如何選用正確黏貼材質來固定測溫頭於SMT回焊測溫板

SMT回焊測溫線頭必須選用適合的黏貼材料來牢固於測溫點上,不可因為傳送、振動或高低溫變化而發生鬆動,否則量測出來的溫度就會發生失真或漂移現象。

兩個錯誤的測溫線埋設方法

我們在前面的文章中也提醒過,電熱偶(TC)的線頭必須要有完好的焊點,且兩條裸線更不可以互相絞纏在一起,否則有可能會在溫度量測過程中因為震動而發生鬆動或高低溫應力造成脫落形成接觸不良,導致溫度量測失準、漂移等問題。







另外,還有一種常見測溫線埋設的錯誤作法,就是將測溫頭端點位置使用導熱性不佳的材質來黏貼或覆蓋其上做固定,這樣將會造成實時量測值延遲於實際溫度的情形。

原則上,在固定測溫端頭的時候,最好就是模擬實際沒有這些測溫線與固定材的狀態,也就是沒有覆蓋物阻止熱風吹拂在焊點的狀況。因為任何的物品覆蓋於測溫點都會阻礙到熱的傳遞,尤其現在回焊爐的主流為「熱風對流式回焊(Convection Reflow)」,所以測溫點覆蓋物的導熱率必須要越高越好,最好是熱風一吹到覆蓋物,馬上就將熱傳導至被覆蓋住的測溫點,降低熱傳導的延遲。而導熱率差的覆蓋物則會延緩測溫點的升溫速度,這樣就會影響到溫度的實際讀值。

理論上覆蓋於測溫點上材值的導熱率只要高到某一程度,就可以忽略測溫點升溫的延遲,比如說升溫延遲如果只有0.1秒,基本上應該就不影響到我們對溫度的判斷,可惜工作熊沒有這方面的數據資料。

目前市面上固定測溫頭有以下幾種材料,分述之:

壹、使用「高溫焊錫絲」將測溫線焊接於測溫處

如果不介意使用含鉛錫絲,則可以考慮使用主成份為鉛(Pb)的Sn10Pb90錫絲來固定測溫頭,其熔點約在300°C左右,屬於高溫錫絲。


如果一定得要使用無鉛錫絲,則可以考慮錫銻(SnSb)合金的Sn95Sb5,其熔點約在240°C,或是Sn90Sb10熔點約在250°C。但是SnSb合金的熔點其實與現在無鉛製程的回焊最高溫(peak temperature)差不多,回焊過程中會有融錫的風險,所以最好在測溫點的邊緣輔以「高溫紅膠」來固定熱電偶線。

如果是多腳位的零件(如QFP)在使用高溫錫絲來焊接固定時,建議不可將焊點焊得太大,否則一旦焊點橫跨多根引腳時,將造成溫度量測上的偏差,還記得我們前面說過測溫點要放在板子的最熱點與最低溫點嗎?假設我們要量測的為最高溫點,通常為非接地且無綠漆(soldermask)覆蓋並擁有獨立銅箔的焊墊/焊盤,但是埋設的測溫頭由於焊點過大卻與旁邊的接地腳焊接在了一起,這樣就會造成測溫點的溫度下降,因為焊錫的導熱率良好,量出來的溫度會變成所有焊錫覆蓋焊腳的平均值;相反的,最低溫點如果焊上了一大坨焊錫,由於焊錫的熱傳導優於一般的接地焊墊盤/焊盤,就會拉昇測溫點的溫度,這樣量測出來的溫度就不見得是我們期望的那個最高溫了?

貳、使用「耐高溫鋁箔貼紙(aluminum tape)」黏貼於測溫處

KIC建議使用「耐高溫鋁箔貼紙」來黏貼於測溫點以固定測溫線。

一般鋁箔的導熱率(thermal conductivity)高達237W/mK,但是依據KIC的資料顯示「鋁箔貼紙」的導熱率(thermal conductivity)卻只有大約0.5W/mK左右,這應該是因為它多了一層背膠以致造成導熱率大幅下降,所以在選用「鋁箔貼紙」時還是得留意背膠的導熱率不可太低。

https://kicthermal.com/wp-content/uploads/2015/12/KIC-Aluminum-Tape-en-R1603A.pdf

依據KIC的建議,可以將「鋁箔貼紙」直接黏貼覆蓋於測溫點而不用擔心會影響到測溫點的實際溫度讀值。這點建議與KIC做進一步的討論,看看有無實驗數據證明「鋁箔貼紙」真的不會影響的測溫值。

注意:使用貼紙類來固定測溫點時要特別留意是否有貼緊,黏貼時必須確實將TC的測溫頭完全接觸到測溫點上,不可以有浮空或鬆脫的情形。另外,每次測溫前建議檢查貼紙是否有因為高低溫循環或碰撞而脫落的情形,有的話就要更換。

參、高溫紅膠

一般來說紅膠的導熱率不佳,所以有人不建議使用紅膠來直接覆蓋於測溫點上做固定,否則會影響到測溫點的實際溫度讀值。但是紅膠卻是目前最便宜也是最佳固定熱電偶線的方案,所以除了不宜將使用導熱率不佳的紅膠直接覆蓋於測溫點處外,其餘需要固定熱電偶線的地方都建議可以使用紅膠來固定。

如果可以找到導熱率優秀的紅膠或其他膠,且符合高溫不鬆脫,工作熊還是覺得紅膠還是有機會的。

肆、Kapton高溫膠帶

目前市面上有多款不同品牌的高溫膠帶及Kapton膠帶,一般也不建議使用高溫膠帶或Kapton膠帶直接黏貼覆蓋於測溫點上,因為一般Kapton高溫絕緣膠帶的導熱係數大約只在0.16W/mK左右,基本上跟不上回焊環境中升溫的速率,所以可能會影響到測溫讀值的準確性,而且背膠在多次返復高溫中還容易鬆脫。

杜邦有出一款【Kapton® MT+ polyimide film】聲稱其導熱率可以達到0.8W/mK,比KIC的鋁箔貼紙還要好,不過工作熊沒有用過,不知道其實際性能與價格如何。要是有朋友試過,可以分享一下經驗。

伍、使用「銀膠」固定於測溫線端點

有網友提出,現在有些公司會採用「銀膠」來固定TC的測溫端點。

使用銀膠來固定TC的測溫端點或許是個不錯的主意,因為銀膠比目前很多人使用的紅膠及高溫膠帶的導熱率都要高出很多,甚至比鋁箔貼都還要高,銀膠的導熱係數從2~30W/mK都有,但前提是銀膠必須可以固定得住測溫頭不鬆脫,且可以耐多次回焊爐反覆高溫。

下面收集幾種材質的導熱係數當參考:


參考文件:


延伸閱讀:
如何選擇決定SMT回焊測溫板上的測溫點?
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,铝箔贴纸是一个很有创意的固定焊点的想法,这个在我们这边基本上没有用过的,即使用了,客户很多时候也会不认同这种做法,总是觉得这种方法测试出来的温度不准确,而我们又没有什么理论支持去和客户解释,有个小疑问,请熊大帮忙解疑,就是粘贴铝箔纸是不是只适用于表面焊点的测温点,比如引脚IC类,对于埋线的探头固定就不可取了呢,比如BGA。

liming,
鋁箔確實無法黏貼固定在BGA這類底部焊點零件做測溫。

熊大,您好!导热率有没有标准?最低是多少?

XG,
我個人沒有看到有測溫黏貼材質的導熱率標準,而且各家要求的精度其實也不盡相同。
當然,如果有機會找測溫移的原廠聊聊最好


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