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评估在阵列封装产品上粘贴热电偶的曲线精度

时间:2016-11-01来源:未知 点击:

 

 简介

回流炉的设定包括各温区的温度和链速设定,这2个因素决定得到怎样的曲线。为了达到好的焊接质量,曲线需要符合产品和制程的规格,比如锡膏、零件、PCB的温度承受范围等。 因此,曲线的结果需要非常准确性,热电偶会有很大影响,所以热电偶连接方法显得尤为重要。  
阵列封装产品在背面都有锡球,要测出背面的温度比较难. 不适当锡球的温度可能导致焊接不良或者会损坏BGA。这些零件一般都比较昂贵,对生产者来说也是一种挑战。
 
这篇文章中,我们会讲到怎样使用无损伤方法粘贴热电偶,也能得到BGA的真实温度。 
具体方案
传统的BGA测温点做法就是先把热电偶的头部放在焊盘上,再把BGA准确地焊在上面, 这样做不需要额外的焊接材料.初步测试发现,使用扁平头的热电偶及返修台就可以简单做到这点。我们使用一个扁平头热电偶放在BGA下面,还有另一根热电偶做参考。 
 
此外,之前的研究也发现使用铝箔贴纸能准确的测出温度,并且是可重复性的,贴装时无破坏性。其它热电偶粘贴方法, 比如用高温锡丝或者高温胶,这些方法在重复性方面都会有一些波动。铝箔贴纸的另外一个好处就是它已经在电子装配行业广泛使用。
 该项测试的评判标准是对比用铝箔贴住的2个热电偶的温度差异(Figures 1a and 1b), 以及测试扁平热电偶在BGA下面的温度(Figure 2). 很小的delta T 表明在某些特定的情况下,它和BGA下面的扁平热电偶的温度值是很接近的。
 
测试过程
不同的实验都在一台回流炉上进行,它有6个加热区一个冷却区,为了便于分析,删除了冷却区的测试结果。
以下是回流炉的设定参数:

Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 6
80°C 105°C 143°C 183°C 223°C 253°C
 Belt Speed (cm/min)  
29  

结合使用不同BGA和PCB测出的数据,在实验基础之上,可以得到BGA上面的热电偶与BGA下面的热电偶之间的关系。 
对于一个特定的PCB/BGA,利用实验得出的关系,图 8 和 9显示了BGA上部热电偶的温度预测值。 图8是包含所有温区,图 9 只是回流区. 为了利用Figure 8 or Figure 9中的图表, Assembly Index (AI)可以利用以下的PCB和BGA参数计算出来。我们需要再次确认来证实图表的真实性。

Equation. Formula to calculate temperature offset from reference TC to non-destructive TC attachment
Where….
·         AI is the Assembly Index
·         PT is PCB 厚度 (mm)
·         PW is PCB 重量 (grams)
·         PA is Full PCB 面积 (sq mm)
·         CP is 元件的间距
·         IOC is I/O 点数
·         CA is 元件面积 (sq mm)
·         CW is 元件面积
·         CT is 元件厚度--包括锡球

结论:
 
使用BGA上方的热电偶(铝箔贴纸固定)可以大致估算出BGA下方的热电偶温度数值,此外两者之间的差值是可以用上面的公式计算出来的。
相对小的BGA和薄的PCB来说,两者差异不会超过2度。 厚PCB和大BGA可以参考格式计算出大致的数值。

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