PCB线路板回焊之原理与管理(二)回焊曲线的分类

2017-12-01 PCBA加工

一、PCB线路板回焊曲线的分类

一般而言,曲线可概分为(1)有鞍的RSS型(2)无鞍的L型(RTS型Rampto Spike)(3)长鞍型(LSP型Low Long Spike)现说明于后:

(1)有鞍型:

从室温起步以1—1.5℃/sec的速率,将行走中的板子升温到110—150℃的鞍首部。然后再以缓升或恒温方式,在60一90秒内拉高到1 5 0—1 7 0℃的鞍尾部,本段主要功用是让PCB线路板与元件吸足热量,在内外均温下以便飙升峰温。此Profi1e之峰温约240±5℃,TA L(熔点以上之历时)约50-80秒,冶却速率3—4℃/sec,总共历时3-4分钟。

 

(2)无鞍型:

全程採直线性升温,其速率控制在0.8-0.9℃/sec之间,一路提升到峰温240±5℃。此L型曲线以直线式或稍呈下凹为宜,不可出现隆起状态,以免板面过热造成厚板之表层起泡。且此升温线的2/3长度处不宜超过150℃,其馀参数同上。

 

(3)、长鞍型:

当PCB线路板须焊装多颗BGA时,为了减少球脚中之空洞(Voiding),及供应腹底内球充份热量之考虑,可将有鞍型之鞍部再予平缓延长,以赶走内球锡膏中的挥发份。其做法是以1.25℃/sec的升温速率起步,到达120℃的初鞍时,即以120-180秒的耗时平缓走到末鞍,然后才往峰温飙升,其他参数也与上述者相同。

   

二、移动式测滠仪(Profiler)之品质与手法

此种必备的测温仪可牵引出的热偶数目不等〈4条到36条),其品牌与价格之差异也很大(NT.10万到30万)。良好测温仪之纪录器可记下的数据应包括:起步段之升温速率、 PCB板面温差、吸热段之耗时、峰温前之飙升速率、峰温读値、熔融锡膏之液态历时(TAL),以及最后历程之冷却速率等重要参数。

 

为了要达成使命起见,测温仪主机盒与内部电池都必须能够耐热,外形要够扁平而不致被炉口所卡住,热偶线本身的感热误差不可超过±1℃ ,测温取样频率不宜超过1次/秒,记忆量也要够大,输出资料还要具有统计管制(SPC)的能力,软体的升级亦应简单容易。

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通常较大PCB线路板子的回焊中,其领先进入的前缘,当然比起中间或后缘要提早升温及提早冷却。且四角或板边的吸热与升温,都要比中央来得更快更高,故所贴著的热偶线中至少应包括此二区域在内。而且大零件之本体也会吸热,致使其引脚升温也较小型被动元件来得慢一些。甚至大号BGA腹底之热量更是不易深入, 此时须将腹底之PCB另行钻孔,并自板子正面先焊妥自底面穿出的感温线,再于贴焊BGA时量测其死角处之温度。某些对强热敏感的元件,其附近也应刻意贴著热偶线,作为回焊曲线取决的首要条件。

 

为了避免热敏元件与高层数厚板遭到强热之伤害起见,还须利用测温仪找出组装板上的"最热点"与"最冷点"。其做法是另採印妥锡膏的试焊板,先以高速通过回焊炉(如2m/min〉,之后观察板边小型被动元件(如电容器)的双垫是否已焊妥?未妥者则再次降速(如1.5m/min)试焊,一直要找到第一个熔焊点出现为止,那就是全板的最热点。然后继续降速〈即增加热量)直到大号元件最后之焊点也完成时,那就是全板的最冷点。于是在既定的Spike温度下(如240℃) ,将可试走找出组装板的正确输送速度来。此刻其锡膏之液态历时TAL也可测得。如此一来热敏元件与高层数厚板等体质不强者方得以安全,方不致在回焊强热中遭到烫伤或表面爆板的灾情。

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三、鞍部吸热的管理

以SAC305或SAC3807各种品牌之锡膏规格而言,其鞍部吸热耗时之变化约在60-120秒之间,温度则自其前鞍的110-130℃缓升到165-190℃的后鞍高温。凡当PCB为厚大之多层板(尤其高层厚板),所承载的元件也都厚重硕大,甚至所装BGA还不在少数者,则其4-6段之缓升吸热将非常关键。必须要让厚板与厚件的内外全体吸饱热量,其随后飙升峰温的快速强热中,才不致因裡外温差太大而造成厚板或厚件的迸裂。此时之Profile必须选用有鞍部或帽簷型一波三折式之回焊曲线

 

但若为小板薄板或单双面板,所承载之元件又多属是小型者,在裡外温差不大下,为了争取产量产速起见,则吸热段可採缩短时间快速升温〈1℃/sec以上)的做法,此时鞍部将消失,而呈现沿路升上一波两折有如房顶的L型Profile 。不过此时迴焊炉本身品质的影响将很大,其各段之热传效率必须高效与均匀,且当板子进入以致瞬间失温之际,其迅速精确的补偿能力,必须既快又淮才不致区域性落差过大(局部板面之么丁不宜超过4℃)。

 

上述有明显鞍部的曲线者,其TAL时间较长(约120秒),而无明显鞍部L型者之TAL时间较短(约60秒)。无铅重要规范,系针对溼敏性封装元件之考试文件;故意让封品先经前期之饱吸湿气,再经后段之回焊考试,以观察封件能否耐得住吸溼与强热的折磨。该020C中Fig5-1 即为观察封件是否会爆裂的考试曲线。此图外部为起伏较平顺耗时甚长的曲线, 系为无铅大件考试的Profile;而居中起伏相当陡翘耗时甚短者即为有铅小件的考试曲线。很多人物误将此专用考试曲线用于量产,不免有张冠之嫌。


四、锡膏与曲线的配合

一般锡膏配方中重量比90%者为粉状(小球型)金属焊料,10%者为有机辅料。除去少量配角型金属不谈(如锑、铟、锗等),即使在主成份完全相同(如SAC305 〕,却在锡粒大小与数量搭配比例各异者,其流动性与癒合性也都存在颇大的差异。

 

至于有机辅料可挥洒的空间则就更大了,品牌品质的差异也绝大部份出自于此。有机物中含助焊剂、活化剂、黏著剂、抗垂流剂,与溶剂等;搭配金属小球以而得以展现施工所必须的印刷性、够久的黏著性(Jack Time)、抗塌性、黏度值、免洗绝缘品质(S工R或水溶液电阻率等)、散锡性与上锡性等。因而各种商品锡膏都会在其型录中,特别强调在各段加热中可耐热而不变质的温度范围;以及形成焊点后所展现的各种品质特性等。

 

至于熔融锡膏之液态历时(TAL)长短,也与待焊板表面处理之种类及厚度有关,一般板类常见之TAL以60啊100秒为宜,以减少强热对待焊板与助焊剂的煎熬,但仍须以完成锡膏癒合,以及沾锡或IMC的良好为主旨。TAL太长大久当然会对零件与板体造成伤害’甚至助焊剂也遭到碳化(Charring)。但TAL太短也将明显带来冶焊,吃锡不良或锡膏癒合不足,以致颗粒状外观等缺失。对于强热敏感的待焊板,似可从最短的TAL开始试焊,在不变动各段热风条件下,採较方便的行速微调中找出最合适的焊接条件。


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