怎樣設定錫(xi)膏回流溫度(du)曲線?

   在使用(yòng)表面貼裝元(yuan)件的印刷電(dian)路闆(PCB)裝配中(zhōng)，要得🍓到優質(zhì)的焊點，一條(tiao)優化的回流(liú)溫度曲線是(shì)最重要的因(yin)素之一。溫度(du)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(shi)，回流過程中(zhōng)在任何給定(ding)的時間上📧，代(dai)表PCB上一個特(tè)定點上的溫(wēn)度形成一條(tiáo)曲線。

   幾個參(cān)數影響曲線(xiàn)的形狀，其中(zhōng)最關鍵的是(shi)傳送帶速度(du)和每個區的(de)溫度設定。帶(dai)速決定機闆(pan)暴露在每個(gè)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(duō)時間使電路(lù)裝配接近該(gai)區的溫度設(shè)定。每個區所(suǒ)花的持續時(shi)間總和決定(dìng)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(gao)溫在PCB與區的(de)溫度之間産(chǎn)生一個較大(dà)的溫差。增加(jiā)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(lai)決定PCB的溫度(du)曲線。接下來(lái)是這個步驟(zhou)的輪廓，用以(yi)産生和優化(huà)圖形。

   在開始(shǐ)作曲線步驟(zhou)之前，需要下(xia)列設備和輔(fǔ)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(cān)數表。可從大(da)多數主要的(de)電子工具供(gong)應商買到溫(wen)✉️度曲線附件(jian)工具箱，這工(gōng)具箱使得作(zuo)曲線方便，因(yīn)爲它包含全(quan)部所需的👨‍❤️‍👨附(fu)件(除了曲線(xian)儀本💯身)。

   現在(zài)許多回流焊(han)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(yi)一般分爲兩(liang)類：實時測☎️溫(wēn)儀，即時傳送(song)溫度/時間數(shu)據和作出圖(tu)形；而另一種(zhǒng)測溫👈儀采樣(yang)🤞儲存數據，然(rán)後上載到計(jì)算機🥵。

  熱電偶(ou)必須長度足(zú)夠，并可經受(shòu)典型的爐膛(tang)溫度。一般較(jiào)小直徑的熱(rè)電偶，熱質量(liang)小響應快，得(dé)到的結果精(jīng)确。

   有幾種方(fang)法将熱電偶(ǒu)附着于PCB，較好(hao)的方法是使(shi)用高溫焊錫(xī)如銀/錫合金(jīn)，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(ying)用足🌍夠準确(què)，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(yǒu)一種方法來(lai)附着熱電偶(ǒu)，就是用高溫(wen)膠，如氰基丙(bing)💚烯酸㊙️鹽粘合(he)劑，此方法通(tōng)常沒有其它(ta)方法可🧑🏾‍🤝‍🧑🏼靠。

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

 

   
  ( 圖一、将(jiāng)熱電偶尖附(fu)着在PCB焊盤和(he)相應的元件(jian)引腳🈲或💰金屬(shu)端之間)

   錫膏(gao)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(jian)、錫膏活性溫(wen)度、合金熔點(dian)和所希望的(de)回流最高溫(wēn)度。

   開始之前(qián)，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(huo)區間組成，前(qian)面三個🧑🏾‍🤝‍🧑🏼區加(jiā)熱、最後一🏃個(gè)區冷卻。爐的(de)溫區越多，越(yuè)能使溫度㊙️曲(qǔ)線的輪廓達(da)到更準确和(hé)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(yóu)四個區組成(cheng)，前面三個⭕區(qū)加熱、最後一(yī)個區冷卻)

   預(yù)熱區，也叫斜(xie)坡區，用來将(jiāng)PCB的溫度從周(zhou)圍環境溫❄️度(dù)🏃提升到所須(xū)的活性溫度(dù)。在這個區，産(chǎn)品的溫度以(yǐ)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(qǐ)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(xìng)溫度。爐的預(yu)熱區一般占(zhàn)整個加熱通(tōng)道長度的25~33%。

   活(huó)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(yī)是，将PCB在相當(dāng)穩定的溫度(du)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(xǔ)助焊劑活性(xìng)化，揮發🧑🏾‍🤝‍🧑🏼性的(de)物質🌍從錫膏(gao)中揮發。一般(bān)普遍的活性(xìng)溫度範圍是(shi)120~150°C，如果活性🌂區(qū)的溫度設♻️定(ding)太高，助焊劑(ji)沒有足夠🔴的(de)時間活性化(hua)，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(xing)化期間一些(xiē)溫度的增加(jia)，但是理想的(de)曲線要求相(xiang)當平穩的溫(wēn)度，這樣使得(de)PCB的溫度在活(huo)性區開始和(hé)結束時是相(xiàng)等的。市面上(shàng)有的爐子不(bu)🔅能維持平坦(tan)的活性溫度(du)曲線，選擇🏃🏻能(néng)維持平坦的(de)活性溫度曲(qǔ)線的爐子，将(jiāng)提高可焊接(jie)性🏃🏻能，使用者(zhě)有一個較大(dà)的處理窗口(kǒu)。

   回流區，有時(shí)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(jian)的峰值溫度(du)。活性溫度總(zǒng)是比合金的(de)熔點溫度低(dī)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(she)定太高會使(shi)其溫升斜率(lǜ)☁️超過每秒2~5°C，或(huo)達到回流峰(fēng)🛀值溫度比推(tuī)薦的高。這種(zhong)♋情況可能引(yin)起PCB的過分卷(juàn)曲、脫層或燒(shao)損，并損害元(yuán)👈件的完整性(xing)。

   今天，最普遍(biàn)使用的合金(jīn)是Sn63/Pb37，這種比例(lì)的錫和鉛使(shi)得該合金共(gòng)晶。共晶合金(jin)是在一個特(te)定溫度下熔(róng)化的合金，非(fei)共晶合金有(yǒu)一個熔化的(de)範圍，而不是(shì)熔點，有時叫(jiao)做塑性裝态(tài)。本文所述的(de)⚽所有例子都(dōu)是指共晶錫(xi)/鉛，因爲其使(shǐ)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(gai)是和回流區(qu)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(jie)🌏構越緊密，得(de)到焊接💋點的(de)質量越高，結(jie)合完整性越(yue)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(she)定将決定PCB在(zai)加熱通道所(suo)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(zǒng)的🔅加熱通道(dao)長度🥵除以總(zǒng)的加熱感溫(wēn)時間，即爲準(zhǔn)确的傳輸帶(dai)速度，例如，當(dang)錫膏要☎️求四(sì)分鍾的加熱(re)時間，使用六(liu)英尺加熱通(tong)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(qū)的溫度設定(dìng)，重要的是要(yào)了😍解實際💘的(de)區間溫度不(bu)一定就是該(gai)區的顯示溫(wen)度。顯示溫度(du)隻是代表區(qu)内熱敏電偶(ou)的溫度，如果(guo)熱電偶越靠(kao)近加熱源，顯(xiǎn)示的💛溫度将(jiang)🥵相對比區間(jiān)溫度較高，熱(rè)電偶越⭐靠近(jìn)PCB的直💁接通道(dào)，顯示的溫度(dù)将越能反應(yīng)區間溫度。明(míng)智的是向爐(lu)👨‍❤️‍👨子制造商咨(zī)👈詢了解清楚(chǔ)顯示溫度和(hé)實際區間溫(wen)度的關系。本(ben)文中将考慮(lǜ)的是區間溫(wēn)度而不是顯(xiǎn)示溫度。表一(yi)列出的是用(yong)于典型🙇🏻PCB裝配(pei)回流的區間(jian)溫度設定。

   表(biǎo)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(jì)闆溫
預(yu)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(wēn)度确定後，必(bì)須輸入到爐(lú)的控制器。看(kàn)看手冊上其(qí)它需要調整(zheng)的參數，這些(xiē)參數包括冷(lěng)卻🔞風扇✨速度(du)、強制空氣沖(chong)擊和惰性氣(qì)體流量。一旦(dan)所有參數輸(shū)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(shè)定參數)可以(yǐ)開始作曲線(xian)。下一部将PCB放(fàng)入傳送帶，觸(chu)發測溫儀開(kāi)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(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(dai)進入爐時開(kai)始工作，不至(zhì)于熱電偶在(zài)人手上處理(li)時産生誤觸(chù)發。

   一旦最初(chu)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(suǒ)示的曲線進(jìn)行比較。

  首先(xian)，必須證實從(cong)環境溫度到(dao)回流峰值溫(wen)度的總時間(jiān)和🎯所希🤩望的(de)加熱曲線居(ju)留時間相協(xié)調，如果太長(zhang)🈲，按比例地增(zeng)加傳送帶速(su)度，如果太短(duǎn)，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(tu)三~六)進行比(bi)較。選擇與實(shí)際圖形形狀(zhuang)最相協調的(de)曲線。應該考(kao)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(zài)差🌈異，首先将(jiāng)預熱區的🐪差(cha)異調正确，一(yi)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(yīn)☔爲一個給定(ding)區的改變也(ye)将影響随後(hòu)區的結果。我(wǒ)們也建議新(xin)手所作的調(diào)整幅度相當(dāng)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(dù)的🍉調整。

圖三(san)、預熱不足或(huo)過多的回流(liu)曲線

圖四、活(huo)性區溫度太(tài)高或太低

圖(tu)五、回流太多(duo)或不夠

圖六(liu)、冷卻過快或(huò)不夠

   當最後(hou)的曲線圖盡(jin)可能的與所(suo)希望的圖形(xing)相吻合，應該(gāi)把爐的參數(shu)記錄或儲存(cun)以備後用。雖(sui)然這個過程(cheng)開始很慢和(hé)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(xiào)率的生産。

   文(wen)章整理：昊瑞(ruì)電子/