回流焊温度曲线设置

来源: 安徽广晟德 人气:384 发表时间:2021/09/15 15:21:19

回流焊温度曲线是施加于装配元件上的温度对时间的函数 Y=F(T),体现为回流过程中印刷线路板上某一给定点的温度随时间变化的一条曲线。从回流焊温度曲线图中看出横轴是时间,纵轴是温度,曲线 Y 是一条随时间的增加温度不断发生变化的曲线。曲线 Y 在 OtT 坐标系中所包围的面积为被测点在整个回流焊接过程中所接收到的能量的总和。用能量的概念表示的温度曲线函数为Y=∫ d(T)。温度曲线又可分为 RSS 曲线和 RTS 曲线。


回流焊温度曲线分类.jpg

 


RSS 曲线:是一种由升温、保温、回流、冷却四个温度区间组成的温度曲线。其每个温度区间在整个回流焊接过程中扮演着不同的角色。升温区:通过缓慢加热的方式使印刷线路板从室温加热至 135-170℃(SN63/PB37),升温速度一般在 1-3℃/S。保温区:通过保持相对稳定的温度使锡膏内的助焊剂发挥作用并适当散发。回流区:炉内的温度达到最高点,使锡膏液化,印刷线路板的焊盘和元器件的焊极之间形成合金,完成焊接过程。冷却区:对完成焊接的印刷线路板进行降温。


RTS 曲线:是一种从升温至回流的温度曲线。可分为升温区和冷却区。升温区:占整个回流焊接过程的 2/3,速度平缓一般为 0.5-1.5℃/S。使印刷线路板的温度从室温升至峰值温度。冷却区:对完成焊接的印刷线路板进行降温。


RSS 曲线与 RTS 曲线的比较:


RSS 曲线:重视温度与时间的结合,曲线的区间划分祥细,生产效率高,适应能力一般。适用于印刷线路板尺寸偏小,板上元器件体积较小、种类较少的产品。


RTS 曲线:重视升温速率,曲线的区间划分模糊,生产效率不高,适应能力强。适用于印刷线路板尺寸较大,板上元器件体积较大、种类较多的产品。


回流焊温度曲线是由回流焊炉的多个参数共同作用的结果,其中起决定性作用的两个参数是传送带速度和温区的温度设定。传送带速度决定了印刷线路板暴露在每个温区的持续时间,增加持续时间可以使印刷线路板上元器件的温度更加接近该温区的设定温度。每个温区所用的持续时间的总和又决定了整个回流过程的处理时间。每个温区的温度设定影响印刷线路板通该温区时温度的高低。印刷线路板在整个回流焊接过程中的升温速度则是传送带速和各温区的温度设定两个参数共同作用的结果。因此只有合理的设定炉温参数才能得到理想的炉温曲线。现以最为常用的 RSS 曲线为例介绍一下炉温曲线的设定方法。


回流焊链速的设定:


设定温度曲线时第一个要考虑参数是传输带的速度设定,该设定将决定印刷线路板通过加热通道所花的时间。传送带速度的设定可以通过计算的方法获得。这里要引入一个指标,负载因子。负载因子:F=L/(L+s) L=基板的长,S=基板与基板间的间隔。负载因子的大小决定了生产过程中炉内的印刷线路板对炉内温度的影响程度。负载因子的数值越大炉内的温度越不稳定,一般取值在 0.5~0.9 之间。在权衡了效率和炉温的稳定程度后建议取值为 0.7-0.8。在知道生产的板长和生产节拍后就可以计算出传送带的传送速度(最慢值)。传送速度(最慢值)=印刷线路板长/0.8/生产节拍。传送速度(最快值)由锡膏的特性决定,绝大多数锡膏要求从升温开始到炉内峰值温度的时间应不少于 180 秒。这样就可以得出传送速度(最大值)=炉内加热区的长度/180S。在得出两个极限速度后就可以根据实际生产产品的难易程度选取适当的传送速度一般可取中间值。


温区温度的设定:


一个完整的 RSS 炉温曲线包括四个温区。分别为:


预热区:其目的是将印刷线路板的温度从室温提升到锡膏内助焊剂发挥作用所需的活性温度135℃,温区的加热速率应控制在每秒 1~3℃,温度升得太快会引起某些缺陷,如陶瓷电容的细微裂纹。


保温区:其目的是将印刷线路板维持在某个特定温度范围并持续一段时间,使印刷线路板上各个区域的元器件温度相同,减少他们的相对温差,并使锡膏内部的助焊剂充分的发挥作用,去除元器件电极和焊盘表面的氧化物,从而提高焊接质量。一般普遍的活性温度范围是 135-170℃(以 SN63PB37 为例),活性时间设定在 60-90 秒。


如果活性温度设定过高会使助焊剂过早的失去除污的功能,温度太低助焊剂则发挥不了除污的作用。活性时间设定的过长会使锡膏内助焊剂的过度挥发,致使在焊接时缺少助焊剂的参与使焊点易氧化,润湿能力差,时间太短则参与焊接的助焊剂过多,可能会出现锡球,锡珠等焊接不良。从而影响焊接质量。


回流区:其目的是使印刷线路板的温度提升到锡膏的熔点温度以上并维持一定的焊接时间,使其形成合金,完成元器件电极与焊盘的焊接。该区的温度设定在 183℃以上,时间为 30-90秒。(以 SN63PB37 为例)峰值不宜超过 230℃,200℃以上的时间为 20-30 秒。如果温度低于183℃将无法形成合金实现不了焊接,若高于 230℃会对元器件带来损害,同时也会加剧印刷线路板的变形。如果时间不足会使合金层较薄,焊点的强度不够,时间较长则合金层较厚使焊点较脆。


冷却区:其目的是使印刷线路板降温,通常设定为每秒 3-4℃。如速率过高会使焊点出现龟裂现象,过慢则会加剧焊点氧化。理想的冷却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。了解了温度曲线各个温区的特性后就可以根据产品的特点来设定回流焊炉每个温区的温度了。一但温区的温度设定以后回流焊炉内的热容量就确定了下来。


在生产过程中通过炉内的产品会不断的吸收热量,随着炉内产品数量的不断增加被吸收的热量也在不断的增加。如果回流焊炉所能补允的热量小于产品所吸收的热量时就不能够保证产品的品质。而实际生产中是不可能对炉温进行实时更新的,因此这就要求设定的温度曲线具有一定的适应能力或针对不同的产品种类设定不同的温度曲线。


如印刷线路板的尺寸较小,元器件体积较小的产品,因这种产品对热量的吸收较小,元器件本身的升温速度也相对较快,所以曲线升温区的升温速率可以适当加大,保温区的保温时间可以相对缩短。而对于印刷线路板的尺寸较大,元器体积较大的产品,其对热量吸收的要求较高,元器件本身的内外部温差较大,所以其升温区的升温速率应降低,保温区的保温时间应加长以保证板面上各种元器件及元器件的每个部位之间的温差最小。