【文章內(nèi)容簡介】 時(shí)溫度曲線。 溫度曲線測量、分析系統(tǒng) ：測量溫度曲線需要溫度曲線測量儀。根據(jù)再流焊設(shè)備的配置，有的設(shè)備自帶 3～ 12根耐高溫導(dǎo)線的熱電偶并自帶測試軟件，有的設(shè)備需要另外配置由溫度采集器、熱電偶、軟件組成的溫度曲線測量、分析系統(tǒng)。 ? 熱電偶測溫基本原理 ： 熱電偶的測溫原理是基于 1821年塞貝克發(fā)現(xiàn)的熱電現(xiàn)象，利于兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體連接在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。根據(jù)這一對不同金屬導(dǎo)線中的溫差電勢值就能顯示出測溫點(diǎn)的溫度。 ② 熱電偶的種類：常用的熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。目前我因我部按 IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶，可運(yùn)用于不同溫度、不同場合、。 SMT一般采用 K型熱電偶。 ③ 熱電偶的結(jié)構(gòu)要求：為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下： a) 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固。 b) 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路。 c) 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠。 d) 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 ④ 熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償：由于熱電偶的材料一般都比較貴重，而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端 (自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號應(yīng)相配，極性不能接錯，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃ 。 ⑤ 測溫方式：接觸式和非接觸式兩大類。 SMT熱電偶采用接觸式測溫方式。接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度高。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，反應(yīng)速度比較快，但測量誤差較大。 ⑥ SMT 使用 K型熱電偶應(yīng)注意的問題： a) 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固。 b) 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路。 c) 接觸式測溫方式，由于測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象。 d) K型熱電偶的允許測溫誤差為 177。 %。 e) 熱電偶結(jié)點(diǎn)必須與被監(jiān)測表面直接，可靠的接觸。 f) 用于將熱電偶結(jié)點(diǎn)固定到被測表面的材料應(yīng)最少。 g) 根據(jù)熱電偶測溫原理，每年必須對熱電偶校驗(yàn)一次。 ⑦ 熱電偶的固定方法： 熱電偶固定方法有許多種，主要有 4種方法，具體如下： a) 高溫焊料焊接固定熱電偶 b) 采用膠粘劑固定熱電偶 c) 高溫膠粘帶固定熱電偶 采用高溫膠粘帶是最常用的固定方法，可在焊點(diǎn)，焊盤，塑料，陶瓷， PCB等任何表面使用，缺點(diǎn)是連接點(diǎn)少量翹起，只要離開被測表面千分之一英寸，測量溫度也將主要是周圍環(huán)境的熱空氣溫度，另一方面高溫膠粘帶在一定程度上還會受到熱輻射的影響。 d) 機(jī)械方法固定熱電偶 固定方法 高溫焊料 膠粘劑 高溫膠粘帶 機(jī)械固定 測溫誤差 平均 ≈1～ 2℃ ≈3～ 4℃ ≈2℃ ≈1～ 2℃ 表 1 各種固定方法測溫準(zhǔn)確性比較（峰值溫度 235℃ ） 從表 1可以看出，各種固定方法的測溫誤差平均 ≈2～ 3℃ ，其中高溫焊料和機(jī)械固定的測溫準(zhǔn)確性比較好。 ⑧ 如何獲得精確的測試數(shù)據(jù)： 熱電偶連接不當(dāng)會影響溫度曲線的精確性，還可能損壞電路板，以下有幾種交叉檢驗(yàn)安裝技術(shù)的方法，其原理是將這些連接技術(shù)與一種可靠的“基準(zhǔn)”進(jìn)行比較。 a) 將熱電偶交換位置并重新測試 這種方法能夠驗(yàn)證測試數(shù)據(jù)的正確性，如果所測得的溫度曲線相同，說明各測試點(diǎn)的熱響應(yīng)相同，熱電偶是比較有效的。 b) “熱點(diǎn)”法 熱點(diǎn)法是利用一種類似 PH試紙的薄膜，它會在規(guī)定的溫度下改變顏色。 c) 將多條熱電偶用多種連接方法固定在同一焊盤上進(jìn)行比較 這種方法可以比較各種連接方法所獲得測試數(shù)據(jù)的差異。 d) 將多條熱電偶采用同一種連接方法固定在同一焊盤上進(jìn)行比較 這種方法可以比較多條熱電偶之間的測試誤差。 正確分析與優(yōu)化再流焊溫 度曲線 測定實(shí)時(shí)溫度曲線后應(yīng)進(jìn)行分析，優(yōu)化（調(diào)整），以獲得最佳，最合理的溫度曲 線。分析，優(yōu)化時(shí)必須根據(jù)實(shí)際的焊接效果，焊膏溫度曲線，同時(shí)結(jié)合焊接理論設(shè) 計(jì)一條“理想的溫度曲線”，并將它作為優(yōu)化的“標(biāo)準(zhǔn)”。 ? 理想的溫度曲線 “理想的溫度曲線”是以焊接理論為基礎(chǔ)，以選定焊膏的溫度曲線，表面組裝 板的尺寸，厚度，層數(shù)，元件尺寸大小，組裝密度具體等條件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，然后進(jìn) 行多次實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)的焊接效果進(jìn)行檢測，與 IPC標(biāo)準(zhǔn)比較，直到焊接 OK為止。“理 想的溫度曲線”應(yīng)該避開技術(shù)規(guī)范極限值，靠近上限和下限溫度曲線的工藝性比較 差，工藝不穩(wěn)定，容易受到一些隨機(jī)的因素影響。 ? 正確分析與優(yōu)化再流焊溫度曲線 再流焊溫度曲線的優(yōu)化是通過對再流焊爐各溫區(qū)的溫度，傳送速度，風(fēng)量等參數(shù) 的設(shè)置和調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的。因此，再流焊溫度曲線的優(yōu)化過程是對再流焊爐參數(shù)的調(diào) 整過程。 1. 實(shí)時(shí)溫度曲線與“理想的溫度曲線”進(jìn)行比較并作適當(dāng)調(diào)整 有鉛和無鉛再流焊溫度曲線的設(shè)置，分析與優(yōu)化方法是相同的，只是無鉛工藝做 得更細(xì)致一點(diǎn)，下面以 63Sn37Pb焊膏為例，介紹如何正確分析與優(yōu)化再流焊溫度曲 線。 ? 升溫區(qū) 從室溫到 100℃ 為升溫區(qū)，也稱預(yù)熱 1區(qū)。升溫速度一般控制在 2℃ /s，或 160℃ 以 前的升溫速度控制在 1～ 2℃ /s。 如果升溫速度過快，容易使用焊膏合金中的微粉隨溶劑揮發(fā)而飛濺到 PCB焊盤以 外的地方，回流時(shí)造成焊錫珠；如果升溫速度過慢，溶劑揮發(fā)不干凈，回流時(shí)也會 造成飛濺。因此，需要控制升溫區(qū)的升溫速度。 ② 預(yù)熱區(qū) 100～ 150（ 160） ℃ 為預(yù)熱區(qū)，也稱保溫區(qū)。預(yù)熱區(qū)的時(shí)間約 60～ 90s。 在預(yù)熱區(qū)， PCB和元件得到充分預(yù)熱。緩慢升溫，充分預(yù)熱的作用是避免元件及 PCB突然進(jìn)入回流區(qū)，由于受熱太快而損壞元件，造成 PCB變形；充分預(yù)熱的另一 個(gè)作用是減小 PCB與大小元件的溫差，有利于降低回流時(shí)大小元件的焊接溫差。但 是，如果預(yù)熱溫度太高，時(shí)間過長，容易使用金屬粉末氧化，影響焊接質(zhì)量。 ③ 快速升溫區(qū)（助焊劑浸潤區(qū)） 助焊劑浸潤區(qū)理想的升溫速度為 ～ ℃ /s。 我們知道，焊膏中助焊劑的主要成分是松脂，活化劑，溶劑和少量其他添加劑。 松脂的活化溫度在 170～ 170℃ ，恰好在有鉛錫膏合金熔點(diǎn)（ 183℃ ）之下。所謂“活 化”就是發(fā)生分解反應(yīng)，在活化溫度下松香酸能夠起到清洗氧化銅的作用。一般要求 在合金熔化之前 5～ 6s焊膏中的助焊劑開始迅速分解活化，這樣既能夠起到清洗作 用，又能使助焊劑在合金熔化后還保持一定的活性，有利于清洗焊料，降低焊料的 粘度和表面張力，提高浸潤性，加速擴(kuò)散速度。 ④ 回流區(qū) 回流區(qū)是焊料流動的液相區(qū)，此區(qū)域是焊膏從熔化到凝固形成焊點(diǎn)的焊接區(qū)?；? 流時(shí)間過短，可能會造成焊接不充分；時(shí)間過長，會形成過多的金屬間化合物，還 會使焊端和液態(tài)焊料高溫再氧化，影響焊點(diǎn)可靠性。 ⑤ 峰值區(qū) 峰值區(qū)是形成金屬間合金層的關(guān)鍵區(qū)域。 經(jīng)實(shí)踐證明， SnPb合金在液相線之上 30～ 40s左右為最佳焊接溫度。 焊接熱是溫度和時(shí)間的函數(shù)。峰值溫度低或時(shí)間短，會使焊接不充分，金屬間合 金層太薄（ )，嚴(yán)重時(shí)會造成焊膏不熔；峰值溫度過高或回流時(shí)間長，會造成 焊料嚴(yán)重氧化，合金層過厚（ 4um)，影響焊點(diǎn)強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)會損壞元件和 PCB。 ⑥ 冷卻區(qū) 從峰值溫度到爐子出口溫度稱為冷卻區(qū)。此區(qū)域焊料冷卻，凝固，它是形成焊點(diǎn) 的關(guān)鍵區(qū)域。 冷卻速率對焊點(diǎn)的質(zhì)量有很大影響。對于焊點(diǎn)而言，要求快速冷卻，快速冷卻的 結(jié)晶顆粒最小，焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度高；但降溫速度過快也會使焊點(diǎn)應(yīng)力過大，過 快降溫會損壞元件，綜合考慮，冷卻速率一般控制在 2～ 4℃ /s。 2. 調(diào)整溫度曲線的準(zhǔn)則 調(diào)整溫度曲線時(shí)應(yīng)以熱容量最大，最難焊的元件為準(zhǔn)，要使最難焊的焊點(diǎn)溫度達(dá) 到 210℃ 以上。 應(yīng)特別注意： ? 熱電偶的連接是否有效。 ? 考慮到熱電偶與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，需要一定時(shí)間才能達(dá)到熱平 衡，存在測溫的延遲現(xiàn)象，必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)證測試數(shù)據(jù)的有效性。 3. 傳送帶速度的設(shè)置 傳送帶速度應(yīng)根據(jù)爐子的加熱區(qū)長度，溫度曲線要求進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，鏈速與加 熱區(qū)長度成正比。改變鏈速對溫度曲線的影響大于改變爐溫設(shè)置。 4. 風(fēng)速，風(fēng)量的設(shè)置 目前強(qiáng)制式熱風(fēng)爐的風(fēng)機(jī)都有風(fēng)速，風(fēng)量的調(diào)整功能。如果組裝析上有 0201， 01005等極小元件，風(fēng)速，風(fēng)量應(yīng)低一些。 雙面回流焊工藝控制 雙面回流焊已經(jīng)大量應(yīng)用，但是這個(gè)工藝控制仍存在一些問題。如果控制不當(dāng)， 有些底部的大元件可能會在第二次回流焊過程中掉落，或者底部焊點(diǎn)經(jīng)過第二次回 流焊后部分焊點(diǎn)熔融，而造成焊點(diǎn)的可靠性問題。 雙面回流焊大致有 4種方法，下面分別介紹這 4種方法。 ① 用貼片膠粘 這種方法是用膠粘住輔面元件，工藝流程如下： 此方法很常用，但是工藝復(fù)雜，同時(shí)需要額外的設(shè)備和操作步驟，增加了成本。 ② 應(yīng)用不同熔點(diǎn)的焊錫合金 這種方法是鋪面第一次回流采用較高熔點(diǎn)合金，主要第二次回流采用較低熔點(diǎn)合 金。這種方法的問題是高熔點(diǎn)的合金勢必提高回流焊的溫度，因此可能會對元件與 PCB本身造成損傷。低熔點(diǎn)合金可能愛到最終產(chǎn)品工作溫度的限制，也會影響產(chǎn)品 可靠性。 ③ 第二次回流焊時(shí)將爐子底部溫度調(diào)低吹冷風(fēng) 這種方法是通過降低第二次回流焊時(shí)爐子底部溫度，使 PCB底部焊點(diǎn)溫度低于二 次回流熔點(diǎn)，使用二次回流時(shí) PCB底部焊點(diǎn)不至于熔化。采用這種方法對設(shè)備有一 定的要求，要示爐子具備吹冷風(fēng)的功能。但由于上，下面溫差產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，也會影 響可靠性。實(shí)際上很難將 PCB上，下面拉開 30℃ 以上的溫差，因其可能會引起二次 熔融不充分，造成焊點(diǎn)質(zhì)量變差。 ④ 雙面采用相同溫度曲線 這種方法是目前應(yīng)用最多的雙面回流焊工藝。對于大多數(shù)小元件，由于熔融焊點(diǎn) 的表面張力足以抓住底部元件，二次熔融后完全可以形成可靠的焊點(diǎn)。 常見回流焊焊接缺陷分析及解決措施 ? 再流焊的工藝特點(diǎn) ① 有“再流動”與自定位效應(yīng) ,元件貼裝后只是被焊膏臨時(shí)固定在印制板的相應(yīng)位位置上 ,當(dāng)焊膏達(dá)到熔融溫度時(shí) ,焊料還要 “ 再流動”一次此時(shí)元器件受熔融焊料表面張力的作用發(fā)生位置移動。如果焊盤設(shè)計(jì)正確（焊盤位置尺寸對稱，焊盤間距恰當(dāng)），元器件端頭與印制板焊盤的可焊性良好，當(dāng)元器件的全部焊端或引腳與對應(yīng)焊盤同時(shí)被熔融焊料潤濕時(shí)，就會產(chǎn)生自定位（或稱為自校正）效應(yīng)。當(dāng)元器件貼放位置有少時(shí)偏離時(shí)，在表面張力的作用下，能自動被拉回到近似目標(biāo)位。但是如 PCB焊盤設(shè)計(jì)不正確，或元器件端頭與印制板焊盤的可焊性不好，或焊膏本身質(zhì)量不好，或工藝參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)?shù)?，即使貼裝位置十分準(zhǔn)確，再流焊時(shí)由于表面張力不平衡，焊接后也會出現(xiàn)元件位置偏移、吊橋、潤濕不良等焊接缺陷。這就是 SMT再流焊工藝最大的特點(diǎn)。因?yàn)檫@些特性，再流焊工藝對貼裝精度要求比較寬松，但對焊盤設(shè)計(jì)、元器件標(biāo)準(zhǔn)化、元器件端頭與印制板質(zhì)量、焊料質(zhì)量及工藝參數(shù)的設(shè)置有更嚴(yán)格的要求。 ② 再流焊工藝中，焊料是預(yù)先分配到印制板焊盤上的，每個(gè)焊點(diǎn)的焊料成分與焊料量是固定的。 ? 影響再流焊質(zhì)量的原因分析 : ① PCB焊盤設(shè)計(jì) : 元件尺寸越小重量越輕，由于自校正效應(yīng)越強(qiáng)，因此對焊盤結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計(jì)要 求更嚴(yán)格。以 Chip元件為例，焊盤設(shè)計(jì)一定要符合對稱性，適當(dāng)?shù)暮副P寬度、焊盤 長度、焊盤間距，確保元件端頭或引腳與焊盤的搭接尺寸等設(shè)計(jì)原則。 ② 焊膏的性能、質(zhì)量及焊膏的正確使用： 焊膏是一種均質(zhì)混合物，由焊料合金粉，助焊劑和一些添加劑等混合而成，是 具有一定粘度的良好觸變性的膏狀體。焊膏中，合金與助焊劑和配比，顆粒度及分 布，合金的氧化度，助焊劑和添加劑的性能，焊膏的粘度，可焊性，焊接強(qiáng)度，觸 變性，塌落度，粘結(jié)性，腐蝕性，焊膏的工作壽命和儲存期限等都會影響再流焊的 質(zhì)量。焊膏的性能，質(zhì)量直接影響再流焊的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的具體情況和可靠性 要求，選擇合適的焊膏。另外，焊膏使用不當(dāng)，也會發(fā)生焊接質(zhì)量問題。例如，從 冰箱取出的焊膏直接使用，由于焊膏的溫度比室溫低，產(chǎn)生水汽凝結(jié)，即焊膏吸收 空氣中的水分，攪拌后使用水汽混在焊膏中，再流焊升溫時(shí)，水汽蒸發(fā)帶出金屬粉 末，在高溫下水汽會使金屬粉末氧化，飛濺形成錫珠，還會產(chǎn)生潤濕不良等問題。 ③ 焊膏印刷質(zhì)量： 據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在 PCB設(shè)計(jì)正確，元件和印制板質(zhì)量有保證的前提下，表面組裝的 質(zhì)量問題中有 70%出在印刷工藝。影響印刷質(zhì)量的因素很多，主要有以下幾個(gè)： a) 模板質(zhì)量 模板印刷是