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如何实现无铅再流焊温度曲线的开发

      对于锡铅合金,对于焊料的成分,整个行业是统一的--这种低熔点焊料的成分是63%的锡和37%的铅,熔点为183℃。这种焊料的熔点和峰值温度(220℃)的差别很大。虽然建议把整块电路板的温度维持在210℃至220℃之间,你可以成功地把温度维持在190℃至225℃,而再流焊的结果仍然很好。这个情况就要发生变化。
  实施无铅法规的日期临近。现在,SAC (Sn/Ag/Cu)焊料的熔点大约是220℃。有一些元件,例如铝电解电容器,最高温度不可以持续地高于230℃。
  为了适应这些限制,无铅装配的峰值温度应该维持在230℃和245℃之间,变化的幅度只有15℃,与锡铅装配工艺的35℃相比,下降了大约60%。如果热容量大的大元件与较小、易受温度影响的元件一起使用,工艺窗口就会进一步缩小。大元件的热容量大,需要较高的峰值温度,持续时间也需要较长,但较小的、对温度敏感的元件则要求温度较低,持续时间较短。由于工艺窗口缩小,要求对过程进行密切的管理,在整个电路板上温度更加一致。装配车间要做到这一点并不容易,尤其对于那些复杂的电路板,没有充足的时间和力量来开发再流温度曲线。
  在生产过程中,焊接温度曲线是一个重要的变量,它对产品成品率的影响十分显着。传送带的速度和温度是焊接温度曲线的两个变量。对于不同的产品和不同的助焊剂,焊接温度曲线是不同的。为了把性能做到最好,不同的焊膏也需要用不同的温度曲线。
  在开发温度曲线时,我们需要把电路板装上。可以用给定的传送带速度开始,用热电偶监测电路板上面一侧的温度。大多数新的再流焊接炉中都装有热电偶和软件包来记录温度曲线。还买得到商用硬件和软件包来简化温度曲线的开发工作。加热曲线分为四个温区。以下是设置这四个温区的一些建议。
  预热区。在预热区,温度是30℃至175℃,元件供应商通常建议使用的升温速度是每秒2℃至3℃,以避免对容易受温度影响的元件(例如,陶瓷片状电阻器)造成热冲击。这 这个建议太保守,因为同样的电容器是用波峰焊,在焊接过程中,它们的预热温度大约是从120℃,温度上升到焊锡槽中的260℃。温度很快上升出现场珠的可能性会增大。但是,使用每秒5℃的速度是安全的。
  保温区。在这个温区,电路板达到温度均匀。在这个温区,温度上升速度缓慢,温度从75℃上升到220℃,温度曲线几乎是平的。在保温区温度过高的后果是出现锡珠,焊场会溅出来,这是因为焊膏过分氧化而导致的结果。保温区也起到焊膏的助焊剂活化区的作用。长时间保温的目的是为了减少气泡,尤其是对于球栅阵列(BGA)封装器件。不使用保温区,但把温度平稳地从预热区升高到峰值再流温度,这也是一个普遍的做法。然而,当温度逐步提高到峰值再流温度时,出现空洞的可能性会增加。
  再流区。在这个温区,如果温度太高,电路板有可能会烧伤或者烧焦。如果温度太低,焊点会呈现灰暗和粒状。这个温区的峰值温度,应该高到足以使助焊剂充分起作用,而且湿润性很好。但它不应该高到导致元件或者电路板损坏、变色或者烧焦的程度。对于无铅焊接,这个温区的峰值温度应该是230℃至245℃。液相线以上时间(TAL)应该是30秒到60秒。温度高于焊料熔点或液相线的持续时间过长,会损坏易受温度影响的元件。它也会导致金属间的过度化合,使焊点变得很脆,降低焊点的抗疲劳能力。
  冷却区。再流之后焊点的冷却速度也很重要。冷却速度越快,焊料结晶粒度越小,抗疲劳能力越高,因此,冷却速度应该越快越好。
  达到所需要的时间、温度,在所有四个温区整块电路板的温度均匀,在5℃至10℃之内,对于开发一个再流温度曲线而言,这是极为重要的。
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