SMT再流焊温度场的建模与仿真

摘要

再流焊是预先在PCB(PrintedCircuitBoard)板的焊接部位(焊盘)放置适量和适当形式的焊料，然后贴放表面组装元器件，经固化(在采用焊膏时)后，再利用外部热源使焊料再次流动达到焊接目的的一种成组或逐点焊接工艺。只要设置合适的再流焊设备的各区温度，几乎能完全满足各类表面组装元器件对焊接的要求，实现可靠的连接。但目前在国内还没有建立再流焊接温度场的模型，仍采用反复试验的方法制定再流焊接工艺，造成了巨大的财力和人力的浪费。因此，对再流焊温度场的仿真研究极其重要。 本文研究的是再流焊温度场的建模仿真。用ANSYS软件，根据所用Pb63Sn37钎料的性能，分析了获得良好焊点性能的再流焊温度曲线；利用传热学的理论，将再流焊中红外加热转化为对流加热，结合再流焊设备对PCAs(PrintedCircuitAssemblis)加热的实际物理过程，建立了红外热风再流焊方法的传热数学模型；根据再流焊设备的尺寸，结合获得良好性能产品的再流焊焊膏熔化温度曲线的要求，建立了再流焊传输带速度(v)和再流焊各加热温区功能的模型。根据所研究的型号为ZC-845GLAB主机板贴装件建立了PCAs中的PCB板、铜板、大元器件、焊膏和小元器件的几何模型；利用ANSYS软件对再流焊各炉区的加载温度进行了优化设计，获得再流焊炉各区的加载温度；进一步对PCAs的再流焊接温度场进行了动态模拟，获得了PCAs整体组件的动态温度场和比较满意的再流焊工艺仿真。 在研究中虽然是对ZC-845GLAB主机板贴装件的再流焊工艺的建模仿真，但对于其它产品也可以根据所使用的再流焊设备，利用ANSYS中的APDL(ParametricDesignLanguage)输入其几何模型参数和材料的热参数，建立其它产品的优化再流焊工艺。 利用红外扫描设备，对PCAs的几何仿真模型、材料的热参数进行了试验验证，试验表明本文所采用的几何模型和材料参数是基本正确的，这就证明了再流焊的工艺仿真是可信的，仿真的工艺参数可以用来指导生产。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1再流焊概述

1.1.1 SMT概述

1.1.2 SMT中的焊接技术

1.2再流焊接建模与仿真的意义

1.3再流焊接过程建模与仿真的方法

1.4再流焊工艺建模与仿真的研究

1.5本课题研究的内容

第二章再流焊设备及工艺要求

2.1再流焊热源

2.1.1再流焊热源类型与主要特点

2.1.2红外加热风再流焊原理

2.1.3红外线辐射加热风再流焊设备

2.2焊膏

2.3再流焊温度曲线

2.4小结

第三章再流焊数学模型的建立

3.1基本理论

3.2热传递的基本方式

3.3边界条件

3.4再流焊温度场的数学模型

3.5小结

第四章PCAs的温度场仿真

4.1定义材料属性

4.1.1 Cu箔的热参数

4.1.2 FR-4的热参数

4.1.3钎料的热参数

4.1.4元器件的热参数属性

4.1.5模糊处理组件的热参数属性

4.2单元选择

4.3模型的建立

4.3.1 PCB基板的仿真

4.3.2元器件和焊膏的仿真模型

4.4网格划分

4.5潜热处理

4.6边界条件

4.7收敛准则和求解器

4.8加载和求解

4.8.1加载过程

4.8.2加载初始条件的设置

4.8.3载荷的优化

4.9求解结果

4.10小结

第五章计算机主板在加热过程中温度场分布的测试

5.1试验设备

5.2试验过程

5.3试验结果及其仿真结果

5.4小结

第六章结论

参考文献

硕士期间发表论文

致 谢