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回流焊接工艺的经典PCB温度曲线
本文介绍对于回流焊接工艺的经典的PCB温度曲线作图方法,分析了两种*常见的回
流焊接温度曲线类型:保温型和帐篷型...。
经典印刷电路板(PCB)的温度曲线(profile)作图,涉及将PCB 装配上的热电偶连接
到数据记录曲线仪上,并把整个装配从回流焊接炉中通过。作温度曲线有两个主要的目
的:1)为给定的PCB 装配确定正确的工艺设定,2)检验工艺的连续性,以*可重复的
结果。通过观察PCB 在回流焊接炉中经过的实际温度(温度曲线),可以检验和/或纠正炉
的设定,以**终产品的*佳品质。经典的PCB 温度曲线将**终PCB 装配的*佳
的、持续的质量,实际上降低PCB 的报废率,*PCB的生产率和合格率,并且*整体
的获利能力。
一、回流工艺
在回流工艺过程中,在炉子内的加热将装配带到适当的焊接温度,而不损伤产品。
为了检验回流焊接工艺过程,人们使用一个作温度曲线的设备来确定工艺设定。温度曲
线是每个传感器在经过加热过程时的时间与温度的可视数据*。通过观察这条曲线,
你可以视觉上准确地看出多少能量施加在产品上,能量施加哪里。温度曲线允许操作员
作适当的改变,以优化回流工艺过程。
一个典型的温度曲线包含几个不同的阶段 -初试的升温(ramp)、保温(soak)、向回
流形成峰值温度(spike to reflow)、回流(reflow)和产品的冷却(cooling)。作为一般
原则,所希望的温度坡度是在2~4 °C范围内,以*由于加热或冷却太快对板和/或元
件所造成的损害。
在产品的加热期间,许多因素可能影响装配的品质。*初的升温是当产品进入炉子
时的一个快速的温度上升。目的是要将锡膏带到开始焊锡激化所希望的保温温度。*理
想的保温温度是刚好在锡膏材料的熔点之下 -对于共晶焊锡为183 °C,保温时间在
30~90 秒之间。保温区有两个用途:1)将板、元件和材料带到一个均匀的温度,接近锡
膏的熔点,允许较容易地转变到回流区,2)激化装配上的助焊剂。在保温温度,激化的
助焊剂开始清除焊盘与引脚的氧化物的过程,留下焊锡可以附着的清洁表面。向回流形
成峰值温度是另一个转变,在此期间,装配的温度上升到焊锡熔点*,锡膏变成液态
。
一旦锡膏在熔点*,装配进入回流区,通常叫做液态以上时间(TAL time above
liquidous)。回流区时炉子内的关键阶段,因为装配上的温度梯度*须*小,TAL *须
保持在锡膏制造商所规定的参数之内。产品的峰值温度也是在这个阶段*的 -装配达
到炉内的*高温度。
*须小心的是,不要*过板上任何温度敏感元件的*高温度和加热速率。例如,一
个典型的钽电容具有的*高温度为230 °C 。理想地,装配上*的点应该同时、同速
率*相同的峰值温度,以***件在炉内经历相同的环境。在回流区之后,产品
冷却,固化焊点,将装配为后面的工序准备。控制冷却速度也是关键的,冷却太快可能
损坏装配,冷却太慢将增加TAL,可能造成脆弱的焊点。
在回流焊接工艺中使用两种常见类型的温度曲线,它们通常叫做保温型(soak)和帐
篷型(tent)温度曲线。在保温型曲线中(图一),如前面所讲到的,装配在一段时间内经
历相同的温度。帐篷型温度曲线(图二)是一个连续的温度上升,从装配进入炉子开始,
直到装配*所希望的峰值温度。
所希望的温度曲线将基于装配制造中使用的锡膏类型而不同。取决于锡膏化学组成
,制造商将建议*佳的温度曲线,以**高的性能。温度曲线的信息可以通过联系锡
膏制造商得到。*常见的配方类型包括水溶性(OA)、松香适度激化型(RMA rosin mildly
activated)和免洗型(no-clean)锡膏。
二、温度曲线的机制
经典的PCB 温度曲线系统元件
一个经典的PCB 温度曲线系统由以下元件组成:
· 数据收集曲线仪,它从炉子中间经过,从PCB 收集温度信息。
· 热电偶,它附着在PCB 上的关键元件,然后连接到随行的曲线仪上。
· 隔热保护,它保护曲线仪被炉子加热。
· 软件程序,它允许收集到的数据以一个格式观看,*确定焊接结果和/或在失
控恶劣影响*终PCB产品之前找到失控的趋势。
三、热电偶(Thermalcouples)
在电子工业中*常使用的是K 型热电偶。有各种技*将热电偶附着于PCB 的元件上
。使用的方法决定于正在处理的PCB 类型,以及使用者的偏爱。
四、热电偶附着
高温焊锡,它提供很强的连接到PCB 。这个方法通常用于可以为作曲线和检验工艺
而*一块专门的参考板的运作。应该注意的是**小的锡量,以避免影响曲线。
胶剂,可用来将热电偶固定在PCB 上。胶剂的使用通常得到热电偶对装配的刚性物
理连接。缺点包括胶剂可能在加热过程中失效的可能性、作完曲线后取下时在装配上留
下残留物。还有,应该注意使用*小的胶量,因为增加热质量可能影响温度曲线的结果
。
开普顿(Kapton)或铝胶带,它*容易使用,但是*不*的固定方法。使用胶带作
温度曲线经常显示很参差不齐的曲线,因为热电偶连接点在加热期间从接触表面提起。
容易使用和不留下影响装配的残留物,使得开普顿或铝胶带成为一个受欢迎的方法。
压力型热电偶,夹持在线路板的边缘,使用弹力将热电偶连接点牢固地接触固定到
正在作温度曲线的装配上。压力探头快速、容易地使用,对PCB 没有破坏性。
五、热电偶的放置
因为一个装配的外边缘和角上比中心加热更快,较大热质量的元件比较小热质量的
元件加热满,所以至少推荐使用四个热电偶的放置位置。一个热电偶放在装配的边缘或
角上,一个在小元件上,另一个在板的中心,第四个在较大质量的元件上。另外还可以
增加热电偶在板上其它感兴趣的*件上,或者温度冲击或温度损伤*危险的元件上。
六、读出与评估温度曲线数据
锡膏制造商一般对其锡膏配方专门有推荐的温度曲线。应该使用制造商的推荐来确
定一个特定工艺的*佳曲线,与实际的装配结果进行比较。然后可能采取步骤来改变机
器设定,以**装配的*佳结果(图三)。
对于PCB 装配制造商,现在有新的工具,它使得为锡膏和回流炉的特定结合设计目
标曲线来得容易。一旦设计好以后,这个目标曲线可以由机器操作员机遇这个专门的PCB
装配简单地调用,自动地在回流焊接炉上运行。
七、何时作温度曲线
当开始一个新的装配时,作温度曲线是*有用的。*须决定炉的设定,为*
的结果优化工艺。作为一个诊断工具,曲线仪在帮助确定合格率差和/或返工高的过程中
是无价的。
作温度曲线可以发现不适当的炉子设定,或者*对于装配这些设定是适当的。许
多公司或工厂在标准参考板上作温度曲线,或者每天使用机器的品质管理曲线仪。一些
工厂在每个班次的开始作温度曲线,以检验炉子的运行,在问题发生前避免潜在的问题
。这些温度曲线可以作为一个硬拷贝或通过电子格式存储起来,并且可用作ISO 计划的
一部分,或者用来进行对整个时间上机器性能的统计过程控制(SPC statistical
process control)的操作。
用于作温度曲线的装配应该小心处理。该装配可能由于处理不当或者重复暴露在回
流温度之下而降级。作曲线的板可能*间过去而脱层,热电偶的附着可能松动,这一
点应该预计到,并且在每一次运行产生损害之前应该检查作曲线的设备。关键是要*
测量设备能够得到*的结果。
八、经典PCB 温度曲线与机器的品质管理曲线
虽然温度曲线的*普遍类型涉及使用一个运行的曲线仪和热电偶,来监测PCB 元件
的温度,作温度曲线也用来*回流焊接炉以*佳的设定连续地工作运行。现有各种内
置的机器温度曲线仪,提供对关键回流炉参数的日常检测,包括空气温度、热流与传送
带速度。这些仪器也提供机会,在失控因素影响*终PCB装配质量之前,*找到任何失
控趋势。
九、总结
做温度曲线是PCB 装配中的一个关键元素,它用来决定过程机器的设定和确认工艺
的连续性。没有可测量的结果,对回流工艺的控制是有限的。咨询一下锡膏供应商,查
看一下元件规格,为一个特定的工艺确定*佳的曲线参数。通过实施经典PCB 温度曲线
和机器的品质管理温度曲线的一个正常的制度,PCB 的报废率将会降低,而质量与产量
都会*。结果,总的运作成本将减低。
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铝基板
是一种*的金属基覆铜板铝基板,它具有良好的导热性、电气*缘性能和机械加工性
能。
一、铝基板的特点
●采用表面贴装技*(SMT);
●在电路设计方案中对热扩散进行*为*的处理;
●降低产品运行温度,*产品功率密度和*性,延长产品使用寿命;
●缩小产品体积,降低硬件及装配成本;
●取代易碎的陶瓷基板,获得更好的机械耐久力。
二、铝基板的结构
铝基覆铜板是一种金属线路板材料、由铜箔、导热*缘层及金属基板组成,它的结
构分三层:
Cireuitl.Layer线路层:相当于普通PCB的覆铜板,线路铜箔厚度loz至10oz。
DielcctricLayer*缘层:*缘层是一层低热阻导热*缘材料。厚度为:0.003”至
0.006”英寸是铝基覆铜板的*计*所在,已获得UL认证。
BaseLayer基层:是金属基板,一般是铝或可所选择铜。铝基覆铜板和传统的环氧玻
璃布层压板等
电路层(即铜箔)通常经过蚀刻形成印刷电路,使组件的各个部件相互连接,一般
情况下,电路层要求具有很大的载流能力,从而应使用较厚的铜箔,厚度一般35μm~280
μm;导热*缘层是铝基板*技*之所在,它一般是由特种陶瓷填充的*的聚合物构
成,热阻小,粘弹性能优良,具有*热老化的能力,能够承受机械及热应力。该公司生
产的*铝基板的导热*缘层正是使用了此种技*,使其具有*为优良的导热性能和
*度的电气*缘性能;金属基层是铝基板的支撑构件,要求具有高导热性,一般是铝
板,也可使用铜板(其中铜板能够提供更好的导热性),适合于钻孔、冲剪及切割等常
规机械加工。
PCB材料相比有着其它材料*的优点。适合功率组件表面贴装SMT公艺。
无需散热器,体积大大缩小、散热效果*好,良好的*缘性能和机械性能。
三、铝基板用途:
用途:功率混合IC(HIC)。
1.灯具灯饰:随着*灯的提倡推广,各种*绚丽的LED灯大受市场欢迎,而应用
于LED灯的铝基板也开始大规模应用。LED照明灯,隧道灯,日光灯,洗墙灯,路灯,吸顶灯,
舞台灯,草坪灯,投光灯,水底灯等...
2.音频设备:输入、输出放大器、平衡放大器、音频放大器、前置放大器、功率放
大器等。
3.电源设备:开关调节器`DC/AC转换器`SW调整器等。
4.通讯电子设备:高频增幅器`滤波电器`发报电路。
5.办公自动化设备:电动机驱动器等。
6.汽车:电子调节器`点火器`电源控制器等。
7.计算机:CPU板`软盘驱动器`电源装置等。
8.功率模块:换流器`固体继电器`整流电桥等。
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