電路板回焊之原理與管理(一)回焊曲線的組成測繪
一、電路板回焊曲線(Profile)的組成
當組裝板在金屬網(wǎng)式或雙軌式輸送帶上,通過回焊爐各段(Zone)的熱冷行程(例如8熱2冷之大型機,總長5-6m的無鉛回焊爐),以達到錫膏熔融(Melting)以及冷卻(Cooling)癒合成為焊點的目的,其主要溫度變化可分為四部份,亦即:
(1)起步預熱段(Ramp-up)
指最前兩段之爐區(qū),從室溫起步到達110-120℃之鞍首而言(例如10段機之1-2 Zone)。
圖1、此為日本千住金屬9熱2冷式之回焊曲線,可見到多層板之受熱要超過零組件,此即爆板隱憂之所在。
(1)、緩升〈恒溫)吸熱段(Soak or Preheat)
指回焊曲線之緩升而較平坦的鞍部。例如10 段機之3-6段而言,時間60~90sec,鞍尾溫度150~170℃。希望能達到電路板與零組件的內(nèi)外均溫,與趕走溶劑避免濺錫之目的。
(2)、峰溫強熱段(Spike or Peak)
可將板面溫度迅速(3℃/sec)衝高到235-245℃之間,以達到錫膏熔焊的目的;此段耗時以不超過20秒為宜(例如10段機之7-8兩段)。
(3)、快速冷卻段(Cooling)
之后再快速降溫(3-5℃/sec)使能瞬間固化形成焊點,如此將可減少焊點之表面粗糙與微裂,且老化強度也會更好(例如10段機之9-10段)。為了將抽象的文字敘述簡化為易懂的方便圖示起見,利用簡單直角座標的縱軸表達溫度,橫軸表達時間〈秒數(shù)),描繪出組裝板隨輸送帶按設(shè)定速度(例如0.9m/min)行走,過程中溫度起伏變化(熱量增加或減少)的曲線,即稱之為回焊曲線(Reflow Profile)。
圖2、左為回焊曲線與田焊爐相互匹配的示意圖,右為尾段降溫用的冷卻風扇圖。
圖3、左圖為有鞍型(RSS)回焊曲線及其各部段之說明;
右圖為待焊板進入加熱段受到上下強力熱風吹送熱量之示意圖,上下熱風之溫度與速度均可調(diào)整。
回焊曲線是經(jīng)由移動式電子測溫儀與紀錄器(Profiler or Datalogger)所繪制,此儀器可引出數(shù)條K Type之慼熱導線,并連接到數(shù)枚慼溫之熔合頭(Thermo—Coupler),使逐一固定在板面不同位置,移動中執(zhí)行“邊走邊測”的動作。實作時是走在前面,隨后牽引慼溫儀通過全程而自動繪制多條曲線。再自多條曲線中折衷選出最中道不傷元件者,做為正式產(chǎn)品之試焊曲線,并在出爐完工板的品質(zhì)經(jīng)過認可后’即將該曲線存檔做為后續(xù)量產(chǎn)的作業(yè)根據(jù)。
圖4、左為無鉛回焊曲線與有鉛回焊曲線兩者在溫度與熱量〈即曲線下含之面積)比較上的落差,
即使二者TAC之秒數(shù)相等,但所涵蓋熱量之差異卻仍然很大。
右圖為有鉛與無鉛兩者可操作之范圍輿峰溫方面落差之比較。
二、電路板回焊曲線的測繪
利用有瑕疵的PCB與關(guān)鍵性的零組件,刻意改用高溫焊料(Sn l0/Pb 90)先在板面以手焊方式在各處腳墊上將熱偶焊妥,做為量產(chǎn)前測溫用的試焊板。所採用的“移動式測溫儀”是由扁平機盒為主,內(nèi)部主要是一片組裝板,PCB板面上安裝了一顆由電池驅(qū)動的IC,此IC內(nèi)已燒錄了專用軟體,可供各種數(shù)據(jù)的紀錄與整理。金屬外殼則另包覆耐熱材料,以保護內(nèi)部不致受損。該扁平主機可監(jiān)測全程任何時間任何位置的溫度(誤差須在±1 0℃以內(nèi)),并以無線方式快速傳送(約每秒一次)資料到爐以外的電腦中。試焊板上亦可採用高溫膠帶去貼著耐熱線避免其亂動。試焊所得數(shù)據(jù)可採數(shù)種顏色繪成多條回焊曲線,然后再根據(jù)經(jīng)驗權(quán)衡折衷而找出可用的最佳曲線(也就是將最怕熱的元件例為優(yōu)先考慮)。
圖5、此為著名品牌化(KIC)之移動式測溫儀(Profiler)的全體組合,
可見到前行板面上可固著的9條K-type感熱線;右三圖為感測線之熔合點在待焊板焊墊上採點膠,
焊牢及高溫膠帶貼牢等三種固定法,以高熔點焊接法效果最好。
通常更換待焊板的料號時,即應從檔案中找出正確的回焊曲線,然后上機重新實焊一片首件板(First Artic1e),在焊點品質(zhì)無慮后即可展開量產(chǎn)。不過一般老手卻未將動態(tài)測溫儀用之于新料號首件板,而只是在每日開工前,利用已接線的試焊板,對各區(qū)段的熱風溫度進行校驗與微調(diào)而已。