红外热风再流焊温度场影响因素及其规律研究.docx

"红外热风再流焊温度场影响因素及其规律研究" 本研究旨在研究红外热风再流焊温度场的影响因素及其规律，以提高电子产品的焊接质量和可靠性。通过finite element simulation（有限元仿真）和中心复合抽样设计，研究了再流焊工艺参数对再流焊温度曲线的影响，并得出了红外热风再流焊温度场的主要影响因素及影响规律。 1. 再流焊温度场仿真 再流焊炉是通过加热 N2，然后用风扇将热气流送到焊接表面进行再流焊接的。在热对流的同时还伴有炉壁对 PCB 组件的热辐射。为了更利于计算，将辐射换热转为对流换热进行计算。再流焊过程的边界条件包括热对流和热辐射两个方面。 1.1 温度场边界条件 再流焊炉上的热对流换热系数可以根据式(1)计算出： hc=NumλL=0.664u12(ηCp)13λ23(vL)12, 其中：u 为热风速度; L 为基板长度; υ 为气体粘度; λ 为气体的运动粘滞系数; η 为气体的动力粘度; Cp为气体的热容量。 再流焊炉对 PCB 组件的热辐射换热系数可以根据式(2)计算出： hr=σε12(T12+T22)(T1+T2)ε1+ε2−ε1ε2, 其中：σ 为斯忒藩-玻耳兹曼常量，值为 5.67×10-8 W/(m2·k)；ε1、ε2为炉腔和 PCB 及其组件上某点的发射系数；T1为加热炉内壁的绝对温度；T2为 PCB 及其组件上某点的绝对温度。 1.2 有限元模型 实际印制板组件由材料基体和实现电气联接的铜箔构成，组成复杂，有较多的内电层，且材料热特性是各向异性的，电路板上集成有 BGA、chip 和各类陶瓷封装器件。在对印制板组件进行再流焊焊接仿真过程中，可以对结构复杂且有多种材料属性的印制板组件进行简化：不考虑实际的印制电路布线，将印制线路简化处理为给定厚度的外面 2 层铜箔；中间一定厚度的各向异性的材料简化为各向同性材料属性。 材料的其余属性参数见文献[7]。PCB 的外形尺寸为 100 mm×75 mm×1.62 mm，如图 1(a)所示。PCB 基板为 FR-4，覆铜箔, PCB 基板尺寸为 100 mm×75 mm×1.56 mm，铜箔尺寸为 160 mm×100 mm×0.08 mm, 整个有限元模型包含 52 375 个节点和 9 293 个单元。 1.3 边界条件加载 在模拟制定再流焊工艺时，需要考虑确定的再流焊工艺参数有传送带的速度、热风的流动速度和再流焊每个温区的温度设置。选取红外强制热风加热方式的再流焊炉，再流焊炉设定的温区有 8 个(2 个预热区，3 个保温区，1 个焊接区，2 个冷却区)，各温区温度设置，见表 3。 通过 finite element simulation 和中心复合抽样设计，我们可以研究红外热风再流焊温度场的影响因素及其规律，并得出了红外热风再流焊温度场的主要影响因素及影响规律。此研究结果可以为再流焊接工艺参数的设置和调整提供指导。 "红外热风再流焊温度场影响因素及其规律研究"