溫度曲(qu)線的第一個(ge)考慮參數是(shì)傳輸帶的速(su)度🈲設定，該設(she)定将決定PCB在(zai)加熱通道所(suǒ)花的時間。典(diǎn)型的錫膏制(zhi)造廠參數要(yao)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(wen)時間，即爲準(zhun)确♊的傳輸帶(dài)速度，例如，當(dāng)錫膏要求四(sì)分鍾的加熱(rè)時💃間，使用六(liù)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(bú)一定就是該(gai)區的顯示溫(wēn)度。顯示溫度(du)隻是代表區(qū)内熱敏電偶(ǒu)的溫度，如果(guǒ)熱電偶越靠(kao)近加熱源，顯(xian)示的溫度将(jiāng)相對比區間(jiān)溫度較高，熱(re)電偶越靠近(jìn)PCB的直接通道(dao)，顯示的溫度(du)将越能反應(yīng)區間溫度。明(ming)☂️智的是向爐(lu)子制造商咨(zī)詢了解清楚(chu)顯示溫度和(he)實際區間溫(wen)度的關系。本(ben)文中将考慮(lü)的是區間溫(wen)度而不是顯(xiǎn)示溫度。表一(yī)列出的是用(yong)于典型🧑🏾‍🤝‍🧑🏼PCB裝配(pei)回流的區間(jian)👌溫度設定。

   表(biao)一、典型PCB回流(liu)區間溫度設(shè)定

區間(jiān)	區間溫(wēn)度設定	區間末實際(ji)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(bì)須輸入到爐(lú)的控制器。看(kan)看手冊❤️上其(qí)它需要調整(zheng)的參數，這些(xie)參數包括冷(lěng)卻風扇速度(dù)、強制㊙️空氣沖(chong)擊和惰性氣(qi)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(dù)接近符合設(she)定參數)可以(yi)開始作曲線(xiàn)。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(duì)低的溫度自(zi)動啓動🍓測溫(wen)儀，典型的這(zhe)個溫度比人(rén)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(zhi)于🐉熱電偶在(zài)人手上處理(lǐ)時産生誤觸(chù)發。

   一旦最初(chū)的溫度曲線(xiàn)圖産生，可以(yi)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(xiān)，必須證實從(cóng)環境溫度到(dao)回流峰值溫(wen)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(zhang)，按比例地增(zeng)加傳送帶速(sù)度，如果太短(duan)，則相反。

   下一(yi)步，圖形曲線(xian)的形狀必須(xū)和所希望的(de)相比較(圖二(er))，如果形狀不(bu)協調，則同下(xià)面的圖形(圖(tú)三~六)進行比(bǐ)較。選擇與實(shí)際💛圖形形狀(zhuang)最相協調的(de)曲線。應該考(kǎo)慮從左道🏒右(yòu)(流程👈順序)的(de)偏差，例🌈如，如(rú)果預熱和回(hui)流區中存在(zai)差異，首先将(jiāng)預熱區的差(chà)異調正确，一(yī)般最好✂️每次(cì)調一個參數(shù)，在作進♊一步(bu)調整之🈲前運(yun)行這個曲線(xiàn)設定。這是因(yīn)爲一個給定(dìng)區🚶‍♀️的改變也(yě)将影響随後(hou)區的結果。我(wo)們也建議新(xīn)手所作的調(diào)整幅度相當(dang)較😍小一點。一(yī)旦在特定的(de)爐上取得經(jing)驗，則會有較(jiao)好的“感覺”來(lai)作多大幅度(du)的調整💛。

圖三(san)、預熱不足或(huò)過多的回流(liú)曲線

圖四、活(huo)性區溫度太(tài)高或太低

圖(tú)五、回流太多(duō)或不夠

圖六(liu)、冷卻過快或(huo)不夠

   當最後(hou)的曲線圖盡(jin)可能的與所(suǒ)希望的圖形(xíng)相吻合，應❄️該(gai)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(hé)👈費力，但最終(zhong)可以取得熟(shú)練和速度，結(jie)果得到高品(pǐn)質🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的PCB的高效(xiào)率的生産。

   文(wen)章整理：昊瑞(rui)電子/