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如何實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛再流焊溫度曲線的開(kāi)發(fā)

      對(duì)于錫鉛合金,對(duì)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(wú)鉛法規(guī)的日期臨近。現(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(wú)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(huì)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(zhǎng),但較小的、對(duì)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(duì)過(guò)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(duì)于那些復(fù)雜的電路板,沒(méi)有充足的時(shí)間和力量來(lái)開(kāi)發(fā)再流溫度曲線。
  在生產(chǎn)過(guò)程中,焊接溫度曲線是一個(gè)重要的變量,它對(duì)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(duì)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(kāi)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(kāi)始,用熱電偶監(jiān)測(cè)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(lái)記錄溫度曲線。還買得到商用硬件和軟件包來(lái)簡(jiǎn)化溫度曲線的開(kāi)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(duì)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(guò)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(chǎng)珠的可能性會(huì)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(guò)高的后果是出現(xiàn)錫珠,焊場(chǎng)會(huì)濺出來(lái),這是因?yàn)楹父噙^(guò)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(zhǎng)時(shí)間保溫的目的是為了減少氣泡,尤其是對(duì)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(huì)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(huì)燒傷或者燒焦。如果溫度太低,焊點(diǎn)會(huì)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(rùn)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(duì)于無(wú)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(guò)長(zhǎng),會(huì)損壞易受溫度影響的元件。它也會(huì)導(dǎo)致金屬間的過(guò)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(duì)于開(kāi)發(fā)一個(gè)再流溫度曲線而言,這是極為重要的。
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