【摘 要】
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随着电子元器件小型化、高密度化,SMT工艺因其高集成度得到了迅猛发展。回流焊作为SMT工艺中的一道关键工序,其工艺参数的设置影响PCB组件的可靠性。回流焊工艺参数主要表现为对回流温度的控制,不同的PCB组件需依靠丰富的经验及多次试验测试调整回流炉参数,得到满足要求的回流温度,该过程耗费大量人力物力与时间。本文针对PCB组件在回流焊中回流炉参数设定问题,基于理论分析与有限元仿真相结合的方法,对20块
【基金项目】
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与某单位的合作项目“印制板组件XX可靠性XX研究”；
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随着电子元器件小型化、高密度化,SMT工艺因其高集成度得到了迅猛发展。回流焊作为SMT工艺中的一道关键工序,其工艺参数的设置影响PCB组件的可靠性。回流焊工艺参数主要表现为对回流温度的控制,不同的PCB组件需依靠丰富的经验及多次试验测试调整回流炉参数,得到满足要求的回流温度,该过程耗费大量人力物力与时间。本文针对PCB组件在回流焊中回流炉参数设定问题,基于理论分析与有限元仿真相结合的方法,对20块PCB组件在10组回流炉参数设置下的温度场进行建模仿真,得到PCB组件典型器件上特定点的回流温度,研究PCB结构参数、元器件布局、元器件尺寸及回流炉参数设置对PCB组件回流温度的影响,总结回流炉参数设置方法,并通过实验验证仿真结果的可靠性。本文的主要工作可归纳如下:1.首先在ANSYS Workbench中对20个PCB组件建立有限元模型,计算PCB和焊料的等效材料参数,随后基于本文所使用回流炉的加热方式及结构,推导出回流炉内PCB组件表面的对流传热系数,并利用热电偶实际测温验证了对流传热系数取值的合理性,最后通过有限元仿真,得到了20个组件在10组不同回流炉参数设定下典型器件上特定点的回流温度。2.利用有限元仿真,探究了PCB结构参数、元器件布局及元器件尺寸对PCB组件回流温度的影响。结果表明:（1）PCB结构参数中,PCB导热系数主要影响BGA器件中心位置焊料的回流峰值温度,PCB厚度影响焊料整体的回流峰值温度,PCB边长大于元器件边长2.5倍时不影响焊料的回流峰值温度,焊料中心位置的回流峰值温度会随PCB导热系数的增加而增加,焊料的回流峰值温度会随PCB厚度的增加而减小;（2）元器件布局对焊料上回流温度峰值的影响不显著,主要影响PCB组件整体的温度场;（3）BGA器件的体积越大,其焊料回流温度的峰值越低。3.通过20个组件在10组不同回流炉参数设定下的回流温度,分析了回流炉参数对PCB组件回流温度的影响,得到以下结论:（1）对于组件1,第5组回流炉参数设定满足Sn63Pb37焊料的焊接要求,并发现回流炉最后一个加热温区的温度增加10℃,焊料峰值温度大概增加7℃,回流炉最后一个加热温区的温度增加5℃,焊料峰值温度大概增加4℃,焊料的回流峰值温度随传送带链速增加而减小;（2）通过对比第5组、第8组及第9组回流炉参数设定下,20个组件焊料的回流温度,发现改变回流炉参数设定对不同PCB组件焊料的回流峰值温度的影响是相似的,由此总结出PCB组件在回流时回流炉参数设定方法。4.利用温度曲线测试仪对5个组件分别在两组不同回流炉参数设定下的10组仿真结果进行验证,在升温阶段,仿真结果与实验结果的误差均在5℃以内,可认为这10组仿真结果是可靠的,也表明本文通过有限元仿真得到PCB组件的温度场以及PCB组件上特定点的回流温度曲线是可靠的。
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