BGA回流温度曲线设置方法

会员162310

BGA回流温度曲线设置方法

使用BGA贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中，一条优化的回流温度曲线是优质的焊点形成最重要的因素之一。温度曲线是施加于电路装配上的温度对时间的函数的一种具体的表示。我们根据焊接需要把加热温度设定成几个连续的加热温度段，每段称为一个温区。
几个参数影响曲线的形状，其中最关键的是加热时间和每个区的温度的温度值。电路板在每个区所设定的温度下的时间长短，决定了在该温区下电路板温度。每个温区所花的持续时间总和决定总共的处理时间。
每个温区的温度设定影响电路板的温度在该区的上升速度及温度值，较高的温度的在PCB与电路板的温度之间产生一个较大的温差。增设定温度值允许机板更快地达到给定温度。但这会带来另外一个不良的后果，电路板上因为排列元件的密度和种类不同，其热容量也不一样，过快的加热速度会让热容量小的地方温度升温快，高热容量区域温度上升缓慢，造成在同样的加热时间下过快的加热速度使电路板上温差变打，引起电路板变形，降低装配成功率和焊接可靠性。在加热过程中合适的加温速率也是焊接控制的关键因素。
在开始作曲线步骤之前，需要下列设备和辅助工具：温度测试仪、热电偶、将热电偶附着于PCB的工具和锡膏参数表。可从大多数主要的电子工具供应商买到温度曲线附件工具箱，这工具箱使得作曲线方便，因为它包含全部所需的附件(除了曲线仪本身)。这中间的重点是将热电偶可靠的附着于PCB，较好的方法是使用高温焊锡如银/锡合金，焊点尽量最小。另一种方便的方法是用少量的热化合物(也叫热导膏或热油脂)斑点覆盖住热电偶，再用高温胶带粘住固定在电路板上。
锡膏特性参数表也是必要的，其包含的信息对温度曲线是至关重要的，如：所希望的温度曲线持续时间、锡膏活性温度、合金熔点和所希望的回流最高温度。
现在我们对理想的温度曲线做一个基本的认识。理论上理想的曲线由四个部分或区间组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。加热过程温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。

(图一、理论上理想的回流曲线由四个区组成，前面三个区加热、最后一个区冷却)






       预热区，也叫斜坡区，用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区，产品的温度以不超过每秒2~5°C速度连续上升，温度升得太快会引起某些缺陷，如陶瓷电容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使PCB达到活性温度。炉的预热区一般占整个加热通道长度的25~33%。
      活性区，有时叫做干燥或浸湿区，这个区一般占加热通道的33~50%，有两个功用，第一是，将PCB在相当稳定的温度下感温，允许不同质量的元件在温度上上升到一个相同的温度，减少它们的相当温差。第二个功能是，允许助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏中挥发。一般普遍的活性温度范围是120~150°C，如果活性区的温度设定太高，助焊剂没有足够的时间活性化，温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。虽然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加，但是理想的曲线要求相当平稳的温度，这样使得PCB的温度在活性区开始和结束时是相等的。
      回流区，有时叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是205~230°C，这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2~5°C，或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损，并损害元件的完整性。
      今天，最普遍使用的合金是Sn63/Pb37，这种比例的锡和铅使得该合金共晶。共晶合金是在一个特定温度下熔化的合金，非共晶合金有一个熔化的范围，而不是熔点，有时叫做塑性装态。本文所述的所有例子都是指共晶锡/铅，因为其使用广泛，该合金的熔点为183°C。现在社会由于人们环保意识的增强，逐步采用不含铅的无铅焊锡，无铅焊锡在使用上最大的区别是其熔点由有铅时的183°提高到215°，这个给焊接时留下的可操作大大缩短。
       理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。越是靠近这种镜像关系，焊点达到固态的结构越紧密，得到焊接点的质量越高，结合完整性越好。
       作温度曲线的第一个考虑参数是加热时间。典型的锡膏制造厂参数要求3~4分钟的加热曲线。
      接下来必须决定各个区的温度设定，重要的是要了解实际的区间温度不一定就是该区的显示温度。显示温度只是代表区内热敏电偶的温度，如果热电偶越靠近加热源，显示的温度将相对比区间温度较高，热电偶越靠近PCB的直接通道，显示的温度将越能反应区间温度。这里将考虑的是区间温度而不是显示温度。表一列出的是用于典型PCB装配回流的区间温度设定。
表一、典型PCB回流区间温度设定
    区间                                   预热               活性                                    回流
区间温度设定                 210°C(410°F)              177°C(350°F)                      250°C(482°C)
区间末实际板温             140°C(284°F)               150°C(302°F)                      210°C(482°F)

     速度和温度确定后，一旦所有参数输入后，启动设备，记录温度数据，用标准的温度曲线或焊膏供应商提供的曲线比较，逐步调整加热温度曲线。
下图是一些常见的温度曲线情况，可以根据下图的方法逐步调整。

会员194432

怎么看不到图,对于炉温曲线的确不太好设