如何選擇決定SMT回焊測溫板上的測溫點?最高溫、最低溫點

原則上在決定與選擇SMT回焊測溫板上的測溫點時至少要選擇在PCBA的最熱點與最低溫點各放置一個以上的測溫點,這樣才可以在PCBA板流經回焊爐時用這兩點來確認所有元器零件的溫度是否都落在要求的工藝窗口範圍內。

但是要如何確認哪個點是溫度的最熱點與最低溫點呢?

一般來說,選擇那些本體導熱率較差(本體通常以大面積塑膠為材質)或是零件焊腳/引腳被本體覆蓋的接地腳通常就是這片板子上溫度的最低點,所以像LGA(藍芽、歪壞模組)、BGA、Flip Chip這類零件就是首選。

如果有好幾顆BGA元件,則只要選擇其中最具代表性的一顆BGA來當作測溫點就可以,一般來說尺寸面積最大的那顆BGA就是標的,比如說一片板子上的CPU、DDR SDRAM、Flash memory全都是BGA元件,那麼一般會取CPU的BGA當作測溫點。

如果板子上同時有LGA、BGA、Flip-Chip這些元件,建議要選擇一顆LGA以及一顆最具代表性的BGA做測溫點,因為LGA的受熱特性與BGA不太一樣,至於Flip-Chip則因為其面積通常比較小且薄,而且有些還是金屬本體,導熱也比較好,所以可以把其順位往後挪。

那如果板子上都沒有LGA、BGA與Flip-Chip這類零件,那就選擇一顆最大的IC來作測溫點。

如果連IC零件也都沒有,那你認為你這片PCBA還需要做測溫板嗎?

在BGA的焊點埋設測溫點其實已經是SMT作業的一個共識了,而且IPC也有所建議,特別是針對那些焊點比較多且容易出現HoP/HIP的CPU封裝,更建議要同時量測其內排(inner ball)及外排(outer ball)錫球的溫度曲線,並控制其融錫時間差(LTD)不可超過2秒鐘。

相關延伸閱讀:善用測溫點管控LTD解決BGA的HIP/HoP雙球枕頭效應及NOW虛焊

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再來找看看有無使用大面積塑膠當本體的元件或大體型連接器等,這些元件本體大部分由塑膠或樹脂構成,其導熱率通常比較差,本體又容易阻擋熱風流通,也就比較容易形成低溫區域,如果還有多餘的熱電偶,建議也要在這些零件中選一個來做測溫點。

而板子上溫度的最高點,通常為「非接地」且無綠漆覆蓋並擁有獨立銅箔的焊墊/焊盤,一般會選取電阻或電容這類小chip的非接地腳當作測溫點。

其他測溫點的選擇

再來,要選擇受到熱衝擊後易損傷、或是有需要特別關注的敏感元件等來作為測溫點,比如說某些電解電容,或是規格上要求有較低溫度上限的元件。

這些元件除了要留意其最高溫外,還要留意其升溫斜率不可過大。

另外,有些多腳位的長條型FPC連接器,通常是40pin以上,因為其本體較細長且扁平,回焊升溫斜率如果太大則容易讓塑膠本體發生翹曲,以致造成空焊,或是在回焊完成後FPC裝入後接觸不良等問題。

測溫點選擇重點整理:

設置測溫點的分佈建議

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為了增加生產效率,一般SMT製程都是採用拼板(panelization)過爐,所以過爐時PCB板子的尺寸相對就會比較大,而回焊爐則是一區一區加熱升溫的,也就是說板子在回焊爐中前進時有可能前端已經進入了較高溫區,但是後端還停留在較低溫區,這樣就會造成溫差,溫差如果過大就容易形成熱膨脹差異的溫差應力進而造成板子變形。

除了溫區的溫度差之外,PCB本身銅箔的分佈狀況也會影響到板子本身不同位置升溫的差異,所以太快的回焊爐升溫斜率會加劇同一片板子溫度的差異。

所以,想要製作出一片合格的測溫板,除了要依照前述建議找出板子的最高溫與最低溫點外,在測溫點的分佈選取上建議要依照「交叉對角差異原則」來盡可能涵蓋測溫板的所有區域。也就是要盡量在拼板的四個角落與正中央處附近各選取一個測溫點。

因為測溫儀的接口有限制測溫線的數量,一般不需要選取拼板中每片單板來做測溫,而只需要依照測溫點的分佈原則選取某單板上的溫度最高點與不同單板的最低溫點來當做測溫點即可。


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可以用空板來製作回焊測溫板(profile board)嗎?
瞭解熱電偶(thermocouple)、測溫線、感溫線的基本原理與選擇注意事項
如何SMT測溫板的熱電偶選擇?不同電熱偶(thermocouple, TC)線之間的差異

 
 
訪客留言內容(Comments)

熊大,两个较大原件中间夹杂一个或两个小的物料,导致这些物料不融锡,但是板面上其他原件对温度又比较敏感,这种情况最优的解决办法是什么呢?之前看过一些资料,说恒温区到回流区回流炉设定温差控制在35到40度,就像您文章中说的,如果板子比较长,跨越了一个半到两个温区,这样的设定是不是会很危险?还有就是对于热风回流炉,双面板第二次过炉,把下温区温度调低,对于反面器件是否有保护作用?

Liming,
1.兩個大零件中間的小零件不熔錫,基本上還是要想辦法客服,比如改變爐子的設定或是改變進爐的方向,讓板子的受熱更均勻。
2.其實爐子的效率對板子的profile影響非常大,就算是藏在大零件下方的零件也可以融錫,比如直接貼片的屏蔽框下方零件。
3.無鉛製程幾乎已經很少人會再去控制恆溫區與回焊區的35-40度溫差了,因為無鉛的熔點比較高。個人覺得最好依照錫高商的profile建議,可以將助焊劑發揮的最大才是重點。而且現在的板子差異性非常大,有些小板子或是零件差異不大的板子,很多人直接走斜昇式,只有板子上零件差異大的零件才會走馬鞍式,這時候話又得說回來,差異性大的板子更應該選擇效率好的回焊爐。
4.我們早期在調回焊爐溫的時候會將下溫區調得比上溫區低5-10度,目的就是為了降低第一面零件掉落,現在幾乎已經很少人這樣做了,可能是零件趨小化,掉落風險減小的關係吧!

熊大,就如您所说,下温区比上温区调低5到10度,但是实测出来的温度还是符合标准的(正反面都有测温点),这样来说对于反面器件的保护是不是就是不存在的?还是只是心理作用?

Liming,
其實我只能說事情沒有絕對。上下溫區差5-10度其實有個問題需要考慮,它可能加劇板彎的變形量,但是不同板子的差異很大。止於你說的保護下溫區零件,這個也要看你的零件的耐溫性如何?一般都會要求至少可以耐三次回焊高溫,其實到目前也只有極少數零件無法達到這個要求,碰到了就特殊處理就可以了。


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