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smt貼片加工回流焊原理及溫度曲線

2023-07-22 14:13:26 作者：SMT貼片加工

SMT貼片加工回流焊的工作原理是先將貼片元件粘貼在PCB板上，然后通過回流焊爐加熱，使焊接膏熔化并與PCB板上的焊盤接觸，從而形成焊點(diǎn)。回流焊溫度曲線則是在焊接過程中通過控制加熱溫度的變化，使焊接膏在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)熔化和固化形成的曲線。

通過分析回流焊溫度曲線，可以了解回流焊的工作原理：當(dāng)PCB進(jìn)入預(yù)熱區(qū)時，焊錫膏中的溶劑和氣體被揮發(fā)出去，焊錫膏中的助焊劑滲透到焊層、元器件端頭和引腳中，使焊錫軟化、坍陷并覆蓋焊層，以隔絕焊層、元器件引腳和氧氣的接觸。當(dāng)PCB進(jìn)入保溫區(qū)時，PCB和元器件會被充分預(yù)熱，以防止它們突然進(jìn)入再流焊區(qū)升溫過快而受損。當(dāng)PCB進(jìn)入再流焊區(qū)時，溫度迅速升高，使得焊錫膏達(dá)到熔化狀態(tài)，焊錫液體會浸潤、擴(kuò)散、漫流或回流混合焊層、元器件端頭和引腳，形成焊點(diǎn)。最后，當(dāng)PCB進(jìn)入冷卻區(qū)時，焊點(diǎn)會凝固，整個回流焊過程完成。

在回流焊的過程中，焊膏會隨著溶劑揮發(fā)而流動。焊接劑可以去除焊接件表面的氧化物，使焊膏熔化并流動，隨后再通過冷卻凝固。因此，回流焊的溫度范圍可以分為四個區(qū)域：預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)、再流焊區(qū)和冷卻區(qū)。預(yù)熱區(qū)的溫度從室溫升高到120℃；保溫區(qū)的溫度介于120℃至170℃之間；再流焊區(qū)的溫度范圍為170℃至230℃，其高溫區(qū)間為210℃至230℃；冷卻區(qū)的溫度從210℃下降到約100℃左右。

調(diào)整溫度曲線是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。實(shí)際溫度曲線和焊錫膏溫度曲線的升溫速率和峰值溫度應(yīng)基本相同。在160℃之前，升溫速率應(yīng)控制在1℃/s～2℃/s的范圍內(nèi)。如果升溫速率過快，會導(dǎo)致元器件和PCB受熱過快，可能造成元器件損壞和PCB變形；另一方面，焊錫膏中的溶劑揮發(fā)速率過快，可能導(dǎo)致焊錫球的產(chǎn)生。峰值溫度一般設(shè)置在焊錫膏熔點(diǎn)溫度上升20℃～40℃的范圍內(nèi)（例如，Sn63/Pb37焊錫膏的熔點(diǎn)為183℃，峰值溫度應(yīng)設(shè)置在205℃～230℃之間）?；亓鲿r間應(yīng)在10～60s之間。若峰值溫度較低或回流時間較短，可能導(dǎo)致焊接不充分，嚴(yán)重情況下可能使焊錫膏未熔化。而峰值溫度過高或回流時間過長，會導(dǎo)致金屬粉末氧化，影響焊接質(zhì)量，甚至損壞元器件和PCB。

確定回流焊溫度曲線的依據(jù)包括以下因素：焊錫膏的溫度曲線，這個曲線是根據(jù)PCB的材料、厚度、是否為多層板以及尺寸等因素來確定的；同時還要考慮表面組裝板上負(fù)載的元器件密度、元器件大小以及是否存在BGA、CSP等其他元器件；此外還要考慮設(shè)備的具體情況，如加熱區(qū)域的長度、加熱源的材料、回流焊爐的結(jié)構(gòu)和熱傳導(dǎo)方式等等。

為了生產(chǎn)該種類的印制電路板，在具體的制造過程中，我們根據(jù)設(shè)備的限制設(shè)定了不同的溫度區(qū)域，分別是升溫區(qū)、保溫區(qū)、迅速升溫區(qū)和回流區(qū)。我們選擇了一種名為某型回流焊接爐來進(jìn)行焊接。我們使用了Sn63Pb37型焊膏，其溶點(diǎn)為183℃。為了確保每種印制電路板的元件都能夠達(dá)到理想的焊接效果，我們需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的焊接參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)每個印制電路板都具有合適的溫度曲線。

這臺設(shè)備是一個有9個溫區(qū)的回流焊機(jī)，有三個測試點(diǎn)用于實(shí)際溫度檢測，其中圖5顯示了實(shí)際溫度曲線。溫區(qū)的參數(shù)設(shè)置需滿足以下要求：1）升溫區(qū)域：升溫速度從室溫到100℃不能超過2℃/秒；2）保溫區(qū)域：在100℃～150℃之間的保持時間為70～120秒；3）快速升溫區(qū)域：在150℃～183℃之間的保持時間不能超過30秒，升溫速率需要在2～3℃/秒；4）回流區(qū)域：高溫時段為205℃～230℃，液相線以上的時間為40～60秒；5）冷卻區(qū)域：冷卻速度需要在2～4℃/秒。通過比較理論溫度曲線（圖4）和實(shí)際電路板溫度曲線（圖5），我們可以得知實(shí)際回流焊的溫度區(qū)域在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而確保電路板上貼裝器件的焊接符合要求，保證電路板上貼裝器件的電氣性能。需要特別注意的是：回流焊機(jī)需要每周進(jìn)行一次檢測，將檢測到的溫度曲線與標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線進(jìn)行比較，確認(rèn)二者是否完全一致。主要核查的參數(shù)包括：升溫區(qū)域的升溫速度、保溫區(qū)域的保持時間、快速升溫區(qū)域和回流區(qū)域的升溫速率、峰值溫度、液相線以上的時間，以及冷卻區(qū)域的冷卻速度，還有曲線是否存在異常波動的情況。

總的來說，上文介紹了SMT貼片加工回流焊的工作原理和溫度曲線。如需了解更多SMT貼片加工知識相關(guān)信息，請密切關(guān)注我們的消息。