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强制热风对流是SMT再流焊工艺的最佳选择

时间:2010-09-21 15:40:04

  1.引言
  强制热风对流是SMT再流焊工艺的最佳选择,其具有一些与物理性质紧密亲密相关的红外及其他方法不同的特点,又因无铅焊料加速推广应用,使得强制热风对流焊接工艺更引起人们关注。好比,安装在PCB上的各种器件有不同的辐射率,使得红外加热技术在很多场合不能使用。众知,红外(IR)辐射能量是直接传播,当一个体积小,薄形的器件紧靠大尺寸,高的器件就会有荫影,产生不平均辐射。然而现有的强制热风对流焊炉仍存在很多显着的加热温度不一致性。
  2.现有强制热风对流炉机能的加热温度不一致性
  加热温度的不一致性。强制热风对流炉与红外加热炉比拟,具有一个显着的长处是减少印制板平面的加热温度差。即使是对流炉,炉道炉壁的天然冷却作用,炉道中心的温度要比附近的炉壁高。由此工艺工程师在设置再流工艺参数时,不得不考虑要有足够的热量再流印制板边缘安装的器件,导致接近中心部位温度敏感器件的损坏或过热。
  对流再流焊炉通常采用一组加热器对印制板的顶面热风加热,另一组加热器对印制板的底面热风加热。印制板两面任何的温度差别都会给材料引入应力,造成弯曲变形或分层。
  热风骚量的不一致。常规再流焊炉炉道内,热风骚与印制板相接触后继承向焊炉的炉壁方向移动。冷却的热风骚被一个压力箱收集重新加热,又重复使用吹到印制板上。这样吹到印制板中心部位的热风骚量显着低于PCB周边任何一点。由于印制板周边不仅接受到直接的热风骚,而且被冷却热风骚流向也经由PCB周边部位终极被压力箱收集。
  对流焊炉炉道/热风骚回流收集系统,热风骚与印制板接触后继承流向焊炉的炉壁被冷却收集,重新加热返回到炉道内,这种现象导致多种不一致性:
  a.在PCB面某一点接触的热风骚量与另一纵向点是不
  同的,使得焊膏有机溶剂挥发速率不同,造成焊剂组分的活性及脱水前提的差别。
  b.PCB的周边暴露在高热风骚量但低温度的环境中,这样进
  一步扩大PCB中心高温热区与周边低温冷区的温度差别。
  c.大多数再流焊炉采用一种称之为喷嘴系统传送热风骚。然而在直对每个喷嘴口下面的部位与两喷嘴口之间的热风骚量显着不同。
  热风速度的差别。一则,强制热风速度的增加,加速了热量传送到PCB上贴片装器件的速度。另一则,过大的风速会造成器件移位或脱离原正确贴装位置。所以热风的速度一定要使得直对热风喷嘴口下面的器件不会造成移位(也就是讲,热量传送的有效区域不能直接受到喷嘴口的指向影响)。在PCB周边位置接受到较大的风速,由于此部位的热风骚是由直接的热风骚及从临近位置传送的热风骚两者的混合风骚。在一个固定的PCB断面热风骚量增大,则其热风速也必定增大。
  压力的差别。因为热风骚量与风速的差别,使得PCB安装面的压力不同。因速度题目的存在,在每个热风喷嘴的热风传送区的中心产生一个高压区。也就是离PCB中心最远的部位压力最大,而临近部位则较低,这是因为在一个固定的PCB断面热风骚量,及热风速大两者所致。
  热风方向的差别在很多对流焊炉设计中,这是固有的缺陷。举例,使用两个相同的器件,其一放置在PCB安装面及焊炉纵向中心位置,另一个放置在PCB安装面的边缘位置。前贴装器件直接对准热风喷嘴,热风骚的角度是与PCB安装面成正交的矢量,但安装在PCB边缘位置的器件,除了直接对准热风喷嘴的热风骚外,还有一部门来自相邻方向的热风,最后得到的热风骚矢量是小于直角的锐角。由于与其封装体接触的热风骚方向不同,两个相同的器件组所得到热量速度是不同的。这种题目在球引脚器件底部与印制板间的支承空间,热风骚的流向分布变得更为凸起。例如BGA器件的再流焊工艺,在封装体的底部引脚与印制板间的热风骚量少于印制板安装面的引脚器件。
  总之,在业界无异议地以为强制热风对流是SMT再流焊接的最好选择。很多专家也赞成应对此项技术作出有价值的改进,包括进步焊炉内PCB安装面热风骚温度,速度,流量,平均性及一致性的系统能力。
  3.水平热风对流焊炉
  一种新的强制热风对流技术称之为水平热风对流焊炉,显示具有进一步减少或消除上面所述的种种差异的能力。减少或消除这些题目就有可能为工艺工程师们提供一些有效方法,扩大工艺窗口及改进焊接质量,对于无铅焊料的应用是有积极意义的。
  水平对流焊炉,每个加热区的热风在封锁区范围内轮回,减少温度及速度等参数差异。
  水平对流焊炉的设计是根据由常规强制对流概念分离出来的两个原则设计的
  a.在每个加热区内的热风骚严格在封锁区内轮回,这种设计包括加热器,风扇板,惰性气体供气系统及排气装置等所有另部件。
  b.热风骚在焊炉的PCB板顶面或底面环流形成一个环形热风骚或环绕PCB的热风骚,也就是热风骚沿焊炉纵向的水平轴传送。
  印刷板的顶面与底面从外朝中心接受热风骚,补偿了中心热门与外部冷点的温度差。因为加热区的上部与下部的热风连续轮回,温度的平均性得到保证,PCB受的应力也极小。上下加热区相同比例的截面得到一致平均的热风骚量及压力。热风骚与PCB板安装面平行方向传送热量,炉道内热风骚向是一致的。(图3)热风骚平行传送另一个长处是热风骚能渗透渗出到器件封装底部的支承空间,增强了BGA,J形引脚器件的可焊性。
  常规对流焊炉与水平对流焊炉的比较,水平热风骚流向与PCB安装面平行得到平均加热。
  水平对流焊炉另一个长处是焊炉的供气系统在减少惰性气体流量时,炉内气氛可得到低ppm氧分量。这由于惰性气体作用的空间仅仅是加热区的范围。相对之下,在常规对流焊炉设计中,加热区,上下热风回流收集系统,也必需充惰性气体清洗。水平对流焊炉系统不需要常规对流焊炉的热风回流收集系统及重新反馈输送装置,结构简朴,更可靠,本钱也低。
  4.焊剂治理系统
  传统对流焊炉需要一个焊剂治理装置,当焊剂在PCB表面被挥发后,系统内布满这些挥发物的蒸气,在温度较低的冷表面冷凝。现有的对流焊炉一般在系统有较冷部门如热泪盈眶风回流收集焊剂物。无法制止焊剂冷凝,系统内的焊剂滴液题目应建立严格的治理及清洗程序,需要使用焊剂治理系统与高价的冷凝器会萃焊剂蒸气,液化并将其输入接收装置内。
  但水平对流焊炉系统,焊剂蒸气严格在加热区的范围内轮回,蒸气不与冷却表面接触,不会产生冷凝物。这样减少了治理及清洗,整个系统的结构与操纵本钱降低。

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