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電路板回焊之原理與管理(一)回焊曲線(xiàn)的組成測繪

2020-05-19 12:01:49 478

一、電路板回焊曲線(xiàn)(Profile)的組成

當組裝板在金屬網(wǎng)式或雙軌式輸送帶上,通過(guò)回焊爐各段(Zone)的熱冷行程(例如8熱2冷之大型機,總長(cháng)5-6m的無(wú)鉛回焊爐),以達到錫膏熔融(Melting)以及冷卻(Cooling)癒合成為焊點(diǎn)的目的,其主要溫度變化可分為四部份,亦即:

 

(1)起步預熱段(Ramp-up)

指最前兩段之爐區,從室溫起步到達110-120℃之鞍首而言(例如10段機之1-2 Zone)。

 

回焊曲線(xiàn)

圖1、此為日本千住金屬9熱2冷式之回焊曲線(xiàn),可見(jiàn)到多層板之受熱要超過(guò)零組件,此即爆板隱憂(yōu)之所在。

 

(1)、緩升〈恒溫)吸熱段(Soak or Preheat)

指回焊曲線(xiàn)之緩升而較平坦的鞍部。例如10 段機之3-6段而言,時(shí)間60~90sec,鞍尾溫度150~170℃。希望能達到電路板與零組件的內外均溫,與趕走溶劑避免濺錫之目的。

 

(2)、峰溫強熱段(Spike or Peak)

可將板面溫度迅速(3℃/sec)衝高到235-245℃之間,以達到錫膏熔焊的目的;此段耗時(shí)以不超過(guò)20秒為宜(例如10段機之7-8兩段)。

 

(3)、快速冷卻段(Cooling)

之后再快速降溫(3-5℃/sec)使能瞬間固化形成焊點(diǎn),如此將可減少焊點(diǎn)之表面粗糙與微裂,且老化強度也會(huì )更好(例如10段機之9-10段)。為了將抽象的文字敘述簡(jiǎn)化為易懂的方便圖示起見(jiàn),利用簡(jiǎn)單直角座標的縱軸表達溫度,橫軸表達時(shí)間〈秒數),描繪出組裝板隨輸送帶按設定速度(例如0.9m/min)行走,過(guò)程中溫度起伏變化(熱量增加或減少)的曲線(xiàn),即稱(chēng)之為回焊曲線(xiàn)(Reflow Profile)。

 

 回焊曲線(xiàn)與田焊爐相互匹配的示意圖

圖2、左為回焊曲線(xiàn)與田焊爐相互匹配的示意圖,右為尾段降溫用的冷卻風(fēng)扇圖。

 

 有鞍型回焊曲線(xiàn)

圖3、左圖為有鞍型(RSS)回焊曲線(xiàn)及其各部段之說(shuō)明;

右圖為待焊板進(jìn)入加熱段受到上下強力熱風(fēng)吹送熱量之示意圖,上下熱風(fēng)之溫度與速度均可調整。

 

回焊曲線(xiàn)是經(jīng)由移動(dòng)式電子測溫儀與紀錄器(Profiler or Datalogger)所繪制,此儀器可引出數條K Type之慼熱導線(xiàn),并連接到數枚慼溫之熔合頭(Thermo—Coupler),使逐一固定在板面不同位置,移動(dòng)中執行“邊走邊測”的動(dòng)作。實(shí)作時(shí)是走在前面,隨后牽引慼溫儀通過(guò)全程而自動(dòng)繪制多條曲線(xiàn)。再自多條曲線(xiàn)中折衷選出最中道不傷元件者,做為正式產(chǎn)品之試焊曲線(xiàn),并在出爐完工板的品質(zhì)經(jīng)過(guò)認可后’即將該曲線(xiàn)存檔做為后續量產(chǎn)的作業(yè)根據。

 

 無(wú)鉛回焊曲線(xiàn)

圖4、左為無(wú)鉛回焊曲線(xiàn)與有鉛回焊曲線(xiàn)兩者在溫度與熱量〈即曲線(xiàn)下含之面積)比較上的落差,

即使二者TAC之秒數相等,但所涵蓋熱量之差異卻仍然很大。

右圖為有鉛與無(wú)鉛兩者可操作之范圍輿峰溫方面落差之比較。

 

 

二、電路板回焊曲線(xiàn)的測繪

利用有瑕疵的PCB與關(guān)鍵性的零組件,刻意改用高溫焊料(Sn l0/Pb 90)先在板面以手焊方式在各處腳墊上將熱偶焊妥,做為量產(chǎn)前測溫用的試焊板。所採用的“移動(dòng)式測溫儀”是由扁平機盒為主,內部主要是一片組裝板,PCB板面上安裝了一顆由電池驅動(dòng)的IC,此IC內已燒錄了專(zhuān)用軟體,可供各種數據的紀錄與整理。金屬外殼則另包覆耐熱材料,以保護內部不致受損。該扁平主機可監測全程任何時(shí)間任何位置的溫度(誤差須在±1 0℃以?xún)?,并以無(wú)線(xiàn)方式快速傳送(約每秒一次)資料到爐以外的電腦中。試焊板上亦可採用高溫膠帶去貼著(zhù)耐熱線(xiàn)避免其亂動(dòng)。試焊所得數據可採數種顏色繪成多條回焊曲線(xiàn),然后再根據經(jīng)驗權衡折衷而找出可用的最佳曲線(xiàn)(也就是將最怕熱的元件例為優(yōu)先考慮)。

 

感測線(xiàn)之熔合點(diǎn)在待焊板焊墊上採點(diǎn)膠

圖5、此為著(zhù)名品牌化(KIC)之移動(dòng)式測溫儀(Profiler)的全體組合,

可見(jiàn)到前行板面上可固著(zhù)的9條K-type感熱線(xiàn);右三圖為感測線(xiàn)之熔合點(diǎn)在待焊板焊墊上採點(diǎn)膠,

焊牢及高溫膠帶貼牢等三種固定法,以高熔點(diǎn)焊接法效果最好。

 

通常更換待焊板的料號時(shí),即應從檔案中找出正確的回焊曲線(xiàn),然后上機重新實(shí)焊一片首件板(First Artic1e),在焊點(diǎn)品質(zhì)無(wú)慮后即可展開(kāi)量產(chǎn)。不過(guò)一般老手卻未將動(dòng)態(tài)測溫儀用之于新料號首件板,而只是在每日開(kāi)工前,利用已接線(xiàn)的試焊板,對各區段的熱風(fēng)溫度進(jìn)行校驗與微調而已。

標簽: pcba

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