炉温曲线教材.ppt

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1、Reflow Oven Profile CurveREFIOW形式(HEATER分佈)183oC170oCPreheatingSoakingPeakCoolingPreheating:Solventevaporation溶劑揮發Soaking:FluxreducesandMetaloxides助焊劑還原金屬氧化物Peak:Solderballsmelt,wettingandwickingbegin.&Soldermeltingcompletes,surfacetensiontakesover.錫球熔化,浸潤開始,焊接進行,表面張力起作用Cooling:Cooldownphase.快速冷卻階段1

2、40oCReflow的製程條件n針對Intel RG82845 BGA soak zone time:5065sec;ASUS 規範:Preheating Zone:*SolderPastesViscosity錫膏黏度:1.Solventevaporationcauseviscosityhigher.溶劑揮發使黏度變大2.Heatingsolventwillcauseviscositydown.加熱溶劑會使黏度降低HighheatingrateViscosityLowheatingrateTemperature預熱段n各種錫膏在預熱段要求的升溫速律及進入恆溫區的溫度並不盡相同，其主要取決於溶劑

3、(Solvent)的揮發溫度以及松香(Rosin)的軟化點。因松香在進入恆溫區的建議溫度時間時軟化，錫膏裡的溶劑尚是液態，此時錫膏為固液態，因此黏度最低，錫膏流動特性最佳，若預熱段升溫速率過高，錫膏黏度太低，流動特性太好，易造成Slump效應，進而產生短路及R/C旁擠出邊球，此時可適度將預熱段溫度降低，將有助於減少短路及Side Boll產生。*Flux softness point:Fluxsoftnesspointwilldecreasesolderpasteviscosity.助焊劑(松香)軟化會降低錫膏黏性HighheatingrateLowheatingrateVerylowheat

4、ingrateViscosityTemperatureSoaking Zone:1.Solventevaporatecompletely溶劑完全揮發2.Fluxactivationandoxidation助焊劑被激活並去氧化3.Soakingtimeandtemperature3.1ForN2oventheSoakingtimecanbelonger.3.2ForAiroventheSoakingtimeshouldshorterthanN2oven4.PCBboardbendingcontrolPCB板彎控制BeforeSoakingAfterSoakingPCBPCB恆溫區n恆溫區其目的再

5、於使PCB上所有的零件溫度達到均溫，簡少零件熱衝擊，恆溫區的長度則取決於PCB面積的大小。此時錫膏內劑不斷揮發，活性劑持續作用去氧化，松香軟化並披覆在銲點上，具有熱保護及熱傳媒的作用。恆溫區*Plastic BGAAfterSoakingPlasticBGAPCBbending 由於PP的軟化溫度點為140,故如可考慮縮短Over140的時間來改善空焊,此為一嶄新觀念,其實這種方法在實踐中被証明是有效的.Soaking Zone:*Homologousheating(PCB,Componentsandsolderpaste)溫度達到一致(機板,零件,錫膏)*Solderpasteviscosi

6、tycontrol錫膏黏性控制*Solderwettingandwickingbegin.錫膏浸潤開始*Surfacesolderballsmelting.表面焊料金屬熔融SoakingZonePlasticBGAsubstrate(Tg:1750C)PCBbending123 2 Lead 1 Body 3 PadNormal solderingWickingBridge by wickingMore heat from the bottomLess heat from the top 2 Lead 1 Body 3 Pad 3 Pad 2 Lead 1 Body Parameter set

7、ting:Tombstoning:T1T3dT2Conditionwhichcausestombstoningshallbe:T1+T2 T3 Inordertoovercometheproblem,themomentumrelationmustbecomeasbelow;T1+T2=T3 T1+T2 T3 T1T3dT2Partialmelting*PeaktemperatureandReflowtimeshouldbecontrolled焊接與回流焊溫度應被控制*Theflowingability(surfacetension)ofsolder(HighGood)錫膏的表面張力由變高*Vo

8、idformation空洞構成*Componentand/orboarddamage零件或機板受損*N2concentration氮氣濃度Peak Zone:銲接區n當我們將液態的免洗助銲劑滴入液態的Rework錫槽內，您將發現助銲劑極速的去除錫面上的氧化物。同理可證：在Reflow的狀態中，當松香和銲錫皆為液態時，銲錫性最佳，去氧化物的效果最好，並產生介面合金層接合零件及銲點。各種錫膏的活性表現亦在此時獲得比較。Cooling Zone:*CoolingdownspeedCoolDown3/sec=1.5/secisbest.N2concentrationn在討論溫度曲線之前，讓我們先討論一

9、下傳統的溫度曲線:馬鞍狀的溫度曲線，恆溫區在140160OC之間。n最早開始使用表面粘裝零件(SMT components)流焊組裝製程時SMT零件在PCB上的分佈密度並不高，而且零件間的熱含量差異相當小，這種簡單的P.C板結構容許應用“和緩溫昇，無恆溫區”的溫度曲線，而不會有任何問題。n由於業界對P.C板輕溥短小的設計的改進，SMT零件的分佈密度愈趨緊密，加速了高熱含量零件封裝體的應用，例如IC和QFP。因為各種不同大小零件間的熱含量增加，使得在使用傳統的遠紅線(far IR)流焊爐時，因為熱量分佈不均，再加上使用“和緩溫昇型”的溫昇曲線(甚至於“馬鞍狀，恆溫型溫度曲線”)，很難在零件間達到

10、熱平衡。n為了解決熱平衡不佳的問題，人們開始考慮使用汽相流焊製程(Vapor phase reflow process)，但是因為急挺的熱量提升造成的零件裂開及墓碑效應、溶劑的毒性、CFC溶劑的禁用等問題，汽相流焊很快就不受歡迎了。n後來研發的強迫空氣對流流焊製程(forced air convection reflow process)因此比遠紅外線流焊的熱分佈均勻性好很多而大受歡迎。錫膏Reflow的溫度曲線n現在我們來討論為甚麼“馬鞍型溫度曲線”被廣泛使用的理由，主要是因為透過強迫性對流流焊製程的協助，有恆溫區的加溫曲線可達到類似在汽相流焊製程中的最高流焊區極上熱平衡分佈的結果。n我們認

11、為要達到最佳的產品產出率，在考慮如何決定流焊的溫度曲線時，因此考慮各種不同零件的吸熱情況以及底材PCB的特性而不必太在乎加熱製程中錫膏的表現。n例如，當我們測量兩個不同零件，chip capacitor和B.G.A的焊接點溫度時，這兩個零件間最高點溫度差的差異會最大，因為每一個零件熱含量不同，導致每個零件的溫升速率不同。n請注意，使用鞍狀流焊溫度曲線的目的在於確保得到良好的銲接點品質，而不必掛感零件尺寸大小和熱含量多寡，廠商也已研發出特殊的抗垂流劑，可確保即使在很陡的溫升段情況下仍可得到很好的抗塌陷性，同時可以使用高沸點的溶劑來延長錫膏在鋼版上的使用時間及粘滯時間，這種新抗垂流劑已經在KOKI

12、 SE4-M953i及SE4-M1000等系統上大量使用。n新助焊劑組成的發展，己經成功地使銲錫膏愈來愈不受溫度曲線的影響，並使得焊接製程的限制大大地減少(process window放寬很多)錫膏Reflow的溫度曲線n應用廠商建議的和緩加溫或鞍狀加溫的溫度曲線，只要能確保流焊爐的熱量足夠讓所有溶劑揮發，但是，廠商的建議是所應用的溫度曲線的決定必需全盤考量PCB底材和零件的熱平衡以確保每個零件焊接點的品質，而不必太考慮錫膏在流焊製程中的表現。事實上，許多工廠都在持續使用鞍狀溫度曲線而沒有任何焊錫問題。n根據以往的經驗，如何設計鋼版開口尺寸對防止焊錫不良，例如邊球和錫橋，會比改變溫度曲線來得更

13、有實質上的效果。n從焊錫膏的觀點來看，當溫度升高時，焊錫膏傾向如果第一段溫度升太陡或助焊劑組成不適當時，焊錫膏傾向於變軟並且可能造成塌陷(slumping)產生邊球、錫橋和其他焊接缺點。n較慢的溫升(ramp-up)段，會讓溶劑揮發時，松香及抗垂流劑變軟的速度較慢，有助於減少solder beads(邊球)，錫橋(bridging)和其他缺點.n較陡的溫升段會造成錫膏粘度較快速的下降，因此，廠商已經針對錫膏成份設計出較低沸點的溶劑，使得大部份的溶劑在松香和其他固形物達到較化點之前就已經揮發來減少造成slump和solder beads的機會，但是，可能因此使得錫膏在鋼版的應用時間和粘滯力維持的時間縮短。錫膏Reflow的溫度曲線*三元晶相圖三元晶相圖*黏度隨溫度黏度隨溫度,時間的變化圖時間的變化圖END