炉温曲线教材市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

Reflow Oven Profile Curve第1页第1页REFIOW形式(HEATER分佈)第2页第2页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140oC第3页第3页第4页第4页Reflow製程條件n針對Intel RG82845 BGA soak zone time:5065sec;ASUS 規範:第5页第5页Preheating Zone:*SolderPastesViscosity錫膏黏度:1.Solventevaporationcauseviscosityhigher.溶劑揮發使黏度變大2.Heatingsolventwillcauseviscositydown.加熱溶劑會使黏度减少HighheatingrateViscosityLowheatingrateTemperature第6页第6页預熱段n各種錫膏在預熱段要求升溫速律及進入恆溫區溫度並不盡相同，其主要取決於溶劑(Solvent)揮發溫度以及松香(Rosin)軟化點。因松香在進入恆溫區建議溫度時間時軟化，錫膏裡溶劑尚是液態，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减少，將有助於減少短路及Side Boll產生。第7页第7页*Flux softness point:Fluxsoftnesspointwilldecreasesolderpasteviscosity.助焊劑(松香)軟化會减少錫膏黏性HighheatingrateLowheatingrateVerylowheatingrateViscosityTemperature第8页第8页Soaking 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第9页第9页恆溫區n恆溫區其目的再於使PCB上所有零件溫度達到均溫，簡少零件熱衝擊，恆溫區長度則取決於PCB面積大小。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，含有熱保護及熱傳媒作用。第10页第10页恆溫區第11页第11页*Plastic BGAAfterSoakingPlasticBGAPCBbending 由於PP軟化溫度點為140,故如可考慮縮短Over140時間來改进空焊,此為一嶄新觀念,其實這種办法在實踐中被証明是有效.第12页第12页 Soaking Zone:*Homologousheating(PCB,Componentsandsolderpaste)溫度達到一致(機板,零件,錫膏)*Solderpasteviscositycontrol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)PCBbending第13页第13页123 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 setting:第14页第14页Tombstoning:T1T3dT2Conditionwhichcausestombstoningshallbe:T1+T2 T3 Inordertoovercometheproblem,themomentumrelationmustbecomeasbelow;T1+T2=T3 T1+T2 T3 T1T3dT2Partialmelting第15页第15页*PeaktemperatureandReflowtimeshouldbecontrolled焊接與回流焊溫度應被控制*Theflowingability(surfacetension)ofsolder(HighGood)錫膏表面張力由變高*Voidformation空洞構成*Componentand/orboarddamage零件或機板受損*N2concentration氮氣濃度Peak Zone:第16页第16页銲接區n當我們將液態免洗助銲劑滴入液態Rework錫槽內，您將發現助銲劑極速清除錫面上氧化物。同理可證：在Reflow狀態中，當松香和銲錫皆為液態時，銲錫性最佳，去氧化物效果最好，並產生介面合金層接合零件及銲點。各種錫膏活性表現亦在此時獲得比較。第17页第17页Cooling Zone:*CoolingdownspeedCoolDown3/sec=1.5/secisbest.N2concentration第18页第18页n在討論溫度曲線之前，讓我們先討論一下傳統溫度曲線:馬鞍狀溫度曲線，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上分佈密度並不高，而且零件間熱含量差異相當小，這種簡單P.C板結構容許應用“和緩溫昇，無恆溫區”溫度曲線，而不會有任何問題。n由於業界對P.C板輕溥短小設計改進，SMT零件分佈密度愈趨緊密，加速了高熱含量零件封裝體應用，比如IC和QFP。因為各種不同大小零件間熱含量增加，使得在使用傳統遠紅線(far IR)流焊爐時，因為熱量分佈不均，再加上使用“和緩溫昇型”溫昇曲線(甚至於“馬鞍狀，恆溫型溫度曲線”)，很難在零件間達到熱平衡。n為了解決熱平衡不佳問題，人們開始考慮使用汽相流焊製程(Vapor phase reflow process)，不过因為急挺熱量提升造成零件裂開及墓碑效應、溶劑毒性、CFC溶劑禁用等問題，汽相流焊很快就不受歡迎了。n後來研發強迫空氣對流流焊製程(forced air convection reflow process)因此比遠紅外線流焊熱分佈均勻性好很多而大受歡迎。錫膏Reflow溫度曲線第19页第19页n現在我們來討論為甚麼“馬鞍型溫度曲線”被廣泛使用理由，主要是因為透過強迫性對流流焊製程協助，有恆溫區加溫曲線可達到類似在汽相流焊製程中最高流焊區極上熱平衡分佈結果。n我們認為要達到最正确產品產出率，在考慮怎样決定流焊溫度曲線時，因此考慮各種不同零件吸熱情況以及底材PCB特性而无须太在意加熱製程中錫膏表現。n比如，當我們測量兩個不同零件，chip capacitor和B.G.A焊接點溫度時，這兩個零件間最高點溫度差差異會最大，因為每一個零件熱含量不同，導致每個零件溫升速率不同。n請注意，使用鞍狀流焊溫度曲線目标在於確保得到良好銲接點品質，而无须掛感零件尺寸大小和熱含量多寡，廠商也已研發出特殊抗垂流劑，可確保即使在很陡溫升段情況下仍可得到很好抗塌陷性，同時能够使用高沸點溶劑來延長錫膏在鋼版上使用時間及粘滯時間，這種新抗垂流劑已經在KOKI SE4-M953i及SE4-M1000等系統上大量使用。n新助焊劑組成發展，己經成功地使銲錫膏愈來愈不受溫度曲線影響，並使得焊接製程限制大大地減少(process window放寬很多)錫膏Reflow溫度曲線第20页第20页n應用廠商建議和緩加溫或鞍狀加溫溫度曲線，只要能確保流焊爐熱量足夠讓所有溶劑揮發，但是，廠商建議是所應用溫度曲線決定必需全盤考量PCB底材和零件熱平衡以確保每個零件焊接點品質，而不必太考慮錫膏在流焊製程中表現。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根據以往經驗，如何設計鋼版開口尺寸對预防焊錫不良，比如邊球和錫橋，會比改變溫度曲線來得更有實質上效果。n從焊錫膏觀點來看，當溫度升高時，焊錫膏傾向假如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也许造成塌陷(slumping)產生邊球、錫橋和其它焊接缺點。n較慢溫升(ramp-up)段，會讓溶劑揮發時，松香及抗垂流劑變軟速度較慢，有助於減少solder beads(邊球)，錫橋(bridging)和其它缺點.n較陡溫升段會造成錫膏粘度較快速下降，因此，廠商已經針對錫膏成份設計出較低沸點溶劑，使得大部份溶劑在松香和其它固形物達到較化點之前就已經揮發來減少造成slump和solder beads機會，但是，也许因此使得錫膏在鋼版應用時間和粘滯力維持時間縮短。錫膏Reflow溫度曲線第21页第21页*三元晶相圖三元晶相圖第22页第22页*黏度隨溫度黏度隨溫度,時間變化圖時間變化圖第23页第23页END第24页第24页