《再流焊温度曲线器的研究与应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《再流焊温度曲线器的研究与应用.doc（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、再流焊温度曲线记录器的研究与应用摘要：再流焊是表面安装组件生产中的关键工序。焊接中的印制板从材质、结构、元件布局、焊膏牌号等都各不相同，因此印制板焊接的温度曲线也就均有差异。目前由于 QFP和BGA等器件大量采用，如何准确地测试、调整印制板温度曲线是提高焊接质量的关键。国外SMT行业已经认识到这点，相继地开发出了各种温度曲线记录器，在国内也有越来越多的专业人员投入到这个课题的研究开发中来。本文重点阐述了WJQ3温度记录器的结构与工作原理及应用。关键词：再流焊；温度曲线；温度记录器表面安装技术(SMT)是包括从元器件、贴装设备、焊接设备及组装辅助材料等内容的综合系统技术。实践证明，要想做出高质量
2、产品，仅仅具有高级的SMT硬件设备是不够的，还依赖于对设备正确的使用和调节。而再流焊是印制板组装过程中最后一道关键工序，印制板(PCB)的焊接温度曲线设置是否正确直接决定焊接质量。1再流焊温度曲线测试的必要性再流焊是通过加热融化预先涂敷到印制板焊盘上的焊膏，冷却后实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气联接。影响焊接效果的主要因素包括：元器件的可焊性、焊料的性能和给印制板提供的热量。为给印制板提供适当且足够的热量，就需要准确地控制加热温度与时间。实际组装的印制板组件千差万别，从材质上分，有环氧玻璃布板、陶瓷板、铝基板和柔性印制板等；从构造上分，有单面板、双面板、多层板；而且印制板
3、的元件布局、密度、走线也各不相同。所以需要针对板子的具体情况调整加热温度和时间。加热过程中，必须考虑对元器件的热冲击。例如，有机半导体电解电容是表面贴装元件(SMC)中对热比较敏感的元件。材料与结构使它能承受的温度与时间是230，3OS。片式多层陶瓷电容的脆性和精细多层结构也使得它对热冲击相当敏感。当今小型细间距QFP和BGA等器件大量采用，它们的焊接效果直接决定了整块印制板焊接的成败。所以，越来越多的SMT工艺技术人员认识到控制再流焊温度曲线的重要性。在SMT生产中为满足自动化生产和大批量生产的需要，绝大多数均采用隧道式连续传送结构的再流焊炉。这种再流焊炉普遍具有3个以上的温区。各温区温控仪
4、表显示的温度只是控温热电偶所处位置即炉膛内若干个固定点的温度，由于控温热电偶测试点与印制板有一段距离，而且印制板是从炉膛中动态地穿过，所以温区设定温度并不是印制板上的实际温度。实际上，印制板上的温度变化远比仪表的显示温度复杂得多，因此对于再流焊炉操作者来说只凭经验，很难在短时间内把这种再流焊炉的温度设定和传动速度调节到最佳状态。现在，大型的由计算机控制的再流焊炉普遍带有测试热电偶接口。将这种接口接上长热电偶，再把热电偶和印制板一起送入炉膛，可以实测印制板在炉内的温度曲线，并且可以由软件实现对测量结果的存储、调用和打印。而对于仪表控制的再流焊炉来说，没有这样的装置，操作者也就无法知道印制板上的实
5、际温度曲线。针对这种情况，国外有些如ECD、DATAPAQ、ERSA等公司开发了多种型号的温度曲线记录器。在国内也有越来越多的专业人员开始投入这个课题的研究开发中来，1999年4月信息产业部电子第二研究所SMT系统工程部研制成了WJQ3温度记录器，并已投放市场。2 WJQ3型温度记录器的结构与原理WJQ3温度记录器组件如图l所示：RS232通讯线用它可把记录器的通讯插座与PC机RS232口连接起来，实现数据传送。印制板为具体测试用的板子。热电偶测量温度传感器。插头可连接热电偶至记录器。保温套它保护记录器内部电路板免受高温影响。安装盘WJQ3数据分析软件。WJQ3温度记录器的外壳是由不锈钢制成的
6、扁平金属盒子。侧面带有3个热电偶插座，内芯的另一侧面带有电源开关、通讯插座和充电器插座。所配热电偶为K型，偶丝直径0.2mm。它的工作原理是：将三支(也可用一支或两支)细丝状微型K型热电偶的探头用焊料或胶粘剂固定在印制板上需要监测的三点上，再把热电偶与温度记录器上的热电偶插座相连。打开温度记录器的电源开关，套好保温罩，记录器和被测印制板一起随炉子的传送网或传送链从炉膛中穿过，记录器自动按程序以0.5s时间间隔采样热电偶的温度信号，并将随时间变化的温度数据保存在记录器内的非易失性存储器中。当印制板和记录器从炉膛内传送出来后，取下保温罩，关闭电源开关。用通讯电缆将记录器联接到PC机RS232串行口
7、上，启动WJQ3温度记录器专用数据分析软件后，打开记录器电源开关，启动通讯功能后，进入通讯状态。数据传送完毕，软件就将从记录器内读出的数据绘制成曲线(温度曲线)显示在PC机屏幕上。需要时还可把曲线和数据打印出来。所测出的温度曲线全面、准确地反映了印制板各测试点的温度与时间关系。细丝状热电偶探头微小，可监视任何细小间距器件引脚或焊盘的温度，并且测量结果比较接近真实温度。3 wJQ3温度记录器的实际应用下面仅以我们在沈阳某厂的调机过程为例说明如何使用温度记录器来调整焊接工艺参数。该厂组装的印制板材质为环氧玻璃布板，厚1.6mm，尺寸为200(L)100(W)mm，是典型的双面混装板，它的生产工序为
8、：先丝印A面手工贴装焊接A面翻转印制板丝印B面手工贴装焊接B面手工焊接插装元件在A面板子中心有一QFPl32脚的大型器件，其余均为SOP集成电路、片阻、片容和片式钽电容，分布在它四周，其中靠近印制板边缘还有一小的PLCC20脚器件。焊接所用设备为P18T200红外热风混合式链条传送再流焊炉。A面印刷所用焊膏为Sn63Pb37(熔点为183)。 B面正对A面QFP处有一PLCC44脚器件，其余的SOP集成电路和片阻片容元件，分布在它四周。 B面所用焊膏为Sn62/Pb36从82(熔点为179)。要求在焊接B面时必须确保印制扳A面的片式元器件均不能熔化脱落。一般情况下，处于下面的小元件如片式阻容元
9、件和 SOP集成电路即使再次熔化，由于熔融焊料表面张力的作用也不会脱落。但是QFPl32脚器件体积大，在熔化后会因其重力大于焊料的表面张力而脱落，以前该厂曾发生过这种问题。原来该厂生产中设置的再流焊炉工艺参数为：预热l275，预热2210，焊接275，链速300mmmin，由于没有测试手段，印制板上温度分布不合理，从而造成焊出的印制板焊点不光亮。这次厂方给我们提供了一块同样的印制板，我们首先对印制板进行分析。 A面的QFP是大型关键器件，B面的PLCC44在焊接时吸热较多，是印制板上温度最低的区域。印制板上无元件的边缘，是印制板上温度最高的区域，在焊接时要确保它的温度不超过印制板所能承受的最高
10、温度，否则印制板会受高温而损坏。我们将A路热电偶焊在小型SOP引脚上，B路热电偶焊在QFPl32的引脚上，C路热电偶焊在无元件的印制板边缘过孔处。焊接时采用高熔点焊膏(如熔点为268的Snl0Pb88/Ag2焊膏)，以确保热电偶在升温过程中不脱焊。测试后的温度曲线如图2所示：从图6中可看出B面除PLCC外的元件均达到焊接熔化温度，同时A面QFP元件的温度在熔点附近，没有熔化脱落。于是采取折衷办法，焊接完B面后，再用热风枪单独焊接PLCC44脚元件。从整个调整过程我们有几点体会：1从焊接工艺角度考虑，两个大元件(QPPl32和PLCC44)在A面与B面正对放置，板子布局不合理，因为它们均吸热很多
11、，如果要保证它们得到良好焊接，印制板上其它元件势必过热。2，Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2焊膏熔点相差不大，起不到分次焊接的作用。我们建议该厂今后可采取在一面的PCB焊盘图形中央涂敷粘接剂以加强SMD的固定或印制板两面采用不同熔点的焊膏(至少相差30，如一面用183的焊膏，另一面用22l的焊膏)的方法来解决。如上所述，用温度记录器测试后，操作者可用温度曲线与所用焊膏的推荐曲线比较，从而能够实现对再流焊工艺的温度、速度实现精确的调整，获得最佳焊接质量。除此之外， WJQ3温度记录器数据分析软件可以对记录后的数据作深入的分析可以计算3条曲线每一段的升温速率：能够对热电偶的偏差进行修正：还
12、可输入记录曲线时炉子的工作状态信息。在实际生产中，对于多品种、小批量的场合，记录工作状态信息是非常必要的功能。它可以将当时炉子的各温区设定温度、传动速度、印制板尺寸和名称保存在与温度曲线对应的数据文件中，方便存档及日后重新生产时直接调用。使用温度记录器能够在短时间内准确的把再流焊炉的工艺参数调整好，克服了以前缺乏测试手段而造成的印制板浪费和次品率高等等弊端，给SMT工艺人员带来极大的便利，生产效率明显提高。因为可以精确地测出印制板上实际温度，所以有时可以通过调整工艺参数，省略点胶等生产工艺，达到节省时间和节约原材料消耗的效果。WJQ3温度记录器在具体使用时，要注意以下几点：(1)选取能代表印制
13、板上温度最高、最低、中间部位的3点放置热电偶探头。再流焊炉所用的传动方式不同会影响最高、最低部位的温度分布情况。对此，应结合炉子的具体情况分析，以便全面的反映印制板各部位的真实受热状态。调整工艺参数时，要保证对热敏感的元器件不超过最高承受温度，同时也要保证处于最低温度区域的器件得到良好的焊接。(2)放置热电偶探头时应先清理测试点表面。将测试点(器件引脚或焊盘)表面的焊锡和助焊剂残留物清理干净，并用酒精擦洗。用高熔点焊料(例如SnIOPb88A82熔点268的焊锡)焊接，或用胶粘剂将热电偶探头固定在测试点。采用焊接方法固定时注意焊点尽量小，并且各焊点保持大小均匀，以免影响测量温度的真实性。热电偶
14、固定好以后，再把热电偶探头后的热电偶丝用耐高温胶带或细金属丝固定，否则受热松动，偏离测试点会引起测试误差。(3)测试时，温度记录器和测试板的距离最好大于100mm。调整再流焊炉的设定参数后，需要等炉温稳定，并且等待温度记录器和测试板的温度冷却至室温后才能开始下一次测试。现在很多厂家用免洗焊膏，这里也给出它的推荐曲线作为参考，如图7：44 wJQ3温度记录器主要性能指标测温范围 0350热电偶类型 K型(偶丝直径0.2mm，长0.5m标准配置)分辨率 01测量精度 2记录时间 75min(可扩充)采样间隔 05s电源供应 可充电电池(配专用充电器，充足电可连续使用4h)PC机配置 WINDOWS95中文版，256色VGA显示器外形尺寸 215(L)115(W)25(H)
