原则上在决定与选择SMT回焊测温板上的测温点时至少要选择在PCBA的最热点与最低温点各放置一个以上的测温点,这样才可以在PCBA板流经回焊炉时用这两点来确认所有元器零件的温度是否都落在要求的工艺窗口范围内。
但是要如何确认哪个点是温度的最热点与最低温点呢?
一般来说,选择那些本体导热率较差(本体通常以大面积塑胶为材质)或是零件焊脚/引脚被本体覆盖的接地脚通常就是这片板子上温度的最低点,所以像LGA(蓝芽、歪坏模组)、BGA、Flip Chip这类零件就是首选。
如果有好几颗BGA元件,则只要选择其中最具代表性的一颗BGA来当作测温点就可以,一般来说尺寸面积最大的那颗BGA就是标的,比如说一片板子上的CPU、DDR SDRAM、Flash memory全都是BGA元件,那么一般会取CPU的BGA当作测温点。
如果板子上同时有LGA、BGA、Flip-Chip这些元件,建议要选择一颗LGA以及一颗最具代表性的BGA做测温点,因为LGA的受热特性与BGA不太一样,至于Flip-Chip则因为其面积通常比较小且薄,而且有些还是金属本体,导热也比较好,所以可以把其顺位往后挪。
那如果板子上都没有LGA、BGA与Flip-Chip这类零件,那就选择一颗最大的IC来作测温点。
如果连IC零件也都没有,那你认为你这片PCBA还需要做测温板吗?
在BGA的焊点埋设测温点其实已经是SMT作业的一个共识了,而且IPC也有所建议,特别是针对那些焊点比较多且容易出现HoP/HIP的CPU封装,更建议要同时量测其内排(inner ball)及外排(outer ball)锡球的温度曲线,并控制其融锡时间差(LTD)不可超过2秒钟。
相关延伸阅读:善用测温点管控LTD解决BGA的HIP/HoP双球枕头效应及NOW虚焊
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再来找看看有无使用大面积塑胶当本体的元件或大体型连接器等,这些元件本体大部分由塑胶或树脂构成,其导热率通常比较差,本体又容易阻挡热风流通,也就比较容易形成低温区域,如果还有多余的热电偶,建议也要在这些零件中选一个来做测温点。
而板子上温度的最高点,通常为「非接地」且无绿漆覆盖并拥有独立铜箔的焊垫/焊盘,一般会选取电阻或电容这类小chip的非接地脚当作测温点。
其他测温点的选择
再来,要选择受到热冲击后易损伤、或是有需要特别关注的敏感元件等来作为测温点,比如说某些电解电容,或是规格上要求有较低温度上限的元件。
这些元件除了要留意其最高温外,还要留意其升温斜率不可过大。
另外,有些多脚位的长条型FPC连接器,通常是40pin以上,因为其本体较细长且扁平,回焊升温斜率如果太大则容易让塑胶本体发生翘曲,以致造成空焊,或是在回焊完成后FPC装入后接触不良等问题。
测温点选择重点整理:
- LGA底部接地焊点 x1
- 最大颗BGA的底部 x1(有时候会要求正面x1+底部x2)
- 最大颗IC的接地焊点 x1
- 导热率差的大型连接器接地焊点 x1
- 40pin以上长条形软板连接器本体 x1
- 最小颗chip非接地焊点 x1
设置测温点的分佈建议
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为了增加生产效率,一般SMT制程都是採用拼板(panelization)过炉,所以过炉时PCB板子的尺寸相对就会比较大,而回焊炉则是一区一区加热升温的,也就是说板子在回焊炉中前进时有可能前端已经进入了较高温区,但是后端还停留在较低温区,这样就会造成温差,温差如果过大就容易形成热膨胀差异的温差应力进而造成板子变形。
除了温区的温度差之外,PCB本身铜箔的分佈状况也会影响到板子本身不同位置升温的差异,所以太快的回焊炉升温斜率会加剧同一片板子温度的差异。
所以,想要制作出一片合格的测温板,除了要依照前述建议找出板子的最高温与最低温点外,在测温点的分佈选取上建议要依照「交叉对角差异原则」来尽可能涵盖测温板的所有区域。也就是要尽量在拼板的四个角落与正中央处附近各选取一个测温点。
因为测温仪的接口有限制测温线的数量,一般不需要选取拼板中每片单板来做测温,而只需要依照测温点的分佈原则选取某单板上的温度最高点与不同单板的最低温点来当做测温点即可。
延伸阅读:
可以用空板来制作回焊测温板(profile board)吗?
瞭解热电偶(thermocouple)、测温线、感温线的基本原理与选择注意事项
如何SMT测温板的热电偶选择?不同电热偶(thermocouple, TC)线之间的差异
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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?
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Liming,
其实我只能说事情没有绝对。上下温区差5-10度其实有个问题需要考虑,它可能加剧板弯的变形量,但是不同板子的差异很大。止于你说的保护下温区零件,这个也要看你的零件的耐温性如何?一般都会要求至少可以耐三次回焊高温,其实到目前也只有极少数零件无法达到这个要求,碰到了就特殊处理就可以了。
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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?
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Liming,
1.两个大零件中间的小零件不熔锡,基本上还是要想办法客服,比如改变炉子的设定或是改变进炉的方向,让板子的受热更均匀。
2.其实炉子的效率对板子的profile影响非常大,就算是藏在大零件下方的零件也可以融锡,比如直接贴片的屏蔽框下方零件。
3.无铅制程几乎已经很少人会再去控制恆温区与回焊区的35-40度温差了,因为无铅的熔点比较高。个人觉得最好依照锡高商的profile建议,可以将助焊剂发挥的最大才是重点。而且现在的板子差异性非常大,有些小板子或是零件差异不大的板子,很多人直接走斜昇式,只有板子上零件差异大的零件才会走马鞍式,这时候话又得说回来,差异性大的板子更应该选择效率好的回焊炉。
4.我们早期在调回焊炉温的时候会将下温区调得比上温区低5-10度,目的就是为了降低第一面零件掉落,现在几乎已经很少人这样做了,可能是零件趋小化,掉落风险减小的关系吧!
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