怎樣設(she)定錫膏(gāo)回流溫(wen)度曲線(xian)?

   在使(shǐ)用表面(miàn)貼裝元(yuán)件的印(yin)刷電路(lu)闆(PCB)裝配(pei)中，要得(dé)到優質(zhì)的焊點(dian)，一條優(you)化的回(huí)流溫度(du)曲線是(shi)最重要(yào)的因素(su)之一。溫(wen)度曲線(xian)是施加(jiā)于電路(lu)裝配上(shang)的溫度(dù)對時間(jian)的函數(shu)，當📧在笛(di)卡爾平(ping)面作圖(tú)時，回流(liú)過程中(zhong)在任何(he)給定的(de)時間上(shàng)，代表PCB上(shang)一個特(tè)定點上(shang)的溫度(du)形🥵成一(yī)條曲線(xiàn)。

   幾個參(can)數影響(xiǎng)曲線的(de)形狀，其(qí)中最關(guan)鍵的是(shì)傳送帶(dai)速🔞度和(he)每🛀🏻個區(qu)的溫度(dù)設定。帶(dai)速決定(ding)機闆暴(bao)露在每(měi)個區☔所(suǒ)設定的(de)溫度👅下(xià)的持續(xu)時間，增(zeng)加持續(xù)時間可(ke)以允許(xǔ)更多時(shí)間使電(dian)路裝配(pèi)🔱接近該(gai)區的🐪溫(wēn)度設定(ding)。每個區(qū)所花的(de)持續👌時(shi)間總和(he)🚶決定總(zong)共的處(chu)理時間(jian)。

  每個區(qū)的溫度(du)設定影(yǐng)響PCB的溫(wen)度上升(sheng)速度，高(gāo)溫在PCB與(yǔ)😄區的溫(wen)度之間(jian)産生一(yī)個較大(da)的溫差(cha)。增加區(qū)的設定(dìng)溫度♌允(yun)許機闆(pan)更快地(di)達到給(gěi)定溫度(dù)。因此，必(bi)須作出(chu)一個圖(tu)形來決(jué)定PCB的溫(wēn)🐉度曲線(xiàn)。接下來(lai)是這🔴個(ge)步驟的(de)輪廓，用(yong)以産生(shēng)和優化(huà)圖形。

   在(zai)開始作(zuo)曲線步(bu)驟之前(qián)，需要下(xià)列設備(bei)和輔助(zhu)工具：溫(wēn)📧度曲⛱️線(xiàn)儀、熱電(dian)偶、将熱(re)電偶附(fù)着于PCB的(de)工具和(hé)錫膏參(can)數表。可(kě)從大🏃‍♂️多(duo)數主要(yao)的電子(zi)工具供(gòng)應商買(mai)到溫度(dù)曲線附(fù)件工具(jù)箱，這工(gong)具箱使(shǐ)得作曲(qǔ)線方便(bian)，因爲⛱️它(tā)包含全(quan)部所需(xu)的🛀附件(jian)(除了曲(qǔ)線儀本(běn)身)。

   現在(zai)許多回(huí)流焊機(ji)器包括(kuo)了一個(ge)闆上測(ce)溫儀，甚(shen)至一🆚些(xie)較小的(de)、便宜的(de)台面式(shì)爐子。測(ce)溫儀一(yī)般分爲(wèi)兩類：實(shí)💜時測㊙️溫(wēn)儀，即時(shí)傳送溫(wēn)度/時間(jiān)數據和(he)作出圖(tú)形；而另(lìng)一種測(ce)溫✍️儀采(cǎi)樣儲存(cun)數據，然(ran)後上載(zǎi)到計算(suàn)機。

  熱電(diàn)偶必須(xū)長度足(zú)夠，并可(ke)經受典(diǎn)型的爐(lu)膛溫度(du)。一般較(jiào)小☁️直徑(jìng)的熱電(dian)偶，熱質(zhi)量小響(xiang)應快，得(de)到的💁結(jie)果精确(que)。

   有幾種(zhong)方法将(jiang)熱電偶(ǒu)附着于(yú)PCB，較好的(de)方法是(shi)使用高(gao)溫焊錫(xi)如銀/錫(xī)合金，焊(hàn)點盡量(liàng)最小。

   另(ling)一種可(ke)接受的(de)方法，快(kuai)速、容易(yi)和對大(da)多數應(ying)用足夠(gòu)準确，少(shao)👅量的熱(rè)化合物(wu)(也叫熱(re)導膏或(huò)熱油脂(zhī)🤩)斑點覆(fu)蓋住熱(rè)電偶，再(zai)用高溫(wēn)膠帶(如(ru)Kapton)粘住。

   還(hai)有一種(zhong)方法來(lái)附着熱(re)電偶，就(jiu)是用高(gāo)溫膠，如(ru)氰基丙(bing)烯酸鹽(yán)粘合劑(jì)，此方法(fǎ)通常沒(mei)有其它(ta)方法可(ke)靠。

   附着(zhe)的位置(zhì)也要選(xuǎn)擇，通常(chang)最好是(shi)将熱電(diàn)偶尖附(fù)着在PCB焊(han)盤和相(xiang)應的元(yuan)件引腳(jiǎo)或金屬(shǔ)端之間(jiān)。

 

   
  ( 圖一、将(jiāng)熱電偶(ou)尖附着(zhe)在PCB焊盤(pán)和相應(ying)的元件(jian)引腳或(huo)㊙️金🐉屬端(duān)之間)

   錫(xī)膏特性(xing)參數表(biǎo)也是必(bi)要的，其(qí)包含的(de)信息對(dui)溫度💔曲(qǔ)線是至(zhi)❌關重要(yao)的，如：所(suǒ)希望的(de)溫度曲(qu)線持續(xù)時間🈲、錫(xi)膏活性(xìng)✍️溫度✨、合(he)金熔點(dian)和所希(xi)望的回(hui)流最高(gao)溫度。

   開(kai)始之前(qian)，必須理(li)想的溫(wen)度曲線(xian)有個基(ji)本的認(ren)識。理論(lun)上理想(xiǎng)的曲線(xiàn)由四個(gè)部分或(huo)區間組(zu)成，前面(mian)三個區(qu)加熱、最(zui)後一個(gè)區冷卻(què)。爐的溫(wen)區越多(duo)，越能使(shi)溫度🐉曲(qǔ)線的輪(lun)廓達到(dao)更準确(què)和接近(jin)設定。大(da)多數錫(xī)膏都能(néng)用四個(gè)基本溫(wen)區🛀🏻成功(gong)回流。

   ( 圖(tu)二、理論(lun)上理想(xiang)的回流(liu)曲線由(yóu)四個區(qu)組成，前(qian)面三個(gè)📐區加😍熱(re)、最後一(yī)個區冷(lěng)卻)

   預熱(rè)區，也叫(jiào)斜坡區(qu)，用來将(jiang)PCB的溫度(dù)從周圍(wei)環境溫(wen)度💰提升(sheng)到所須(xū)的活性(xing)溫度。在(zai)這個區(qu)，産品的(de)溫度以(yi)不超過(guo)每秒2~5°C速(su)度連續(xu)上升，溫(wen)度升得(de)太快會(hui)引起某(mou)些缺陷(xiàn)，如陶瓷(cí)電容的(de)細微裂(liè)紋，而溫(wēn)度上升(shēng)太慢，錫(xī)膏會感(gan)溫過🧡度(dù)，沒有足(zu)夠的時(shi)間使PCB達(dá)到活性(xing)溫度。爐(lú)的預熱(re)區一般(ban)占整個(ge)加熱通(tong)道長度(dù)的👈25~33%。

   活性(xìng)區，有時(shí)叫做幹(gan)燥或浸(jin)濕區，這(zhe)個區一(yi)般占加(jia)熱通🔆道(dao)的33~50%，有兩(liǎng)個功用(yòng)，第一是(shì)，将PCB在相(xiàng)當穩定(ding)的溫度(du)下感溫(wēn)，允許不(bú)同質量(liang)的元件(jiàn)在溫度(dù)上同質(zhi)，減少它(tā)們🚶的相(xiang)當溫差(chà)。第二個(gè)功能是(shì)，允許助(zhu)焊劑活(huó)性化，揮(huī)發性的(de)物質從(cóng)錫膏中(zhōng)揮發。一(yī)般普遍(bian)的活性(xìng)溫度範(fàn)圍是120~150°C，如(ru)果活性(xing)區的溫(wēn)度設定(dìng)太高，助(zhu)焊劑沒(mei)有足夠(gou)✊的時間(jian)活性化(hua)，溫度曲(qu)線的斜(xie)率是一(yī)個向上(shàng)遞增的(de)斜率。雖(sui)然有的(de)錫膏制(zhì)造商允(yǔn)許活😘性(xing)化期間(jian)一些溫(wen)度的增(zēng)加，但是(shì)理想的(de)曲線要(yào)求相當(dāng)平穩的(de)溫度，這(zhè)樣❄️使得(dé)PCB的溫度(du)在活性(xìng)區開始(shǐ)和結束(shù)時是相(xiàng)等的。市(shi)面上有(you)的爐子(zǐ)不能維(wei)持平📐坦(tan)的活性(xing)溫度曲(qǔ)線，選擇(zé)能維持(chi)平坦的(de)活性溫(wēn)度曲線(xiàn)的爐子(zǐ)，将提高(gao)可焊接(jie)性能，使(shǐ)用者有(you)一個較(jiao)大的處(chu)理窗口(kǒu)。

   回流區(qu)，有時叫(jiào)做峰值(zhi)區或最(zuì)後升溫(wen)區。這個(gè)區的🈲作(zuo)用是🌈将(jiāng)PCB裝配的(de)溫度從(cong)活性溫(wēn)度提高(gao)到所推(tuī)薦的峰(feng)值溫度(du)。活性溫(wēn)度總是(shì)比合金(jīn)的熔點(dian)溫度低(di)一點，而(ér)峰值溫(wēn)🌈度總是(shi)在熔點(dian)上。典型(xing)的峰值(zhi)溫度範(fàn)圍是205~230°C，這(zhe)🌈個區的(de)溫度設(she)定太高(gāo)會使其(qi)溫升斜(xié)率超過(guò)每秒2~5°C，或(huò)達到回(hui)流峰值(zhi)溫度比(bǐ)推薦的(de)高。這種(zhǒng)情況可(kě)能引起(qi)PCB的過分(fèn)卷曲、脫(tuō)層或燒(shāo)損，并損(sun)害元件(jian)的完整(zheng)性。

   今天(tian)，最普遍(bian)使用的(de)合金是(shi)Sn63/Pb37，這種比(bi)例的錫(xi)和鉛使(shi)得該合(hé)⭐金共晶(jing)。共晶合(hé)金是在(zai)一個特(tè)定溫度(du)下熔化(huà)的🌈合金(jīn)🈲，非共晶(jīng)合金有(yǒu)💛一個熔(róng)化的範(fan)圍，而不(bu)是熔點(dian)，有🐪時叫(jiao)做塑性(xìng)裝态。本(ben)文⭐所述(shù)的🈲所有(yǒu)例子都(dou)是指共(gong)晶🚩錫/鉛(qian)，因爲其(qí)使用廣(guǎng)泛，該合(hé)金的熔(róng)點爲183°C。

   理(li)想的冷(leng)卻區曲(qu)線應該(gāi)是和回(huí)流區曲(qǔ)線成鏡(jing)像關系(xi)。越是靠(kao)🔴近這種(zhong)鏡像關(guan)系，焊點(dian)達到固(gu)态的結(jié)構越🏃‍♀️緊(jǐn)密，得到(dao)焊接點(dian)的質量(liàng)越高，結(jié)合完整(zheng)性越好(hǎo)。

   作溫度(du)曲線的(de)第一個(ge)考慮參(cān)數是傳(chuán)輸帶的(de)速度設(she)定，該設(she)定将決(jue)定PCB在加(jiā)熱通道(dao)所花的(de)時間。典(dian)型🥰的錫(xi)㊙️膏制造(zao)廠參數(shu)要求3~4分(fèn)鍾的加(jia)熱曲線(xiàn)，用總的(de)加熱通(tong)✂️道長度(du)除以總(zǒng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的加熱(rè)感溫時(shí)間，即爲(wèi)準确的(de)傳輸帶(dai)速度，例(lì)如，當錫(xi)膏要求(qiu)四分鍾(zhōng)的加熱(rè)時🔴間，使(shi)用六英(ying)尺加熱(rè)通道📱長(zhǎng)度，計算(suàn)爲🔞：6 英尺(chǐ) ÷ 4 分鍾 = 每(mei)分鍾 1.5 英(ying)尺 = 每🔴分(fèn)鍾 18 英寸(cun)。

   接下來(lai)必須決(jue)定各個(gè)區的溫(wen)度設定(dìng)，重要的(de)是要了(le)🐪解實際(ji)🚶的區間(jian)溫度不(bú)一定就(jiù)是該區(qu)的顯示(shi)溫度。顯(xiǎn)示溫🏃‍♂️度(dù)隻是代(dài)表區内(nei)熱敏電(diàn)偶的溫(wen)度，如果(guo)熱電偶(ou)越靠近(jin)加熱源(yuan)，顯示的(de)溫度将(jiāng)相對比(bǐ)區間溫(wēn)度較高(gāo)，熱電偶(ǒu)越🌈靠近(jin)PCB的直接(jie)通道，顯(xian)示的溫(wēn)度将越(yue)能反應(ying)區間溫(wēn)度。明智(zhi)的是向(xiang)爐子制(zhi)造商咨(zī)詢了解(jiě)清楚顯(xiǎn)示溫度(du)和實際(ji)區間溫(wēn)度的關(guān)系。本文(wén)中将考(kǎo)慮的是(shì)區間溫(wēn)度而不(bu)是顯示(shì)溫度。表(biǎo)一列出(chu)的是用(yong)于典型(xíng)PCB裝配回(hui)流的區(qū)間溫度(dù)設定。

   表(biao)一、典型(xing)PCB回流區(qu)間溫度(dù)設定

區間(jian)	區(qū)間溫度(du)設定	區間(jian)末實際(jì)闆溫
預熱(rè)	210°C (410°F)	140°C (284°F)
活性	177°C (350°F)	150°C (302°F)
回(huí)流	250°C (482°C)	210°C (482°F)

  速(sù)度和溫(wen)度确定(dìng)後，必須(xu)輸入到(dào)爐的控(kòng)制器。看(kan)看手冊(cè)上其它(tā)需要調(diào)整的參(cān)數，這些(xie)參數包(bāo)括冷卻(què)風扇速(sù)度、強制(zhì)空氣🍓沖(chòng)擊和惰(duo)性氣體(tǐ)流量。一(yi)旦所有(yǒu)參數輸(shū)入後，啓(qi)動機器(qi)，爐子穩(wen)定後(即(ji)，所有實(shí)際⭐顯示(shi)溫度接(jiē)近符合(hé)設定參(cān)數)可以(yi)開始作(zuo)曲線。下(xia)🔞一部将(jiāng)PCB放入❗傳(chuan)送帶，觸(chù)發測溫(wēn)儀開始(shǐ)記錄數(shu)據。爲了(le)方便，有(you)些測溫(wēn)儀包括(kuò)觸發⭐功(gōng)能，在一(yī)個相對(dui)低的溫(wen)度自動(dong)啓動測(cè)溫儀，典(dian)型的這(zhè)🔞個溫度(du)比人體(ti)溫💜度37°C(98.6°F)稍(shāo)微高一(yī)點。例如(ru)，38°C(100°F)的自動(dòng)觸發器(qi)，允許測(ce)溫儀🐉幾(ji)乎在PCB剛(gang)放入傳(chuan)送帶進(jin)入爐時(shí)開始工(gōng)作，不至(zhi)于熱電(diàn)偶在人(rén)手上處(chu)理時産(chan)生誤觸(chu)發。

   一旦(dàn)最初的(de)溫度曲(qǔ)線圖産(chan)生，可以(yi)和錫膏(gao)制造商(shang)推⛹🏻‍♀️薦的(de)曲❤️線💯或(huo)圖二所(suo)示的曲(qu)線進行(háng)比較。

  首(shou)先，必須(xu)證實從(cong)環境溫(wēn)度到回(hui)流峰值(zhi)溫度的(de)總⭐時間(jian)♋和所希(xi)望的加(jia)熱曲線(xian)居留時(shi)間相協(xié)調，如果(guǒ)太長，按(an)比例地(dì)增加傳(chuán)送帶速(sù)度，如果(guo)太短，則(ze)相反🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。

   下(xià)一步，圖(tu)形曲線(xian)的形狀(zhuang)必須和(hé)所希望(wàng)的相比(bi)較(圖二(er))，如果形(xing)🏃‍♀️狀不協(xie)調，則同(tong)下面的(de)圖形(圖(tu)三~六)進(jìn)行比🐅較(jiào)。選擇與(yǔ)實際圖(tu)形🐉形狀(zhuàng)最相協(xie)調的曲(qu)線。應該(gai)考慮💚從(cong)左道右(yòu)(流程順(shùn)序)的🐪偏(piān)差，例如(rú)，如果預(yu)熱和回(huí)流區中(zhong)存在差(cha)異，首先(xiān)将💔預熱(rè)區的差(cha)異調正(zheng)确，一般(bān)最好每(měi)次調一(yī)個參數(shù)，在作進(jin)一步調(diao)整之🔅前(qian)運行這(zhe)個曲線(xian)設定。這(zhè)是因爲(wei)一個給(gei)定區的(de)改變也(yě)将影響(xiǎng)随後區(qu)的結果(guo)。我們也(yě)♊建議新(xīn)手所作(zuò)的調整(zheng)幅度相(xiàng)當較📱小(xiǎo)一點。一(yī)旦在特(tè)定的爐(lú)上取得(dé)經驗，則(zé)會有較(jiào)好的“感(gǎn)覺”來💃🏻作(zuo)多大幅(fú)度的調(diào)整。

圖三(sān)、預熱不(bu)足或過(guò)多的回(huí)流曲線(xian)

圖四、活(huó)性區溫(wēn)度太高(gao)或太低(di)

圖五、回(hui)流太多(duō)或不夠(gou)

圖六、冷(lěng)卻過快(kuai)或不夠(gou)

   當最後(hòu)的曲線(xiàn)圖盡可(kě)能的與(yu)所希望(wàng)的圖形(xing)相吻合(he)，應該把(ba)爐的參(can)數記錄(lù)或儲存(cún)以備後(hou)用。雖然(rán)這個過(guò)程開始(shǐ)很慢和(he)費力，但(dan)最終可(ke)以取得(de)熟練和(he)速度，結(jié)果得到(dào)💘高品質(zhi)的PCB的高(gao)效率的(de)🙇🏻生産。

   文(wén)章整理(lǐ)：昊瑞電(diàn)子/