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(一)溫度曲線的構(gòu)成與作用
回流焊設(shè)備內(nèi)部通常劃分成多個溫區(qū),主要包含預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)、回流區(qū)以及冷卻區(qū)這幾個關(guān)鍵部分,它們共同塑造出一條完整的溫度曲線,而每個溫區(qū)都有著不可或缺的功能。
預(yù)熱區(qū):其作用是逐步且溫和地提升 PCB 板以及貼裝在上面的元器件的溫度。這是因為如果一開始就采用高溫,由于元器件和 PCB 板各部分熱膨脹系數(shù)不同,容易產(chǎn)生熱應(yīng)力,導(dǎo)致 PCB 板變形或者元器件受損。通過預(yù)熱,能讓它們慢慢適應(yīng)后續(xù)更高溫度的環(huán)境,同時也有助于激活錫膏中的助焊劑成分,使其更好地發(fā)揮去除氧化物、改善焊接潤濕性的作用。一般來說,預(yù)熱區(qū)的溫度會從室溫逐漸上升到大概 150℃左右,升溫速率控制在每秒 1 - 3℃左右。
保溫區(qū):當經(jīng)過預(yù)熱區(qū)后,PCB 板進入保溫區(qū),這里溫度基本維持在一個相對穩(wěn)定的區(qū)間,通常在 150℃ - 180℃之間。在這個溫區(qū),錫膏中的助焊劑能夠充分地發(fā)揮作用,進一步去除焊接表面的氧化物,并且使錫膏中的焊錫顆粒均勻受熱,為即將到來的回流焊接做好充分準備,保證后續(xù)熔化過程更加均勻順暢。
回流區(qū):這是整個溫度曲線中的核心區(qū)域,溫度會快速攀升,一般能達到錫膏中焊錫的熔點之上,像常見的無鉛錫膏,回流區(qū)溫度可能會達到 217℃左右(不同配方的錫膏熔點會有差異)。在這個高溫環(huán)境下,錫膏完全熔化,在液態(tài)狀態(tài)下依靠表面張力、重力等作用,充分填充元器件引腳與 PCB 焊盤之間的間隙,形成良好的焊點形狀,實現(xiàn)可靠的焊接連接。
冷卻區(qū):完成回流焊接后,PCB 板需要快速冷卻下來,冷卻區(qū)的任務(wù)就是通過風冷、水冷等冷卻方式,促使焊點快速凝固,使焊錫從液態(tài)變回固態(tài),固定住元器件與 PCB 板的連接狀態(tài)。合理的冷卻速率很關(guān)鍵,如果冷卻過慢,可能會導(dǎo)致焊點結(jié)晶粗大,影響焊點的機械性能和電氣性能;而冷卻過快,又容易產(chǎn)生熱應(yīng)力,使焊點出現(xiàn)裂紋等缺陷。一般冷卻速率控制在每秒 3 - 6℃左右。
(二)錫膏在回流焊過程中的變化
在整個回流焊過程中,預(yù)先涂覆在 PCB 焊盤上的錫膏扮演著關(guān)鍵角色。一開始,錫膏處于膏狀,包含了焊錫顆粒、助焊劑以及其他添加劑等成分。
在預(yù)熱區(qū),助焊劑開始被激活,隨著溫度升高逐步去除焊接表面的一些輕微氧化物,并改善焊接面的潤濕性。進入回流區(qū)時,焊錫顆粒在高溫作用下熔化匯聚成液態(tài),此時液態(tài)焊錫在元器件引腳和焊盤之間流動、填充,形成牢固的連接。最后到冷卻區(qū),液態(tài)焊錫凝固,將元器件牢牢固定在 PCB 板上,最終完成整個焊接過程。
總之,SMT 回流焊憑借其獨特的作用和科學(xué)合理的工作原理,成為現(xiàn)代電子制造行業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵工藝,有力地推動了電子產(chǎn)品高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)的發(fā)展進程。
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