怎(zen)樣設定錫(xi)膏回流溫(wēn)度曲線?

   在使用(yòng)表面貼裝(zhuāng)元件的印(yìn)刷電路闆(pǎn)(PCB)裝配中，要(yào)得♻️到優質(zhì)🐪的焊點，一(yī)條優化的(de)回流溫度(dù)曲線是最(zui)重要的⭕因(yīn)素之一🥰。溫(wen)度✍️曲線是(shi)施加于電(dian)路裝配上(shàng)的溫度對(dui)時間的函(hán)數，當在笛(dí)卡爾平面(miàn)作圖時，回(huí)流過程中(zhōng)在任何給(gěi)定的時間(jiān)上，代表PCB上(shàng)一個特定(ding)點上的溫(wen)度形成一(yī)條曲線。

   幾(jǐ)個參數影(ying)響曲線的(de)形狀，其中(zhōng)最關鍵的(de)是傳送帶(dài)速度和每(mei)個區的溫(wēn)度設定。帶(dài)速決定機(ji)闆暴露在(zai)每個區所(suo)設定的溫(wēn)度下的持(chi)續時間，增(zeng)加持續時(shi)間可👌以允(yun)許🌈更多時(shí)間使電路(lù)裝配接近(jin)該區的🌈溫(wen)度設定。每(měi)個區所🏃🏻‍♂️花(huā)的持續時(shí)間總和決(jué)定總共的(de)處理時間(jiān)。

  每個區的(de)溫度設定(dìng)影響PCB的溫(wēn)度上升速(su)度，高溫在(zài)♈PCB與區的溫(wen)度之間産(chǎn)生一個較(jiao)大的溫差(chà)。增加區的(de)🈲設定溫度(du)📧允許機闆(pǎn)更快地達(da)到給定溫(wēn)度。因此，必(bì)須作出一(yī)個圖形來(lái)決定PCB的溫(wēn)♉度曲線。接(jiē)下來是這(zhe)個步驟的(de)輪廓，用以(yǐ)産生和優(you)☎️化圖形。

   在(zài)開始作曲(qǔ)線步驟之(zhī)前，需要下(xia)列設備和(he)輔助工具(jù)：溫♋度曲線(xiàn)儀、熱電偶(ǒu)、将熱電偶(ou)附着于PCB的(de)工具和錫(xi)膏參數表(biao)。可從大🔞多(duo)數主要的(de)電子工具(jù)供應商🈲買(mǎi)到溫度曲(qǔ)線附件工(gōng)具箱，這工(gōng)具箱使得(de)作曲線方(fāng)便，因爲🌈它(tā)包含全部(bu)所需的🙇🏻附(fu)件(除了曲(qu)線儀本🌐身(shēn))。

   現在許多(duō)回流焊機(jī)器包括了(le)一個闆上(shàng)測溫儀，甚(shèn)至👌一些較(jiao)小的、便宜(yí)的台面式(shì)爐子。測溫(wen)儀一般分(fen)爲兩類：實(shi)時測溫儀(yí)，即時傳送(sòng)溫度/時間(jiān)數據和作(zuò)🈲出圖形㊙️；而(ér)另一⚽種測(ce)溫儀采樣(yang)儲存數據(jù)，然後上載(zai)到計算機(jī)。

  熱電偶必(bi)須長度足(zú)夠，并可經(jing)受典型的(de)爐膛溫度(du)。一般較小(xiao)直徑的熱(re)電偶，熱質(zhì)量小響應(ying)快，得到的(de)結果精确(què)。

   有幾種方(fāng)法将熱電(dian)偶附着于(yu)PCB，較好的方(fāng)法是使用(yong)㊙️高溫焊錫(xī)如銀/錫合(hé)金，焊點盡(jìn)量最小。

   另(lìng)一種可接(jiē)受的方法(fǎ)，快速、容易(yi)和對大多(duō)數應用足(zú)夠準确，少(shǎo)量的熱化(huà)合物(也叫(jiào)熱導膏或(huò)熱油脂)斑(bān)點覆蓋住(zhu)熱電偶，再(zài)用高溫膠(jiāo)帶(如Kapton)粘住(zhu)。

   還有一種(zhǒng)方法來附(fù)着熱電偶(ǒu)，就是用高(gao)溫膠，如氰(qíng)基丙🛀🏻烯酸(suān)鹽粘合劑(ji)，此方法通(tong)常沒有其(qi)它方法可(ke)靠。

   附着的(de)位置也要(yào)選擇，通常(chang)最好是将(jiāng)熱電偶尖(jian)附着在PCB焊(hàn)盤和📱相應(yīng)的元件引(yǐn)腳或金屬(shu)端之間。

 

   
  ( 圖(tú)一、将熱電(dian)偶尖附着(zhe)在PCB焊盤和(he)相應的元(yuán)件引腳或(huò)金屬端之(zhi)間)

   錫膏特(te)性參數表(biao)也是必要(yào)的，其包含(hán)的信息對(duì)溫度曲線(xiàn)是至關重(zhòng)要的，如：所(suǒ)希望的溫(wen)度曲線持(chi)續😄時間、錫(xī)膏活性溫(wen)度、合金熔(rong)點和所希(xī)望的回流(liu)最高溫度(dù)。

   開始之前(qián)，必須理想(xiǎng)的溫度曲(qǔ)線有個基(ji)本的認識(shí)。理論上理(li)想的曲線(xian)由四個部(bu)分或區間(jiān)組成，前面(mian)✏️三個💔區加(jiā)熱、最🌈後一(yi)個區冷卻(què)。爐的溫區(qu)越多，越能(neng)使溫度曲(qu)線的輪廓(kuò)達到更準(zhun)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼确和接近(jin)設定。大多(duo)數錫膏都(dou)能用四個(ge)基本溫區(qu)成功回流(liú)。

   ( 圖二、理論(lùn)上理想的(de)回流曲線(xiàn)由四個區(qu)組成，前面(mian)三個區加(jia)熱、最後一(yī)個區冷卻(que))

   預熱區，也(yě)叫斜坡區(qu)，用來将PCB的(de)溫度從周(zhou)圍環境溫(wēn)度提升到(dao)所須的活(huó)性溫度。在(zài)這個區，産(chan)品的溫度(dù)以不超過(guò)⭐每秒2~5°C速度(dù)連續上升(sheng)，溫度升得(dé)太快會引(yin)起某些👄缺(que)陷，如陶瓷(cí)電容的細(xì)微裂紋，而(ér)溫度上升(sheng)太慢，錫膏(gāo)☔會感溫過(guo)度，沒有足(zú)❓夠的時間(jian)使PCB達到活(huo)性溫度。爐(lu)的✨預熱區(qū)一般占整(zhěng)個加熱✏️通(tōng)道長度的(de)25~33%。

   活性區，有(you)時叫做幹(gan)燥或浸濕(shī)區，這個區(qū)一般占加(jia)熱通道的(de)33~50%，有兩個功(gōng)用，第一是(shi)，将PCB在相當(dang)穩定的溫(wen)🍉度下感溫(wēn)，允許👌不同(tóng)質量的元(yuan)件在溫度(du)上同質，減(jian)少它們的(de)相當☂️溫差(cha)。第二個功(gōng)能是，允許(xu)助焊劑活(huó)性化，揮發(fa)性的物質(zhì)從錫膏中(zhōng)揮發。一般(bān)普遍的活(huo)性溫度範(fan)圍🔞是120~150°C，如果(guo)活性區的(de)溫度設定(dìng)太高，助焊(han)劑沒有足(zú)夠的時間(jiān)活性化，溫(wen)度曲線的(de)斜率是一(yi)個向上遞(dì)增的斜率(lü)。雖然有的(de)錫膏制造(zào)商允許活(huo)性化期間(jiān)一些溫度(dù)的增加，但(dan)是理想的(de)曲線要求(qiu)相當平穩(wěn)的溫度，這(zhè)樣使得PCB的(de)溫度在活(huo)性區開始(shǐ)㊙️和結束時(shi)是相等的(de)。市面上有(you)的爐子不(bú)能維持平(píng)坦的活性(xìng)溫度曲線(xiàn)，選擇能維(wéi)持平坦的(de)活性溫度(dù)曲線的爐(lú)子，将提高(gao)可焊接性(xìng)🌐能，使用者(zhě)有一個較(jiao)大的處理(li)♉窗口。

   回流(liu)區，有時叫(jiào)做峰值區(qū)或最後升(sheng)溫區。這個(ge)區的作用(yòng)是将PCB裝配(pèi)的溫度從(cóng)活性溫度(du)提高到所(suo)推薦的峰(fēng)值溫度。活(huo)性溫度總(zong)是比合金(jīn)的熔點溫(wēn)度低一點(diǎn)，而🔞峰值溫(wēn)度總是在(zai)熔點上。典(diǎn)型的峰值(zhi)溫度範圍(wei)是205~230°C，這個區(qū)的溫度設(she)定太高會(huì)使其溫升(shēng)斜率超過(guò)每秒2~5°C，或達(dá)到回流峰(feng)值溫度比(bǐ)推薦的高(gāo)。這種情況(kuang)可能引起(qǐ)PCB的過分卷(juàn)曲、脫層或(huo)燒損，并損(sun)🙇‍♀️害元件的(de)完整性。

   今(jīn)天，最普遍(bian)使用的合(he)金是Sn63/Pb37，這種(zhong)比例的錫(xi)和鉛使得(de)該🈲合金💜共(gong)✌️晶。共晶合(he)金是在一(yi)個特定溫(wen)度下熔化(hua)的❤️合金，非(fēi)共晶合金(jin)有一個熔(rong)化的範圍(wéi)，而不是熔(róng)點，有♌時叫(jiao)做塑性裝(zhuāng)态。本文🌍所(suo)述的所有(you)例子都是(shi)指共晶✏️錫(xi)/鉛，因爲其(qi)使用廣泛(fàn)，該合金的(de)熔點爲183°C。

   理(li)想的冷卻(què)區曲線應(yīng)該是和回(hui)流區曲線(xian)成鏡像關(guan)系。越👣是靠(kào)近這種鏡(jing)像關系，焊(han)點達到固(gu)态的結構(gòu)越緊密，得(dé)到👅焊接點(diǎn)的質量越(yue)高，結合完(wan)整性越好(hao)。

   作溫度曲(qu)線的第一(yī)個考慮參(cān)數是傳輸(shū)帶的速度(dù)👌設💜定✨，該🔅設(shè)㊙️定将決定(ding)PCB在加熱通(tong)道所花的(de)時間。典型(xíng)的錫膏制(zhì)造廠參數(shu)要求3~4分鍾(zhōng)的加熱曲(qu)線，用總的(de)加熱通道(dào)長度☂️除以(yi)總的加熱(rè)感溫時間(jian)，即爲準确(que)的傳輸帶(dai)速度，例如(ru)，當錫膏要(yào)🤟求四分鍾(zhong)的加熱時(shi)間，使用六(liù)英尺加熱(rè)通道長度(du)，計算爲♍：6 英(yīng)尺 ÷ 4 分鍾 = 每(mei)分鍾 1.5 英尺(chi) = 每分鍾 18 英(ying)寸。

   接下來(lai)必須決定(dìng)各個區的(de)溫度設定(ding)，重要的是(shi)要了✏️解實(shí)際的區間(jiān)溫度不一(yi)定就是該(gai)區的顯示(shi)溫度。顯示(shì)溫度隻是(shi)代表區内(nèi)熱敏電偶(ǒu)的溫度，如(ru)果熱電偶(ou)越靠近加(jia)熱源，顯示(shì)的溫度将(jiāng)相對比區(qu)間🤩溫度較(jiao)高，熱電偶(ou)越靠近PCB的(de)直接通道(dào)，顯示的溫(wen)度🏃将越能(neng)反應區間(jiān)溫度。明智(zhì)的是向爐(lu)子制造商(shāng)咨🚶‍♀️詢了解(jie)清楚顯示(shi)溫度和實(shi)際區間溫(wēn)度的關系(xì)。本文中将(jiāng)考慮的是(shì)🍉區間溫度(du)而不是顯(xian)示溫度。表(biao)一列出的(de)是用于典(dian)型♊PCB裝配回(hui)流的區間(jian)🧡溫度設定(dìng)。

   表一、典型(xing)PCB回流區間(jian)溫度設定(ding)

區間(jian)	區間(jiān)溫度設定(ding)	區間(jiān)末實際闆(pǎn)溫
預(yù)熱	210°C (410°F)	140°C (284°F)
活(huo)性	177°C (350°F)	150°C (302°F)
回(hui)流	250°C (482°C)	210°C (482°F)

  速度和(hé)溫度确定(ding)後，必須輸(shu)入到爐的(de)控制器。看(kan)看手冊上(shàng)其它需要(yao)調整的參(can)數，這些參(cān)數包括冷(leng)卻👈風扇速(sù)度、強制空(kong)氣沖擊和(he)惰性氣體(ti)流量。一旦(dan)所有參數(shù)輸入後，啓(qǐ)動機器，爐(lu)子穩定後(hou)(即，所有實(shí)際顯示溫(wēn)度接近符(fú)合設定參(can)數)可以開(kai)始作曲線(xiàn)。下一部将(jiāng)PCB放入傳送(song)帶，觸發測(ce)溫儀開始(shǐ)♍記錄數據(jù)。爲🌐了方便(biàn)，有些測溫(wēn)儀包括觸(chu)發功能，在(zai)一個相對(dui)低的溫度(du)自動啓動(dòng)測溫儀🤞，典(dian)型的這個(ge)溫度比人(ren)體溫度37°C(98.6°F)稍(shao)微高一點(dian)。例如，38°C(100°F)的自(zi)動觸發器(qi)，允🔅許測溫(wēn)儀幾乎在(zai)PCB剛放入傳(chuan)送帶進入(ru)爐時開始(shǐ)工作，不至(zhì)于熱電偶(ǒu)在人手上(shang)🌍處理時⛹🏻‍♀️産(chan)生誤觸發(fā)。

   一旦最初(chū)的溫度曲(qu)線圖産生(shēng)，可以和錫(xi)膏制造商(shāng)推薦的🈚曲(qu)線或圖二(èr)所示的曲(qu)線進行比(bi)較。

  首先，必(bi)須證實從(cóng)環境溫度(dù)到回流峰(fēng)值溫度的(de)總時間和(he)所希望的(de)加熱曲線(xiàn)居留時間(jian)相協調，如(rú)果太長，按(an)比例地增(zēng)加傳送帶(dài)速度，如果(guo)太短，則相(xiàng)反。

   下一步(bù)，圖形曲線(xiàn)的形狀必(bì)須和所希(xi)望的相比(bi)較(圖二)，如(rú)果形狀不(bú)協調，則同(tóng)下面的圖(tú)形(圖三~六(liu))進🍉行比較(jiào)。選💛擇與✨實(shi)際👈圖形形(xíng)狀最相協(xié)調的曲線(xiàn)。應該考慮(lǜ)從左道右(you)(流程順序(xu))的偏差，例(lì)如，如果預(yu)熱和回流(liu)區中存在(zài)差❄️異，首先(xian)将預熱區(qu)的🚩差異調(diào)正✂️确，一般(bān)最好每次(ci)調一個💃🏻參(can)數，在作進(jin)💞一步調整(zheng)之前運行(hang)這個曲線(xian)設定。這是(shi)因爲一個(ge)給定區🌈的(de)改變也将(jiang)影響随後(hou)💛區的結果(guǒ)。我們也♋建(jiàn)議新手所(suo)作的調整(zhěng)幅度相當(dāng)較⁉️小一點(diǎn)。一旦在特(te)定的爐上(shang)取得經驗(yàn)，則會有較(jiao)好的“感覺(jiào)”來作多大(da)幅度的調(diào)整。

圖三、預(yu)熱不足或(huo)過多的回(hui)流曲線

圖(tú)四、活性區(qu)溫度太高(gāo)或太低

圖(tu)五、回流太(tài)多或不夠(gou)

圖六、冷卻(què)過快或不(bú)夠

   當最後(hòu)的曲線圖(tú)盡可能的(de)與所希望(wàng)的圖形相(xiàng)吻合⛷️，應該(gai)把✏️爐的參(cān)數記錄或(huo)儲存以備(bèi)後用。雖然(ran)這個過程(cheng)開始很慢(màn)和費力，但(dan)最終可以(yǐ)取得熟練(liàn)和速度，結(jié)果得到高(gao)品質🐅的PCB的(de)高效率的(de)🌈生産。

   文章(zhāng)整理：昊瑞(rui)電子/