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不同产品是否需要测试不同的工艺温度曲线?

发表时间:2020-11-18 11:22

  不同产品是否需要测试不同的工艺温度曲线?

  从工艺角度出发,可以肯定的一点是无论是波峰焊还是回流焊,针对不同的板子,都需要有不同的炉温曲线。且每次换线都需要测试。这是确保焊接工艺质量的核心关键。具体阐述如下:

  什么是回流焊和波峰焊?

  回流焊的定义就是将印刷在焊盘上的锡膏熔化为液态后再冷却为固态,实现将元件引脚和PCB焊盘焊接形成一个焊点结晶,主要用于SMT。所以在测试曲线时,从进去到出来都需要遵循预热-->恒温-->回流-->冷却四个阶段或者预热-->回流-->冷却阶段才能完成焊接,否则会出现各种不良缺陷。

  而波峰焊是通过锡槽将锡加热融为液态,用泵机形成喷流波峰实现将元件引脚和PCB焊盘焊接形成一个焊点结晶,主要用于插件。波峰焊的工艺流程是:喷助焊剂-->预热-->波峰焊接--> 冷却,波峰焊的助焊剂和锡量会因为生产数量增加而减少,所以不稳定不易管控,需要时刻关注助焊剂的量和浓度以及锡量,并且液态锡在焊接时会产生锡渣,必须及时处理,并且需要使用治具过炉,否则会出现不良。

  为什么要做温度曲线?

  不同产品是有对应的不同焊接工艺要求管控的,焊接是一个过程,比如最高温度、焊接时间,而炉子的主要工作是加热焊接,且炉子只是对每个加热区进行加热,没办法直接对产品和温度进行分析。从产品进入炉内到出来整个过程中不是连续性的,所以需要用测温仪来记录整个焊接过程,并通过软件分析是否能够达到对应产品的工艺规格要求。

  所有的温度曲线设置应该满足以下的条件,才算是有意义:

  1、温度曲线的工艺规格应该按照锡膏、元器件和PCB的特性指标来制定;

  2、炉子各温区的温度已经调整;

  3、炉子的链速已经调整;

  4、温度曲线测试仪的温度设置和炉子各区的温度设置相同;

  5、温度曲线测试仪的链速设置和炉子的链速设置相同;

  6、测得的温区数量和实际温区数量相等;

  7、任何炉温设置的更改必须相应的在温度曲线测试仪中更改。

  任何不符合以上条件的,都可能使所测得的温度曲线失去意义。

  不同的板子是否都需要做不同的炉温曲线,每次转型是否都需要测?

  影响工艺变数的主要因素有锡膏、器件、PCB和设备(炉子)特性等。不同的产品和元器件大小,吸热容量不一样。因此,不同产品也有不同的工艺窗口要求,工艺窗口的定义是来自综合PCB、元器件、锡膏三种材料得出的,工艺窗口不一样,设定温度和测试曲线也不一样。而且也要考虑PCB的复杂度和元件密集度来设定一个满足产品工艺窗口的曲线。

  例如:许多人都知道,较大的PCB需要较高的温度设置,此外,器件的数量和所使用的材料等都会影响温度曲线,我们需要较多的热能来提升高密度区域温度,同样的我们也需要较多热能来对焊点周边进行预热,使焊点达到所需要的温度。

  PCB厚度不等同于其夹层层数,裸板为铜和含玻璃纤维树脂夹层的结构,这些不同的材料,在加热情况下的反应都不一样。不过在层压成单一模块后,它们在加热和有限时间下成单一反应。因此,我们对整块板只有单一的一个特性,但您的PCB在高温下的时间太长时,它会开始分离,恢复了各材料原来的特性,因此,裸板的特性可能出现变化。

  而对元器件来说,锡膏的特性指标通常会优于元器件的特性指标,因此,通常用户不会对元器件的特性指标给予关注,直到出现问题。就像PCB一样,器件使用的材料是个关键,更多的时间和工夫需要投入在制定陶瓷器件的温度曲线上,当您有个电容在陶瓷BGA边上时,您如何确保在BGA完好的焊接情况下,同时电容不会出现爆裂现象?一个常用的技巧,是让每个器件有其工艺规范,然后通过温度曲线软件的预估功能来协助决定该设置的参数值。软件会告诉您是否可能达到您所要的指标,需要进行热隔离或重新设计等工作也就井井有条。此外,解决方案也可能是您需要新的设备来支持这工艺要求,需要提供更严格的控制或更多温区,您的温度曲线测试仪软件将会计算所有的可能性。

  由此,制作温度曲线的标准做法,首先就是不管任何一个产品都需要有一个与产品一致的测温板,每次换线生产前至少需要测试一次曲线是否满足工艺要求。在不换线的前提下,一个班次至少需要测试一次曲线,但由于炉内温度实时在变化,只是使用测温仪进行人工测试是远远不够的,因为在你测试的时候可能炉子变化能够满足工艺要求,但在测试完成后的下一秒就超出了工艺要求——这是你不知道的,就会出现正常生产所有参数不变的情况下,偶尔会出现一些不良品。所以需要使用在线实时测温系统来填补这个不足。目前市面上相关产品有PI温度巡检仪、RPI实时温度测量系统等。

  另外需要说明的是,考虑到波峰焊的工艺特性,很多是拼板又或是治具来完成,同时波峰焊工艺窗口控制特性,一般可以共用一个炉温设置, 但需要满足工艺制程要素,即上文中描述的工艺窗口。波峰焊工艺主要分析:预热阶段时助焊剂特性,波峰焊阶段焊接时间、锡温,及板底、板面温度。

  目前市面上有一款工具——KIC Wave Surfer可以很好测试和分析这些参数。另外,像小批量,多品种生产的情况,想要做到每种板都有炉温曲线,或每次转型都需要测试的话,往往工作量很大,且生产成本颇高。所以,推荐可以采用市面上的一款实时测试每个板曲线的工具——KIC24/7 Wave,节能减耗,提高生产效率。


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