如何量测及设定Hot Bar热压焊机的温度

发布时间:2020-04-15 09:35浏览次数:
        网络上有些朋友对于HotBar热压头(thermodes)的温度设定与实际量测到的温度似乎有著一定程度的误解。有人以为只要把HotBar的温度设定400°C后,其热压头的温度就一定要达到这个温度才正常,可是实际量测板子上的温度才只有280°C左右,于是产生了疑问想要实际量测热压头的温度。
        有充分了解HotBar热压焊机机台的设计及其原理所造成的误解,我姑且拿烙铁(iron)了做比喻说明好了,当我们把烙铁的温度设定在400°C时,其实记温度真的可以达到,可是当我们把烙铁放到銲锡及零件上的时候,由于銲锡及零件的温度接近于室温,所以烙铁头实际传导到銲锡及零件的温度并没有到400°C,一般可能约在260°C左右而已,而SAC305焊锡的熔点只在217°C,所以可以融锡做焊接,但是如果PCB的焊垫有大片的接地铜箔时,烙铁头的温度散失将成倍数成长,有时候甚至会造成假焊的问题或无法上锡。
        回过来看HotBar的热压头也是同样的道理,虽然设定400°C但实际接触到PCB的焊垫后,真正传导到锡膏的温度并不会真的有400°C这么高温,如果真有这么高温的话,很多的电子零件及电路板应该也都无法承受这样的温度。这是因为热的传导会随著时间及距离而衰减。
        HotBar热压焊机的温度曲线设定建议一定要按照Reflow的温度曲线量测过一次,而且测温的时候最好至少选择三个焊垫(接地焊垫、电源焊垫、普通的焊垫),因为接地及电源的焊垫通常会连接到大片的铜箔,容易产生热散失的问题,连接普通的焊垫是为了要避免温度设定过高致产生烧焦的问题。
        关于HotBar热压焊机的机台设定,基本上至少都会有两段设定,而且每一阶段都可以自行设定其温度及时间,这就有点类似两个温区的迴焊炉(reflow oven),而这也是为何HotBar的焊接时间可以缩到如此短的原因之一。而温度与时间的关系,基本上HotBar机台上的脉衝电流一打开,就是全速加热直到设定的温度及时间为止,但是这裡的温度量测的是热压头的而不市电路板上的焊锡,所以在温度的设定上必须比融锡的温度(217°C)高出许多,这类似reflow的温度设定基本上都比实际量测到的温度高一样。
        第一个阶段加热的目的在预热,一般会设定在大约150°C~170°C左右,而这个温度也是一般软版(FPC)可以长时间承受的温度而不至于破坏其结构,一般约2~3秒的时间,让软板、锡膏及电路板的温度先加热到一定程度,以避免温度快速上升所造成的不可预测的问题发生,比如说分层(de-lamination),而且也可以起到驱除水气的效果。另外还要考虑HotBar-FPC的焊垫(焊盘)有没有露到背面来,如果只是单层板且背面没有焊垫,这样子会非常不利热传导到锡膏处,这时候可能就必须要增加预热的温度。
        第二阶段就是真正焊锡的温度,所以一般无铅焊锡的温度大多设定在360°C~400°C左右,务必要让焊锡的实际温度落在230~250°C之间,才可以确定融锡又不至于烧焦软板,时间一般约设定在4~8秒之间,建议一定要根据每片板子的特性,实际量测其温度曲线后才决定各阶段的温度及时间的设定。
        最后我还适应强调,HotBar焊锡所需要的温度测量应该是PCB的锡膏焊点上的温度,而这也是热压头加热后所传导到PCB上的实际温度,也才是真正焊锡时的温度,所以一般量测HotBar热压焊机的温度曲线,都要把thermal couple连接到PCB的HotBar焊垫上,然后实际用热压头加热PCB,这样所量测到的温度才是真正可以运用在焊接上的温度。