一、PCB線路板回焊曲線的分類
一般而言,曲線可概分為(1)有鞍的RSS型(2)無鞍的L型(RTS型Rampto Spike)(3)長鞍型(LSP型Low Long Spike)現(xiàn)說明于后:
(1)有鞍型:
從室溫起步以1—1.5℃/sec的速率,將行走中的板子升溫到110—150℃的鞍首部。然后再以緩升或恒溫方式,在60一90秒內(nèi)拉高到1 5 0—1 7 0℃的鞍尾部,本段主要功用是讓PCB線路板與元件吸足熱量,在內(nèi)外均溫下以便飆升峰溫。此Profi1e之峰溫約240±5℃,TA L(熔點(diǎn)以上之歷時(shí))約50-80秒,冶卻速率3—4℃/sec,總共歷時(shí)3-4分鐘。
(2)無鞍型:
全程採直線性升溫,其速率控制在0.8-0.9℃/sec之間,一路提升到峰溫240±5℃。此L型曲線以直線式或稍呈下凹為宜,不可出現(xiàn)隆起狀態(tài),以免板面過熱造成厚板之表層起泡。且此升溫線的2/3長度處不宜超過150℃,其馀參數(shù)同上。
(3)、長鞍型:
當(dāng)PCB線路板須焊裝多顆BGA時(shí),為了減少球腳中之空洞(Voiding),及供應(yīng)腹底內(nèi)球充份熱量之考慮,可將有鞍型之鞍部再予平緩延長,以趕走內(nèi)球錫膏中的揮發(fā)份。其做法是以1.25℃/sec的升溫速率起步,到達(dá)120℃的初鞍時(shí),即以120-180秒的耗時(shí)平緩走到末鞍,然后才往峰溫飆升,其他參數(shù)也與上述者相同。
二、移動(dòng)式測灄儀(Profiler)之品質(zhì)與手法
此種必備的測溫儀可牽引出的熱偶數(shù)目不等〈4條到36條),其品牌與價(jià)格之差異也很大(NT.10萬到30萬)。良好測溫儀之紀(jì)錄器可記下的數(shù)據(jù)應(yīng)包括:起步段之升溫速率、 PCB板面溫差、吸熱段之耗時(shí)、峰溫前之飆升速率、峰溫讀値、熔融錫膏之液態(tài)歷時(shí)(TAL),以及最后歷程之冷卻速率等重要參數(shù)。
為了要達(dá)成使命起見,測溫儀主機(jī)盒與內(nèi)部電池都必須能夠耐熱,外形要夠扁平而不致被爐口所卡住,熱偶線本身的感熱誤差不可超過±1℃ ,測溫取樣頻率不宜超過1次/秒,記憶量也要夠大,輸出資料還要具有統(tǒng)計(jì)管制(SPC)的能力,軟體的升級亦應(yīng)簡單容易。
通常較大PCB線路板子的回焊中,其領(lǐng)先進(jìn)入的前緣,當(dāng)然比起中間或后緣要提早升溫及提早冷卻。且四角或板邊的吸熱與升溫,都要比中央來得更快更高,故所貼著的熱偶線中至少應(yīng)包括此二區(qū)域在內(nèi)。而且大零件之本體也會(huì)吸熱,致使其引腳升溫也較小型被動(dòng)元件來得慢一些。甚至大號BGA腹底之熱量更是不易深入, 此時(shí)須將腹底之PCB另行鉆孔,并自板子正面先焊妥自底面穿出的感溫線,再于貼焊BGA時(shí)量測其死角處之溫度。某些對強(qiáng)熱敏感的元件,其附近也應(yīng)刻意貼著熱偶線,作為回焊曲線取決的首要條件。
為了避免熱敏元件與高層數(shù)厚板遭到強(qiáng)熱之傷害起見,還須利用測溫儀找出組裝板上的"最熱點(diǎn)"與"最冷點(diǎn)"。其做法是另採印妥錫膏的試焊板,先以高速通過回焊爐(如2m/min〉,之后觀察板邊小型被動(dòng)元件(如電容器)的雙墊是否已焊妥?未妥者則再次降速(如1.5m/min)試焊,一直要找到第一個(gè)熔焊點(diǎn)出現(xiàn)為止,那就是全板的最熱點(diǎn)。然后繼續(xù)降速〈即增加熱量)直到大號元件最后之焊點(diǎn)也完成時(shí),那就是全板的最冷點(diǎn)。于是在既定的Spike溫度下(如240℃) ,將可試走找出組裝板的正確輸送速度來。此刻其錫膏之液態(tài)歷時(shí)TAL也可測得。如此一來熱敏元件與高層數(shù)厚板等體質(zhì)不強(qiáng)者方得以安全,方不致在回焊強(qiáng)熱中遭到燙傷或表面爆板的災(zāi)情。
三、鞍部吸熱的管理
以SAC305或SAC3807各種品牌之錫膏規(guī)格而言,其鞍部吸熱耗時(shí)之變化約在60-120秒之間,溫度則自其前鞍的110-130℃緩升到165-190℃的后鞍高溫。凡當(dāng)PCB為厚大之多層板(尤其高層厚板),所承載的元件也都厚重碩大,甚至所裝BGA還不在少數(shù)者,則其4-6段之緩升吸熱將非常關(guān)鍵。必須要讓厚板與厚件的內(nèi)外全體吸飽熱量,其隨后飆升峰溫的快速強(qiáng)熱中,才不致因裡外溫差太大而造成厚板或厚件的迸裂。此時(shí)之Profile必須選用有鞍部或帽簷型一波三折式之回焊曲線。
但若為小板薄板或單雙面板,所承載之元件又多屬是小型者,在裡外溫差不大下,為了爭取產(chǎn)量產(chǎn)速起見,則吸熱段可採縮短時(shí)間快速升溫〈1℃/sec以上)的做法,此時(shí)鞍部將消失,而呈現(xiàn)沿路升上一波兩折有如房頂?shù)腖型Profile 。不過此時(shí)迴焊爐本身品質(zhì)的影響將很大,其各段之熱傳效率必須高效與均勻,且當(dāng)板子進(jìn)入以致瞬間失溫之際,其迅速精確的補(bǔ)償能力,必須既快又淮才不致區(qū)域性落差過大(局部板面之么丁不宜超過4℃)。
上述有明顯鞍部的曲線者,其TAL時(shí)間較長(約120秒),而無明顯鞍部L型者之TAL時(shí)間較短(約60秒)。無鉛重要規(guī)范,系針對溼敏性封裝元件之考試文件;故意讓封品先經(jīng)前期之飽吸濕氣,再經(jīng)后段之回焊考試,以觀察封件能否耐得住吸溼與強(qiáng)熱的折磨。該020C中Fig5-1 即為觀察封件是否會(huì)爆裂的考試曲線。此圖外部為起伏較平順耗時(shí)甚長的曲線, 系為無鉛大件考試的Profile;而居中起伏相當(dāng)陡翹耗時(shí)甚短者即為有鉛小件的考試曲線。很多人物誤將此專用考試曲線用于量產(chǎn),不免有張冠之嫌。
四、錫膏與曲線的配合
一般錫膏配方中重量比90%者為粉狀(小球型)金屬焊料,10%者為有機(jī)輔料。除去少量配角型金屬不談(如銻、銦、鍺等),即使在主成份完全相同(如SAC305 〕,卻在錫粒大小與數(shù)量搭配比例各異者,其流動(dòng)性與癒合性也都存在頗大的差異。
至于有機(jī)輔料可揮灑的空間則就更大了,品牌品質(zhì)的差異也絕大部份出自于此。有機(jī)物中含助焊劑、活化劑、黏著劑、抗垂流劑,與溶劑等;搭配金屬小球以而得以展現(xiàn)施工所必須的印刷性、夠久的黏著性(Jack Time)、抗塌性、黏度值、免洗絕緣品質(zhì)(S工R或水溶液電阻率等)、散錫性與上錫性等。因而各種商品錫膏都會(huì)在其型錄中,特別強(qiáng)調(diào)在各段加熱中可耐熱而不變質(zhì)的溫度范圍;以及形成焊點(diǎn)后所展現(xiàn)的各種品質(zhì)特性等。
至于熔融錫膏之液態(tài)歷時(shí)(TAL)長短,也與待焊板表面處理之種類及厚度有關(guān),一般板類常見之TAL以60啊100秒為宜,以減少強(qiáng)熱對待焊板與助焊劑的煎熬,但仍須以完成錫膏癒合,以及沾錫或IMC的良好為主旨。TAL太長大久當(dāng)然會(huì)對零件與板體造成傷害’甚至助焊劑也遭到碳化(Charring)。但TAL太短也將明顯帶來冶焊,吃錫不良或錫膏癒合不足,以致顆粒狀外觀等缺失。對于強(qiáng)熱敏感的待焊板,似可從最短的TAL開始試焊,在不變動(dòng)各段熱風(fēng)條件下,採較方便的行速微調(diào)中找出最合適的焊接條件。
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