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如何選擇SMT測溫板的熱電偶?不同電熱偶(thermocouple, TC)線之間有何差異?

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「熱電偶(thermocouple, TC)線」是目前業界用來量測環境溫度的最佳工具之一,因為它具有便宜、準確性高、測溫範圍大、反應時間靈敏等優點。

不過目前市面上及業界有多種不同型號的熱電偶線可以選擇,種類(Type)可分為 B、E、J、K、N、R、S、T …等多種,依據熱電偶所使用的金屬線材質不同,其每攝氏度變化所產生的微伏電壓差(µV/°C)也會有所差異,所以必須搭配「測溫儀」選用正確的TC型號,否則可能會造成溫度讀值錯誤的情況發生。

SMT熱電偶測溫線種類的選擇

熱電偶線中以K-type為目前業界最常使用之類型,而現今使用於回焊爐(Reflow ovene)中做為溫度量測之用的也幾乎都是K-Type。

相關延伸閱讀:瞭解熱電偶(thermocouple)、測溫線、感溫線的基本原理與選擇注意事項

各種類型熱電偶的特性比較表及說明:

熱電偶種類
(Type)
材質 適用溫度
範圍 (°C)
常用溫度
(°C)
熱電壓
(µV/°C)
(+) (-)
K 鎳鉻合金 鋁鉻合金 -200~1250 700 41
N 鎳+14.2%鉻
+1.4%矽
鎳+4.4%矽
+0.1%鎂
-270~1300 1000 39
J 高純度鐵 銅鎳合金 0~750 500 52
E 鎳鉻合金 銅鎳合金 -200~900 550 68
T 高純度銅 銅鎳合金 -200~350 200 43
B 70%鉑+30%銠 94%鉑+6%銠 0~1700 1600
R 87%鉑+13%銠 0~1450 1600
S 90%鉑+10%銠 0~1450 1300 9

要注意的是,依據包覆熱電偶線的外皮種類與材質,其適用溫度也會有所限制與不同,選購使用時須留意,一般建議使用於Reflow的熱電偶線至少要選用耐溫在300°C以上者為佳,如果考慮到手焊烙鐵頭的溫度也可能需要量測的話,則建議耐溫要在400°C以上為佳。

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另外,如果使用環境是在較高溫區(700°C~1260°C)且氧氣濃度較低的環境下就不建議選用K-type,因為其鎳鉻合金線會在高溫低氧環境下發生「Green Rot(綠腐蝕)」現象而產生劣化,造成熱電動勢值顯著降低之情形而造成量測誤差過大。

SMT測溫板上使用的熱電偶線徑大小建議

熱電偶的線徑一般都會使用「美國線規 (AWG,American Wire Gauge)」標準來做為規範。

TC的線徑大小其實與溫度量測精準度沒有任何關聯,也就是線徑大小不會影響到測溫結果,但是線徑大小則會直接影響到TC在測溫板上的彎折能力與佈線難易度。

測溫線的線徑越大基本上線材就越強壯,也就較不易被折斷;但是相對的缺點也就越不易被彎折來佈線,測溫點的尺寸相對的也會比較大,不利細腳零件的焊點對位測溫。

相反的,測溫線的線徑越小佈線就越容易,有些佈線可能需要穿孔作業量測零件本體下方的焊點(比如BGA錫球測溫),就需要使用直徑較小的線材;缺點是線徑越小就越容易被折斷,也就越容易耗損,測溫點作業期間及後都需要特別留意用電表量測是否有疏失斷裂問題。

一般常規的SMT測溫板會建議採用AWG30線徑((0.01"/0.254mm)的TC測溫線;如果是有穿孔作業需求或是需使用在細間腳零件的時候則建議使用AWG36線徑(0.005"/0.127mm)的TC測溫線。

使用熱電偶的注意事項:

因為熱電偶的正負極所使用的金屬材質不同(K-Type正極:鎳鉻合金;K-Type負極:鎳鋁合金),所以其插頭的正負極不可以接反,而插頭一般為黃色,上面會印有一個「K」字母標示。參考文章最上面的圖示,電熱偶的線頭必須要有完好的焊點兩條裸線區域也不可以互相絞纏在一起,否則可能會在溫度量測過程中因為振動而鬆動或高溫應力形成接觸不良,造成溫度量測失準、漂移等問題。


延伸閱讀:
可以用空板來製作回焊測溫板(profile board)嗎?
SMT回流焊的溫度曲線(Reflow Profile)解說與注意事項
回流焊的爐溫曲線應該使用RSS(馬鞍)型?還是RTS(斜昇)型?

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