由于在原先的錫鉛電路板上需要使用一些無鉛元件,于是出現了向后兼容的問題。
就向后兼容的問題而言,一些元件只進行了無鉛表面處理。對元件供應商來說,同時提供錫鉛和無鉛兩類同種元件是不劃算的。表面進行了無鉛處理的含鉛元件在使用時是沒有問題的。但是,在一塊原來的錫鉛電路板上使用無鉛BGA,問題就來了。由于所有其他元件是錫鉛元件,如果使用最大峰值溫度為220℃的錫鉛焊接溫度曲線,此時無鉛BGA焊球是部分地熔化,或者完全不能實現回流焊接,會出現一系列焊點可靠性的問題。那么,我們究竟應該使用哪一種回流焊溫度曲線呢?這里有兩種方案:
第一個辦法是,使用標準的錫鉛回流焊溫度曲線。除了無鉛BGA以外,所有元件的峰值再熔溫度在210℃至220℃之間。因此無鉛BGA和其他錫鉛元件不要放在一起焊。在錫鉛元件完成回流焊之后,使用選擇性焊接,即采用選擇性激光焊接系統來貼放和焊接所有的無鉛BGA。選擇性激光焊接系統只是貼裝和焊接無鉛BGA,不會影響四周已經在對流回流焊爐中完成了焊接的錫鉛元件。
第二個辦法是,如果沒有錫鉛焊接溫度曲線,又想在同一個焊爐中焊接所有的錫鉛元件和一些無鉛BGA,那么回流焊峰值溫度必須不會損壞錫鉛元件,但又足以對無鉛BGA進行回流焊。千萬別忘了,由于電路板上大多數元件是錫鉛元件,你要使用錫鉛焊膏。因此,峰值溫度在210℃ 至220℃之間,是適合錫鉛元件的,但是對于熔點在217℃至 221℃之間的無鉛BGA,則溫度不足。如果峰值溫度為226℃ 至 228℃,高于液相線(TAL)的時間為45到60秒,這就足以對無鉛BGA進行回流焊,又不會損壞同一塊電路板上的所有錫鉛元件。
如果226℃至228℃的回流焊溫度范圍太狹窄,難以完成向后兼容錫鉛元件和無鉛BGA的焊接,可以考慮采用選擇性激光焊接,或者去找提供錫鉛焊球BGA的供應商。開發任何一種溫度曲線,使用正確的熱電偶很重要。我們需要K型熱電偶,它連有一根36號AWG導線。如果熱電偶導線較粗,會吸收過多熱量。絕對不要使用 溫膠帶,因為它們在回流焊過程中會松掉,測量到的是焊爐里空氣的溫度,而不是焊點的溫度。在任何情況下,都必須使用高溫焊料或者導熱粘合劑把熱電偶貼在焊點上。
對于BGA,要從電路板底部開始,在內圈和外圈BGA焊盤上鉆孔,并把熱電偶推到接近表面的最高點,測量BGA焊球的溫度。內圈和外圈BGA焊球,彼此之間的溫差度必須在2℃之內。在不同的元件位置安放四至六個熱電偶,來描述最低到最高受熱容量區域,其中,至少有兩個熱電偶是用于BGA的。
有一種誤解認為,一個對流式回流焊爐的回流溫度曲線適用于所有電路板,因而,不需要為每一種電路板專門制定回流焊溫度曲線。這是不對的。因為,每一種電路板熱容量不同,而且每一種電路板有不同的組裝模式。同一塊雙面電路板,根據每一面元件的布局和銅箔面的分布,每一面可能要求有不同的回流焊溫度曲線。還有一個誤解認為,如果要改變回流焊溫度曲線,可以改變傳送帶的速度來做到。僅僅改變傳送帶的速度是容易的,但是,這不是正確的方法,因為它會改變電路板在各個溫區時的溫度。現在可以買到整套的硬件和軟件,簡化回流焊溫度曲線的開發。
一旦得到預期的回流溫度曲線,就可以對印刷了焊膏、貼上了元件的電路進行生產;在回流焊之后,檢測焊點的質量。只是在電路板某個具體位置中出現的隨機性問題可能是與焊接有關;在具體位置中一直出現的問題可能是由于加熱不均勻,與溫度曲線有關。至始至終都會出現的問題也可能與焊膏質量和焊盤圖形的設計有關。
當回流焊溫度曲線給出了理想的結果(假定設計和其他材料變量已經經過優化),就把這個溫度曲線確定下來,不能再改變了。