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回流溫度曲線

回流焊是電子制造領域常見的焊接方式之一。在回流焊應用中,我們經常會遇到各種缺陷,包括濺錫(spattering)、空洞(voiding)、塌陷(slumping)、短路(bridging)、立碑(tombstoning)等。而這些缺陷其實可以通過調整回流溫度曲線來進行彌補。為了實現回流曲線的準確調整,理解回流溫度曲線的各個階段如何影響最終焊接的效果就顯得至關重要。



一、熱風回流焊溫度曲線介紹

對熱風回流焊來講,我們可以把溫度曲線分為預熱區,保溫區,回流區和冷卻區這幾個過程,在焊接過程中需要使用助焊劑清除焊件表面氧化物焊膏的熔融,再流動與焊膏冷卻凝固。經過以上步驟回流焊接完成后的快速冷卻有助于得到一個明亮的焊點,與飽滿的外形,較低的接觸角度,而緩慢冷卻的話很容易會導致其PAD的更多分解物進入錫中,產生一些灰暗毛躁的焊點,甚至還會引起沾錫不良和弱焊點結合力等后果,一般來講冷卻區降溫的速率在-4攝氏度以內,冷卻溫度至75攝氏度即可,一般情況下也都需要使用冷卻風扇對其進行強行冷卻處理。

二、熱風回流焊溫度曲線設置方法

首先我們要了解回流焊的幾個關鍵的地方及溫度的分區情況及回流焊的種類:
A、影響爐溫的關鍵地方是:
1.各溫區的溫度設定數值
2.各加熱馬達的溫差
3.鏈條及網帶的速度
4.錫膏的成份
5.PCB板的厚度及元件的大小和密度
6.加熱區的數量及回流焊的長度
7.加熱區的有效長度及泠卻的特點等
B、根據什么設置回流焊機溫度曲線
1、根據使用焊錫膏的溫度曲線進行設置。不同金屬含量的焊錫膏有不同的溫度曲線,應按照焊錫膏生產廠商提供的溫度曲線進行設置具體產品的回流焊溫度曲線;
2、根據PCB的材料、厚度、是否多層板、尺寸大小等;
3、根據表面組裝板搭載元器件的密度、元器件的大小以及有無BGA、CSP等特殊元器件進行設置。
4、根據設備的具體情況,例如:加熱區的長度、加熱源的材料、回(再)流焊爐的構造和熱傳導方式等因素進行設置。

無鉛錫膏分析:
常用無鉛錫膏的合金為Sn96.5Ag3Gu0.5,熔點是217度,下面以本公司典型產品ES-1000無鉛固晶錫膏為例說明,其推薦的回流曲線如下圖:

1、預熱區
預熱區升溫到150度,時間為90S左右,建議升溫速度控制在0.75°C/s 到 2°C/s之間.
2、恒溫區
恒溫區的最高溫度是217度左右,時間為80S,最高溫度和最低溫度差25度,建議升溫速度控制在0.5°C/s 到 1°C/s之間.
3、回流區
回流區的最高溫度是235-255度,最低溫度為217度,達到峰值的時間大概是35S左右;建議升溫速度控制在1°C/s 到 2°C/s之間,整個回流的時間保持在30-60S。
4、泠卻區
泠卻區的時間為70S左右,溫度由245度降到75度左右,建議降溫速度控制在1.5°C/s 到 3°C/s之間.

三、熱風回流焊溫度各個階段分析

能過以上步驟完成了熱風回流焊溫度曲線設置方法,接著就要分析一下各個階段回流焊的溫度了,熱風回流焊溫度曲線分為四個階段:回流焊預熱溫度、回流焊均熱溫度、回流焊回流焊接溫度、回流焊冷卻溫度。

1、熱風回流焊溫度預熱階段分析
回流焊預熱階段主要是蒸發、干燥焊錫膏中的溶劑,同時激活助焊劑中的活性劑,并開始去除氧化物。這一階段非常關鍵,必須進行緩慢而可控的升溫。如果升溫過快,助焊劑會沸騰,并將焊錫飛濺到整塊板上。而另一種缺陷則來自過快的升溫導致的焊錫膏塌陷,并最終造成錫橋的產生。當然,在所有溶劑蒸發前的焊錫膏加熱過程過長,也會使得焊錫膏粘度下降,從而產生塌陷。。
2、熱風回流焊均熱溫度階段分析
熱風回流焊均熱溫度主要是減少進入回流區的熱應力沖擊,防止焊接翹起,大體積的元件冷焊等問題。均熱階段另一個重要作用就是焊錫膏中的助焊劑開始發生活性反應,增大焊件表面潤濕性能,使得融化的焊錫能夠很好地潤濕焊件表面。所以在均熱溫度階段我們需要分析是否控制好溫度,保證保證助焊劑能很好地清潔焊面,又要保證助焊劑到達回流之前沒有完全消耗掉。
3、回流焊回流焊接溫度階段分析
回流焊回流階段溫度一般會高于回流線的溫度217攝氏度,錫膏在這個時候會發生潤濕反應,然后生成金屬間化合物層。到達最高溫度(235 -255℃),然后全自動回流焊開始降溫,落到回流線以下,焊錫凝固。回流區同樣應考慮溫度的上升和下降斜率不能使元件受到熱沖擊。回流區的最高溫度是由PCB板上的溫度敏感元件的耐溫能力決定的。在回流區的時間應該在保證元件完成良好焊接的前提下越短越好,一般為30-60秒最好,過長的回流時間和較高溫度,如回流時間大于90秒,最高溫度大于260度,會造成金屬間化合物層增厚,影響焊點的長期可靠性。
4、回流焊溫度冷卻階段分析
要想擁有好看,光亮,平滑的焊點,我們必須要控制好回流焊的溫度冷卻過程,因為如果冷卻不好的話會產生很多問題,比如元件彎曲,焊點無光,焊點表面有很多突起的毛刺。所以我們在對回流焊進行冷卻時一定要控制好溫度曲線。

四、熱風回流焊溫度會受到哪些因素影響

因為熱風回流焊的溫度控制直接影響著回流焊的質量好壞,因為回流焊的焊接工藝窗口比較小,所以我們要采用橫向溫度的控制方法。熱風回流焊橫向溫度曲線正常情況受到以下因素的影響。
1、熱風回流焊的熱風傳遞過程
在無鉛焊接時,我們需要注意熱效率在傳遞過程中的損耗。特別是像一些大熱容量的元器件,如果受熱不夠很容易造成溫度不足。
2、熱風回流焊熱傳遞方法
一般我們都是采用熱風微循環的加熱方式,把出風口對準加熱板孔吹氣,讓熱風在小范圍內流動。小循環的設計由于熱風的流動集中且有明確的方向性。這樣的熱風加熱熱傳遞效果增加15%左右,而熱傳遞效果的增加對減少大小熱容量器件的橫向溫差會起到較大的作用。
3、熱風回流焊鏈速的控制
鏈速的控制會影響線路板的橫向溫差。常規而言,降低鏈速,會給予大熱容量的器件更多的升溫時間,從而使橫向溫差減小。但是畢竟爐溫曲線的設置取決于焊膏的要求,所以無限制的降低鏈速在實際生產中是不現實的。
4、熱風回流焊風速與風量的控制
我們在對風速和風量的控制過程中需要注意風扇的轉速盡量減少設備抽排風量以避免對爐內熱風流動造成影響。還有一個是設備的穩定性,如果設備不穩定很容易跳出工藝窗口導致冷焊或原器件損壞,所以我們在對熱風回流焊風速和風量控制時也不要忘記了對設備穩定性進行測試。
總結,通過以上對熱風回流焊的溫度曲線介紹,設置,分析及回流焊的影響因素詳細分析,相信大家都很清楚熱風回流焊溫度設置方法了,希望本文能夠幫助大家。晨日科技也樂于幫助客戶解決焊接過程中的各項技術難題,包括對設備穩定性進行測試等,如果您有任何問題,請聯系我們的工程師,我們將竭誠為您服務。




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