Вплив способу монтажу термопари на точність термопрофілювання

14.03.2024 |

Автори експерименту проаналізували різні методи кріплення термопар – високотемпературну пасту, каптонову стрічку, алюмінієву стрічку, УФ-клей і клей для поверхневого монтажу (SMD) – який метод дав найкращі результати?

Точне термічне профілювання має важливе значення для забезпечення правильного визначення та підтримки параметрів процесу пайки оплавленням. Визначення правильного теплового профілю з урахуванням специфікацій паяльної пасти, обмежень компонентів і апаратних можливостей починається з вимірювань зразка виробу. Для визначення температури в ключових точках друкованої плати до плати прикріплюються термопари, які підключаються до теплового профілометра, який записує дані. Параметри машини вимірюються та регулюються до отримання задовільних результатів, для чого може знадобитися одна або кілька операцій профілювання. Хоча методи контролю процесу для забезпечення відповідності специфікаціям можуть приймати різні форми, найпоширенішим підходом є багаторазове термічне профілювання зразка продукту, який використовується в початковій установці. Зразок продукту часто називають «золотою платою», періодично повторно вимірюють і результати порівнюють із початково встановленим базовим профілем.

Досягнення та підтримка точних показань температури є життєво важливими як для початкового профілю продукту, так і для наступних профілів перевірки. На точність вимірювання температури значною мірою впливає спосіб монтажу термопари: необхідний прямий контакт між поверхнею вимірювальної контактної площадки та кінчиком термопари. Теплопровідність повинна бути максимальною між двома поверхнями та мінімізованою на масі навколо межі розділу. Механічно роз’єм має бути достатньо міцним, щоб гарантувати, що термопара не від’єднається під час процесу пайки оплавленням, а у випадку «золотої плати» він має витримувати зберігання, транспортування та кілька випробувань протягом багатьох місяців.

Монтаж термопари

На даний час в електронній промисловості використовується кілька способів кріплення термопар. Метою дослідження, проведеного компанією ECD і описаного в статті «Вплив методів кріплення термопари на точність теплового профілювання» (The Impact of Thermocouple Attachment Methods on Thermal Profiling Accuracy), було краще зрозуміти точність кожного методу, провести порівняння та визначити, який метод працює найкраще. В ході експерименту були проаналізовані такі способи монтажу термопари:

  • високотемпературна паста
  • поліамідна каптонова стрічка
  • алюмінієва стрічка
  • клей, що твердіє під впливом УФ-променів
  • клей для поверхневого монтажу при низькій температурі твердіння (SMD).

Було розроблено та виготовлено друковану плату з декількома контактними площадками різних розмірів за моделлю типових виробів SMT. Термопари були прикріплені до точок на друкованій платі за допомогою кожного з перерахованих вище методів монтажу. Для кожного вимірювання використовувалася нова друкована плата – було виготовлено 30 штук – і термопара, припаяна до до тієї самої 1,0-мм контактної площадки за допомогою високотемпературного припою, використовувалася як основа для порівняння. Пікова температура, зазначена термопарою, прикріпленою високотемпературним припоєм, дала середню температуру 257,8 °C зі стандартним відхиленням 0,5 °C.

Усі типи кріплення, за винятком УФ-клею, забезпечили хорошу механічну міцність і не було помічено відключених термопар. УФ-клей відшаровувався чотири рази протягом 11 циклів, що ускладнювало збір достовірних даних. Експериментальний результат свідчить про те, що УФ-клей може бути непридатною альтернативою для кріплення термопари.

Всі інші типи з’єднань зафіксували нижчі значення температури, ніж базове значення (мал. 1). Зверніть увагу на більш низькі значення температури при використанні каптонової стрічки, алюмінієвої стрічки і клею SMD. Це означає, що спосіб монтажу може вплинути на вимірювання температури на межі термопари/паяльної площадки, що, ймовірно, пов’язано з масою стрічки/клею.

Малюнок 1: Порівняння пікових температур за типом, контактні площадки 1 мм.

На мал. 2 показано середнє відхилення, яке зазнає кожен метод кріплення (знову не беріть до уваги результати випробувань на УФ-клей, оскільки на показання вплинуло від’єднання термопари). Показники температури свідчать про те, що високотемпературний припій забезпечує міцний механічний і термічний зв’язок між термопарою та тестовою зоною та дає найточніші результати. Усі інші способи забезпечили температурні показники значно вище необхідної точності, що слід враховувати при виборі способу монтажу.

Малюнок 2: Середнє відхилення від контрольного для контактних площадок 1 мм і 5 мм.

На наступному етапі аналізу було проведено випробування з використанням тієї самої друкованої плати, щоб перевірити вплив повторного використання «золотої плати». Результати показали, що виміряні значення значно зменшувалися з кожним циклом. Грунтуючись на результатах, автори роблять висновок, що «золоту плату» не слід використовувати більше десяти разів, оскільки існує значний ризик того, що виміряні значення перевищать допустимий допуск через надмірне використання.

Висновки

Спосіб кріплення термопари істотно впливає на точність показань температури. Аналіз показує, що найбільш надійним засобом кріплення є високотемпературний припій. Крім того, надмірне використання «золотої плати» може призвести до зниження точності зчитування температури, тому слід розглянути питання про обмеження її використання до десяти циклів.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl