可以用空板來製作回焊測溫板(profile board)嗎?

在回答「能不能用空板(光板)來製作測溫板?」這個問題前,我們應該要先來探討一下到底「製作回焊測溫板的目的是什麼?

首先,當然是為了獲得真正的爐溫曲線囉!應該說是要獲得PCB板在回焊爐內的實際溫度曲線,因為回焊爐的溫度設定與板子上實際的溫度可是有著一大段的差距(約有10~30°C的差異),就類似用瓦斯爐烹煮食物,爐火的溫度與食材真正的溫度是不一樣的。而藉由量測PCB板的實際溫度則可以回饋、優化並校正爐子的溫度設定以達到符合要求的溫度曲線之目的。

其次,目前PCB與大部分電子零件所使用的材料幾乎都無法承受過高的溫度而不變形或發生劣化,尤其是在進入無鉛製程後,融錫的溫度又更高了,有些敏感的電子零件更是要求其最高可承受溫度不得高於250°C或更低,或是無法長期處於某高溫環境下超過幾秒,所以必須嚴格控制PCB板上零件的實際溫度與超過某溫度的時間。

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第三,某些電子零件因為本體使用導熱係數較低的塑膠導致吸熱較慢,例如晶片讀卡連接器(Smart Card connector)有著較大的塑膠本體,這些零件的焊腳可能會因為回焊爐設定的升溫斜率太大而造成其本體的升溫速度跟不上大環境而造成不潤濕。

第四,某些零件的焊腳(引腳)設計在本體下方,如LGA、BGA,這類零件的焊腳因為被本體阻擋而較不易受熱,而且其重工及維修也都相對困難,所以需要特別留意其焊腳的溫度曲線是否符合焊錫要求。其實,這類零件還有一個致命的問題,就是它們的Tg值一般都在200°C以下,而現在的無鉛回焊溫度則介於217~250°C之間,也就是溫度一旦超過Tg值就有機會變軟,而且因為PCB還內含不均勻分佈的銅箔,只要升溫曲線稍有差池就有很大機會因膨脹係數(CTE)的差異而發生PCB彎曲,有些BGA零件本體內結構的CTE更是嚴重,翹曲問題所在都有,於是造成HIP/HoPNWO等嚴重的焊錫接觸不良問題。

另外,工作熊也看過某些特殊設計,直接將屏蔽罩打在板子上與其他零件一起過爐焊接的,或是故意將零件直接打在較高零件底部,而現在主流的回焊爐為「熱風式(Convection Reflow)」,「陰影效應」可能讓熱風無法順利快速的加熱到這些被覆蓋於屏蔽蓋或是高零件下方的零件,於是造成升溫延遲,輕者可能引起「墓碑(tombstone)效應」,重者可能造成不潤濕

基於以上幾點說明,你還覺得還可以用空板來做測溫板?

當然,如果你的PCBA板子上的零件很簡單,沒什麼太複雜的零件,也沒有什麼大顆的BGA、LGA,或其他容易吸熱的元器件,其實你也不一定需要使用測溫板就是了。

如果你很重視你生產的PCBA焊接品質,那建議你一定要模擬實際板子過爐測溫,也就是你的測溫板應該要與實際過爐的板子一模一樣,該是拼板就要用拼板做測溫板,第一面過爐時,板子的第一面會打上什麼零件,測溫板就應該有什麼零件,第二面過爐的測溫板應該要包含第一面及第二面的零件,這樣才能模擬實際板子過爐時的溫度。

次差的情況是要求板廠把生產的不良板寄過來當測溫板,然後用那些從壞板上拆下來的零件拼湊出一片有重點零件的測溫板,可能不需要所有零件都上,但SMT貼片時該有的大顆IC及連接器都要上,就是那些比較會吸熱的零件都要上。

有網友提到試產時物料吃緊,庫房備料也都是備剛好數量的PCB與電子料,這樣有該如何預先製作一片測溫板呢?

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關於這個問題,建議你要事先與客戶或是研發溝通,要求試產時要必須多提供一套測溫板的材料數量需求,並向對方說明使用測溫板的優點,庫房備料時就要把測溫板需求的材料備好。

其實在「試產階段」更應該要採用測溫板才能保證回焊品質,因為試產的數量少,容錯率低,時間又趕,如果因為沒有把回焊的profile溫度調好而發生焊接的品質問題,研發單位還得多花時間來除蟲(debug)並確認問題是來自焊接製程或是設計本身,反而得不償失,先充分溝通測溫板的重要性,相信客戶或研發單位在衡量得失後,大多不會想冒因為沒有測溫板而發生焊錫問題的風險。

一般來說,一套測溫板可以從第一次試產用到量產,除非板子的設計變動非常大(板材大小變更過大、大顆或吸熱零件數量差異太多),否則同機種的測溫板都是可以繼續沿用的,也就是說,試產階段基本上只須提供第一次試產的一套測溫板即可。


延伸閱讀:
HotBar(熱壓熔錫焊接)介紹─HotBar原理及製程控制
SMT回流焊的溫度曲線(Reflow Profile)解說與注意事項
瞭解熱電偶(thermocouple)、測溫線、感溫線的基本原理與選擇注意事項

 
 
訪客留言內容(Comments)

我们这边的产品基本上都会有相应的测温板,其实如何制作测温板也同样重要,测温点的选择,特别说BGA类,做的好与不好,测量出来的结果相差会很大,熊熊老师有机会可以出一篇关于测温板制作的文章!

liming,
是有這個計畫,但你可能要有耐心等更新。

见过几种测温板的制作原则。有的工厂会报废1pcs PCBA作为测温板,这种效果当然最好;还有的也会报废PCBA,但是报废的PCBA上只有待测的器件,这样可以节约一部分料本;最近见到的一种,直接拿与待测产品类似的PCBA来做测温板,个人认为这种方法测出的数据与实际炉温就相差比较多了。
实际过程中,现场工程师常常受限于资源,没法获取实物PCBA作为测温板。因此是否有经验公式可以利用?只需要PCB gerber便可以计算得出炉温?记得鸿海、伟创力似乎有这样的方法。

JY,
概念上一定可以用程式來模擬profile,但是你如何確定回焊爐的爐溫回溯是正確的?
而且計算量應該相當大,電腦跑一個模擬可能3天,費用不便宜,你覺得划不划算,以後用量子電腦或許可以縮短時間。
如果是簡單的計算會不準,你要不要用?

是的,理论上的方法目前还是粗调炉温在用。就测温板实测炉温来说,目前没有其它方法在保证效率、成本的前提下,能够做到与它同等的精度。


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