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市售回焊爐(Reflow Oven)桌機選購指南

作者:James Hwang

回焊爐(Reflow Oven)的重要性並不亞於電烙鐵,是電子工作人員的重要主力設備之一。面對 SMD 的零件, 這更是必要的設備。許多電子設計人員對回焊爐很陌生,事實上, 我也是在有機會接觸工廠之後,才開始認識回焊爐,以及各項製程。直到開始想要製作自己的電子裝置才明白,回焊爐是一個必要的設備。

市售回焊爐桌機的選擇並不多,而且都是一筆不小的投資 (平均 NTD 20萬以上), 因此更需要慎重選擇。但相關資訊都相當分散, 因此也只好靠跌跌撞撞的方式自學。至於DIY KIT 等的平價選擇當然也是有的,我會在之後的文章探討這部份。首先分享相關經驗與使用者可能會需要考慮的功能, 然後再來探討各廠牌的選擇。

功能介紹:

  1. 密閉烘箱 隧道烘箱

大部份桌上型回焊爐都是屬於密閉烘箱的形式, 但也有少數隧道式的選擇。隧道式就會比較接近一般工廠的作業流程,適合流水線的安排;密閉烘箱就比較沒辦法應付流水線的形式。另外, 隧道式也會多出許多其他考量點, 例如溫區多寡與履帶速度等。

  1. 溫區 (Thermal Zone

溫區的多寡是隧道式比較需要考慮的;密閉烘箱則可直接模擬溫度曲線,所以不會有溫區的考量。溫區當然是越多越好, 如此可以比較完整呈現回焊溫度曲線。但隧道式桌機體積有限,通常以 3個溫區為最基本,頂多提供 5個溫區。

  1. 惰氣 (Inert Gas

比較常使用的惰氣有氮氣及二氧化碳,採購回焊爐時通常也會碰到惰氣的選項。由於這功能需要做結構上的調整,因此是一開始就需要決定的功能。惰氣環境可以增強錫的溶解力,並同時降低氧化的破壞;有時這也是需要的,尤其是加工BGA 封裝的晶片,或是亮面的金屬件。

  1. 氣相烘箱 (Vapor Phase

氣相烘箱並不是新科技,它沉寂了一陣子,由於電子零件越做越小,密度越來越高,所以近年氣相烘箱又再度興起。氣相烘箱升溫速度快,熱轉移能力及溫度均勻度都非常好。它在高密度的 SMT應用特別佔優勢,尤其是 0201 或是更小的零件,因此普遍應用於高難度的焊接加工。不過氣相烘箱需要惰性液體作為熱轉移的媒介,而這個媒介價格不低,又是消耗品,在成本上會是一大考量。

  1. 最高溫度 (Max Temperature

溫度能力越高,越能加工一些複雜的機構件。但溫度高低通常不是主要考量,反而是升溫的速度與降溫的速度是比較需要留意的。

  1. 功率 (Watt

功率大小通常代表它的加熱能力與加熱速度,這當然是越大越好,不過功率大就代表配電供應也需要大。

  1. 電壓電流需求 (Voltage/ Amp

回焊爐的耗能頗大,往往可以輕易超越家裡/辦公室內的任何一台冷氣。所以必須要先規劃好場所的供電能力,再來評估選擇。電力需求跟功率大小有非常直接的關係,以桌機的角度來看,我們會希望這是 110V 的設備;然而 110V 一般規格限制到15A,如此也代表 110V 最高只能到 1500W,若要更高就需要改用 220V 的供電。但是無論在家中或辦公室,能接 220V 的地方都很有限。

  1. 實際有效面積 (Effective Area

實際有效面積當然是大一些比較好,代表可以加工較大的PCB。在有效面積的範圍內,溫度分佈最好能維持在 +/- 3°C 以內,倘若溫度分佈差異過大,就容易造成PCB局部燒焦,或局部焊接失敗、冷焊,有時也常會造成零件損毀。而為何要強調「實際」? 因為有不少平價的款式,規格寫的和實際落差太大。

  1. 加熱裝置 (Heating Element

通常加熱的裝置有兩種, 一是光熱能(如燈管類),二是電熱管。

  • 燈管式光熱能:
    加溫速度快,但使用壽命不長。光熱能在SMT應用上有個致命的缺點,就是對顏色與物體反射影響頗大。深色物體容易過溫或是超溫,淺色或金屬機構件就容易溫度過低。另外,有光線就有影子,影子覆蓋的地方受熱必然不佳。
  • 電熱管:
    加溫速度較慢,但使用壽命較長。以加熱空氣的方式來間接加熱物體,不受顏色與反射程度影響,這會是比較好的形式。
  1. 體積重量 (Size/Weight

體積與重量當然很重要, 太大或太重的, 一般桌子可能會放不下。這是屬於空間規劃的考量。

  1. 自動開關門 (Auto Door Open

一般回焊爐桌機都需依靠外部的冷空氣來加速降溫,所以裝有自動門就能定時自動打開引入冷空氣降溫,如果沒有的話就需要以手動開啟了。

  1. 溫度擷取 (Profiler

溫度擷取是一個非常重要的功能,由於烘箱的溫度與 PCB/零件的溫度很少會相同,因此有溫度擷取的功能才能實際量測表面溫度,以回饋資料調整溫度設定。大致上來說,除了烘箱的溫度以外,還需要至少一個點的溫度擷取,如果都沒有的話,會完全無法掌握 PCB 與零件的實際溫度。

  1. 長時恆溫 (Bake

在電子製造的前置作業中,會有不少零件與 PCB,都需要長時間的恆溫前置作業,從 2小時到 10天都有,這其實是很重要的前置作業。市售回焊爐有些也會有加值恆溫的功能,以應付臨時的恆溫需求。但由於市售回焊爐通常耗電也頗高,所以通常是會另外採購一個恆溫烘箱來搭配操作。

  1. 臨場調整 (On-Fly Tuning

前期打樣時,往往溫度曲線都不是很確定,通常會先預設一個溫度曲線來執行,因此也常會遇到失敗的情況。許多回焊爐都沒有臨場調整的能力,這代表一旦程序開始,即使中途發現問題,也只能眼睜睜看著它失敗;有些回焊爐烘箱則會提供臨場的設定調整,就能進行臨場補救。在初期的製作中,這會是經常碰到的問題。

  1. 設定儲存 (Memory Storage

不同的機種需要不同的曲線設定,而一旦完成不同的溫度設定後,如果可以馬上儲存設定,就可以減少日後的設定時間,在換線時也方便快速調整設定。機種多的時候檔案選項就多,記憶空間大就可以多儲存一點。但請記得,初次使用的確認與驗證仍然是需要的。

  1. 旋風風扇 (Convection Fan

旋風風扇是個很重要的加值裝置,能協助烘箱內部熱空氣的循環,讓熱能分佈均勻。

  1. 降溫風扇 (Cooling Fan

降溫風扇就是輔助快速降溫時使用。

  1. 檢視窗 (Inspection Window

有個檢視窗可以方便觀察物體加溫的狀況,有的檢視窗非常大,可以涵蓋整個 PCB 的範圍,有的則是小小的,設在裝置側邊。

  1. 軌道 (Track / Rails

有些烘箱有軌道,有的沒有軌道。有軌道時可以形成一個框架,把板子架高,配合雙面零件擺放與加溫。沒有軌道的時候,常常是採用金屬盤來承載 PCB,但金屬盤常有熱質量過高的問題,會造成溫度分佈不均;另外就是只能單面擺放零件,因此通常會需要使用一些頂腳來配合雙面零件擺放。

  1. 煙管 (Smoke Extraction

回焊操作時往往會產生一些煙霧或廢氣,如果可以有個排煙管道直接將廢氣帶走是最好的。

  1. 安全/防火 (Fire / Safety

這主要是針對隔溫、散熱的考量。高溫回焊的操作溫度通常是 250-260°C, 時間也不長。由於實際高溫時間不長, 所以偶爾一兩次的操作通常不會造成太大的過溫過熱問題。但如果是連續性的操作, 就很容易整體溫度上升。此時如果隔溫隔熱不好,就可能連外殼一起發燙;一旦產生高熱,烘箱內部的機電零件就可能會產生故障,導致加溫失控,因而產生失火等安全問題。

 

市售選擇:

  1. LPKF

LPKF Protoflow S

Protoflow S_Specifications:

  • Power Rating:220V / 16A
  • Heating Element:12 x Heat Pipe
  • Effective Area:230x305mm
  • Weight:22Kg
  • Auto-Tray Open
  • Inert Gas Option
  • Profiling Option

LPKF Protoflow E

Protoflow E_Specifications:

  • Power Rating:220V / 8A
  • Heating Element:2  x IR Tube
  • Effective Area:160x200mm
  • Weight:18Kg
  • Manual Tray Open

LPKF 是桌機中的大哥大,品質一流,價格也一等一。它有兩種選擇:Protoflow S 與 Protoflow E。S系列是屬於高階的專業款式,而 E 系列則是屬於入門簡易款式。這兩台都需要 220V 的電力,由於台灣家電是以 110V 為主,所以此設備無法任意使用牆上的110V插座,必須要找到 220V 的電力插座, 而這個……就是冷氣插座了。但S 系列需要 16A 的電流; E系列則需要 8A 左右。這電流量非同小可,因為已超過一般家用冷氣的工作電流。

另外,S 系列有惰氣的選擇、Profiler 的擴充,但 E 系列就沒有了。且S系列有可以臨場調整設定的功能,還可兼做恆溫烘烤,是一大優點。S系列早期是以紅外線燈管作為加熱裝置,現在都改使用電熱管;E系列則是維持使用紅外線燈管。兩種款式都不便宜,E 系列的入門款式是 NTD 20萬以上,S系列當然就更高了。

LPKF 的兩款唯一比較吃虧的就是廢氣處理方面,它們的廢氣處理是直接排到室內環境中,所以需要在通風的場所中操作。至於煙霧量其實倒是還好,錫膏的使用量是很低的,所以廢氣再怎麼多也不會比電烙鐵操作產生的廢氣還要多。當然如果可以,最好還是能夠將廢氣抽掉或排掉比較好。

螢幕快照 2016-12-19 下午3.00.44

ProtoFlow 曲線呈現/擷取軟體

 

  1. T962

T962

T962_Specification:

  • Power Rating:110V/8A
  • Heating Element: IR Tube x 4
  • Effective Area:180 x 235 mm
  • Weight:7.5kg
  • Manual Tray Open

T962 及其他中國製的類似款式,是比較平價款式的選擇,起價才 NTD 1-2萬,似乎很理想;且它只需要 110V/800W 的電力,代表可以在餐桌上作業。但許多人在開始使用後,抱怨不斷,評價非常不好。網路可以搜尋到非常多抱怨文,抱怨的原因可歸納如下:

  • 實際有效面積不如預期,大約只有 6x6cm
  • 嚴重溫度分布不均,常有 PCB 局部燒焦的情形出現
  • 會發出難聞的惡臭
  • 長時間使用後,發生許多起火的案例
  • 溫控誤差頗大
  • 內部完全沒有任何循環流

即使問題如此多,它依然熱銷。原因很簡單:大家都買它來改機。就算再多花個一兩萬改裝,整體花費也仍然比 20萬低很多。但能改善的部分有限,只能補強到夠用而已,距離好用還有一段距離。先天上的缺點是無法改善,譬如燈管的問題是無法改變的。

T962隔溫隔熱並不佳,所以改機後依然只能偶爾做一些回焊,無法兼做長時間的恆溫。從圖片上看來,可以知道 PCB是放置在條狀托盤上加溫,這種金屬托盤在高溫時段,會間接形成一個散熱體,導致加熱不均。

 

  1. Bokar X-Reflow 306

Bokar X-Reflow 306

Bokar X-Reflow 306_Specification:

  • Power Rating:230V / 21A
  • Heat Element:Quartz Tube x 4
  • Effective Area:305x305x45mm
  • Weight:40kg
  • Manual Opening
  • Inert Gas option
  • Profiling Option

這款回焊爐源自東歐,是一款非常特別的設計。它的檢視窗在正上方,是上掀式的,回焊過程中可以觀看整個 PCB;如果你的需求主要是在製程上的驗證,那這會是不錯的選擇。它有惰氣輸入的選擇,也有RS485可以接到電腦擷取溫度曲線;廢氣處理的設備也是有的,只不過電力需求頗高,價格也是 NTD 20萬以上。

 

  1. CIF FT06-SA

CIF FT06-SA

CIF FT06-SA_Specification:

  • Power Rating:230V / 32A
  • Heat Element:Quartz Tube x 8
  • Effective Area:380x250mm
  • Weight:32kg
  • Auto-Tray Open
  • Profiling Option

這是一款法國製的回焊爐桌機,雖沒有很大的檢視窗,但升溫速度可是數一數二的快,非常合適配合金屬含量高的加工應用。金屬含量高並不只針對 PCB而已,還有機構零件;許多機構件是金屬製的,而金屬本身的散熱效果,常會導致升溫速度過慢。它配備有自動門開關,也有惰氣的選擇、排煙管道、風扇強制降溫;同時也可以當作恆溫烘箱使用。

(責任編輯:小波)

Hwang James

Hwang James

投入電子業多年,曾任職於Motorola、3Com、LSI開發電信與網通系統;亦曾任職於英業達大溪廠,開發4-Way刀鋒伺服器。喜好大自然、音樂、美食及動手實作;目前是個熱血職人,研製無線電子裝置與工具。
Hwang James

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