如何實(shí)現(xiàn)無鉛再流焊溫度曲線的開發(fā)
來源：龍人計(jì)算機(jī)研究所 作者：站長 時(shí)間：2009-11-18 11:26:08
對于錫鉛合金，對于焊料的成分，整個(gè)行業(yè)是統(tǒng)一的--這種低熔點(diǎn)焊料的成分是63%的錫和37%的鉛，熔點(diǎn)為183℃。這種焊料的熔點(diǎn)和峰值溫度（220℃）的差別很大。雖然建議把整塊電路板的溫度維持在210℃至220℃之間，你可以成功地把溫度維持在190℃至225℃，而再流焊的結(jié)果仍然很好。這個(gè)情況就要發(fā)生變化。
實(shí)施無鉛法規(guī)的日期臨近�，F(xiàn)在，SAC (Sn/Ag/Cu)焊料的熔點(diǎn)大約是220℃。有一些元件，例如鋁電解電容器，最高溫度不可以持續(xù)地高于230℃。
為了適應(yīng)這些限制，無鉛裝配的峰值溫度應(yīng)該維持在230℃和245℃之間，變化的幅度只有15℃，與錫鉛裝配工藝的35℃相比，下降了大約60%。如果熱容量大的大元件與較小、易受溫度影響的元件一起使用，工藝窗口就會進(jìn)一步縮小。大元件的熱容量大，需要較高的峰值溫度，持續(xù)時(shí)間也需要較長，但較小的、對溫度敏感的元件則要求溫度較低，持續(xù)時(shí)間較短。由于工藝窗口縮小，要求對過程進(jìn)行密切的管理，在整個(gè)電路板上溫度更加一致。裝配車間要做到這一點(diǎn)并不容易，尤其對于那些復(fù)雜的電路板，沒有充足的時(shí)間和力量來開發(fā)再流溫度曲線。
在生產(chǎn)過程中，焊接溫度曲線是一個(gè)重要的變量，它對產(chǎn)品成品率的影響十分顯著。傳送帶的速度和溫度是焊接溫度曲線的兩個(gè)變量。對于不同的產(chǎn)品和不同的助焊劑，焊接溫度曲線是不同的。為了把性能做到最好，不同的焊膏也需要用不同的溫度曲線。
在開發(fā)溫度曲線時(shí)，我們需要把電路板裝上�？梢杂媒o定的傳送帶速度開始，用熱電偶監(jiān)測電路板上面一側(cè)的溫度。大多數(shù)新的再流焊接爐中都裝有熱電偶和軟件包來記錄溫度曲線。還買得到商用硬件和軟件包來簡化溫度曲線的開發(fā)工作。加熱曲線分為四個(gè)溫區(qū)。以下是設(shè)置這四個(gè)溫區(qū)的一些建議。
預(yù)熱區(qū)。在預(yù)熱區(qū)，溫度是30℃至175℃，元件供應(yīng)商通常建議使用的升溫速度是每秒2℃至3℃，以避免對容易受溫度影響的元件（例如，陶瓷片狀電阻器）造成熱沖擊。這 這個(gè)建議太保守，因?yàn)橥瑯拥碾娙萜魇怯貌ǚ搴�，在焊接過程中，它們的預(yù)熱溫度大約是從120℃，溫度上升到焊錫槽中的260℃。溫度很快上升出現(xiàn)場珠的可能性會增大。但是，使用每秒5℃的速度是安全的。
保溫區(qū)。在這個(gè)溫區(qū)，電路板達(dá)到溫度均勻。在這個(gè)溫區(qū)，溫度上升速度緩慢，溫度從75℃上升到220℃，溫度曲線幾乎是平的。在保溫區(qū)溫度過高的后果是出現(xiàn)錫珠，焊場會濺出來，這是因?yàn)楹父噙^分氧化而導(dǎo)致的結(jié)果。保溫區(qū)也起到焊膏的助焊劑活化區(qū)的作用。長時(shí)間保溫的目的是為了減少氣泡，尤其是對于球柵陣列（BGA）封裝器件。不使用保溫區(qū)，但把溫度平穩(wěn)地從預(yù)熱區(qū)升高到峰值再流溫度，這也是一個(gè)普遍的做法。然而，當(dāng)溫度逐步提高到峰值再流溫度時(shí)，出現(xiàn)空洞的可能性會增加。
再流區(qū)。在這個(gè)溫區(qū)，如果溫度太高，電路板有可能會燒傷或者燒焦。如果溫度太低，焊點(diǎn)會呈現(xiàn)灰暗和粒狀。這個(gè)溫區(qū)的峰值溫度，應(yīng)該高到足以使助焊劑充分起作用，而且濕潤性很好。但它不應(yīng)該高到導(dǎo)致元件或者電路板損壞、變色或者燒焦的程度。對于無鉛焊接，這個(gè)溫區(qū)的峰值溫度應(yīng)該是230℃至245℃。液相線以上時(shí)間（TAL）應(yīng)該是30秒到60秒。溫度高于焊料熔點(diǎn)或液相線的持續(xù)時(shí)間過長，會損壞易受溫度影響的元件。它也會導(dǎo)致金屬間的過度化合，使焊點(diǎn)變得很脆，降低焊點(diǎn)的抗疲勞能力。
冷卻區(qū)。再流之后焊點(diǎn)的冷卻速度也很重要。冷卻速度越快，焊料結(jié)晶粒度越小，抗疲勞能力越高，因此，冷卻速度應(yīng)該越快越好。
達(dá)到所需要的時(shí)間、溫度，在所有四個(gè)溫區(qū)整塊電路板的溫度均勻，在5℃至10℃之內(nèi)，對于開發(fā)一個(gè)再流溫度曲線而言，這是極為重要的。
實(shí)施無鉛法規(guī)的日期臨近�，F(xiàn)在，SAC (Sn/Ag/Cu)焊料的熔點(diǎn)大約是220℃。有一些元件，例如鋁電解電容器，最高溫度不可以持續(xù)地高于230℃。
為了適應(yīng)這些限制，無鉛裝配的峰值溫度應(yīng)該維持在230℃和245℃之間，變化的幅度只有15℃，與錫鉛裝配工藝的35℃相比，下降了大約60%。如果熱容量大的大元件與較小、易受溫度影響的元件一起使用，工藝窗口就會進(jìn)一步縮小。大元件的熱容量大，需要較高的峰值溫度，持續(xù)時(shí)間也需要較長，但較小的、對溫度敏感的元件則要求溫度較低，持續(xù)時(shí)間較短。由于工藝窗口縮小，要求對過程進(jìn)行密切的管理，在整個(gè)電路板上溫度更加一致。裝配車間要做到這一點(diǎn)并不容易，尤其對于那些復(fù)雜的電路板，沒有充足的時(shí)間和力量來開發(fā)再流溫度曲線。
在生產(chǎn)過程中，焊接溫度曲線是一個(gè)重要的變量，它對產(chǎn)品成品率的影響十分顯著。傳送帶的速度和溫度是焊接溫度曲線的兩個(gè)變量。對于不同的產(chǎn)品和不同的助焊劑，焊接溫度曲線是不同的。為了把性能做到最好，不同的焊膏也需要用不同的溫度曲線。
在開發(fā)溫度曲線時(shí)，我們需要把電路板裝上�？梢杂媒o定的傳送帶速度開始，用熱電偶監(jiān)測電路板上面一側(cè)的溫度。大多數(shù)新的再流焊接爐中都裝有熱電偶和軟件包來記錄溫度曲線。還買得到商用硬件和軟件包來簡化溫度曲線的開發(fā)工作。加熱曲線分為四個(gè)溫區(qū)。以下是設(shè)置這四個(gè)溫區(qū)的一些建議。
預(yù)熱區(qū)。在預(yù)熱區(qū)，溫度是30℃至175℃，元件供應(yīng)商通常建議使用的升溫速度是每秒2℃至3℃，以避免對容易受溫度影響的元件（例如，陶瓷片狀電阻器）造成熱沖擊。這 這個(gè)建議太保守，因?yàn)橥瑯拥碾娙萜魇怯貌ǚ搴�，在焊接過程中，它們的預(yù)熱溫度大約是從120℃，溫度上升到焊錫槽中的260℃。溫度很快上升出現(xiàn)場珠的可能性會增大。但是，使用每秒5℃的速度是安全的。
保溫區(qū)。在這個(gè)溫區(qū)，電路板達(dá)到溫度均勻。在這個(gè)溫區(qū)，溫度上升速度緩慢，溫度從75℃上升到220℃，溫度曲線幾乎是平的。在保溫區(qū)溫度過高的后果是出現(xiàn)錫珠，焊場會濺出來，這是因?yàn)楹父噙^分氧化而導(dǎo)致的結(jié)果。保溫區(qū)也起到焊膏的助焊劑活化區(qū)的作用。長時(shí)間保溫的目的是為了減少氣泡，尤其是對于球柵陣列（BGA）封裝器件。不使用保溫區(qū)，但把溫度平穩(wěn)地從預(yù)熱區(qū)升高到峰值再流溫度，這也是一個(gè)普遍的做法。然而，當(dāng)溫度逐步提高到峰值再流溫度時(shí)，出現(xiàn)空洞的可能性會增加。
再流區(qū)。在這個(gè)溫區(qū)，如果溫度太高，電路板有可能會燒傷或者燒焦。如果溫度太低，焊點(diǎn)會呈現(xiàn)灰暗和粒狀。這個(gè)溫區(qū)的峰值溫度，應(yīng)該高到足以使助焊劑充分起作用，而且濕潤性很好。但它不應(yīng)該高到導(dǎo)致元件或者電路板損壞、變色或者燒焦的程度。對于無鉛焊接，這個(gè)溫區(qū)的峰值溫度應(yīng)該是230℃至245℃。液相線以上時(shí)間（TAL）應(yīng)該是30秒到60秒。溫度高于焊料熔點(diǎn)或液相線的持續(xù)時(shí)間過長，會損壞易受溫度影響的元件。它也會導(dǎo)致金屬間的過度化合，使焊點(diǎn)變得很脆，降低焊點(diǎn)的抗疲勞能力。
冷卻區(qū)。再流之后焊點(diǎn)的冷卻速度也很重要。冷卻速度越快，焊料結(jié)晶粒度越小，抗疲勞能力越高，因此，冷卻速度應(yīng)該越快越好。
達(dá)到所需要的時(shí)間、溫度，在所有四個(gè)溫區(qū)整塊電路板的溫度均勻，在5℃至10℃之內(nèi)，對于開發(fā)一個(gè)再流溫度曲線而言，這是極為重要的。
