引言：

當(dāng)錫膏至于一個(gè)加熱的環(huán)境中，錫膏回流分為五個(gè)階段；本文主要講解升溫—保溫—回流過程和RTS溫度曲線兩個(gè)模塊。

得益于升溫-到-回流的回流溫度曲線

許多舊式的爐傾向于以不同速率來加熱一個(gè)裝配上的不同零件，取決于回流焊接的零件和線路板層的顏色和質(zhì)地。一個(gè)裝配上的某些區(qū)域可以達(dá)到比其它區(qū)域高得多的溫度，這個(gè)溫度變化叫做裝配的D T。如果D T大，裝配的有些區(qū)域可能吸收過多熱量，而另一些區(qū)域則熱量不夠。這可能引起許多焊接缺陷，包括焊錫球、不熔濕、損壞元件、空洞和燒焦的殘留物。

為什么和什么時(shí)候保溫

保溫區(qū)的唯一目的是減少或消除大的D T。保溫應(yīng)該在裝配達(dá)到焊錫回流溫度之前，把裝配上所有零件的溫度達(dá)到均衡，使得所有的零件同時(shí)回流。由于保溫區(qū)是沒有必要的，因此溫度曲線可以改成線性的升溫-到-回流(RTS)的回流溫度曲線。

應(yīng)該注意到，保溫區(qū)一般是不需要用來激化錫膏中的助焊劑化學(xué)成分。這是工業(yè)中的一個(gè)普遍的錯(cuò)誤概念，應(yīng)予糾正。當(dāng)使用線性的RTS溫度曲線時(shí)，大多數(shù)錫膏的化學(xué)成分都顯示充分的濕潤(rùn)活性。事實(shí)上，使用RTS溫度曲線一般都會(huì)改善濕潤(rùn)。

升溫-保溫-回流

升溫-保溫-回流(RSS)溫度曲線可用于RMA或免洗化學(xué)成分，但一般不推薦用于水溶化學(xué)成分，因?yàn)镽SS保溫區(qū)可能過早地破壞錫膏活性劑，造成不充分的濕潤(rùn)。使用RSS溫度曲線的唯一目的是消除或減少DT。

RSS溫度曲線開始以一個(gè)陡坡溫升，在90秒的目標(biāo)時(shí)間內(nèi)大約150° C，最大速率可達(dá)2~3°C。隨后，在150~170° C之間，將裝配板保溫90秒鐘；裝配板在保溫區(qū)結(jié)束時(shí)應(yīng)該達(dá)到溫度均衡。保溫區(qū)之后，裝配板進(jìn)入回流區(qū)，在183° C以上回流時(shí)間為60(± 15)秒鐘。

整個(gè)溫度曲線應(yīng)該從45° C到峰值溫度215(± 5)° C持續(xù)3.5~4分鐘。冷卻速率應(yīng)控制在每秒4° C。一般，較快的冷卻速率可得到較細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)和較高強(qiáng)度與較亮的焊接點(diǎn)。可是，超過每秒4° C會(huì)造成溫度沖擊。

RTS溫度曲線可用于任何化學(xué)成分或合金，為水溶錫膏和難于焊接的合金與零件所首選。RTS溫度曲線比RSS有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。RTS一般得到更光亮的焊點(diǎn)，可焊性問題很少，因?yàn)樵赗TS溫度曲線下回流的錫膏在預(yù)熱階段保持住其助焊劑載體。這也將更好地提高濕潤(rùn)性，因此，RTS應(yīng)該用于難于濕潤(rùn)的合金和零件。

因?yàn)镽TS曲線的升溫速率是如此受控的，所以很少機(jī)會(huì)造成焊接缺陷或溫度沖擊。另外，RTS曲線更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)闇p少了爐前半部分的加熱能量。此外，排除RTS的故障相對(duì)比較簡(jiǎn)單，有排除RSS曲線故障經(jīng)驗(yàn)的操作員應(yīng)該沒有困難來調(diào)節(jié)RTS曲線，以達(dá)到優(yōu)化的溫度曲線效果。

設(shè)定RTS溫度曲線

RTS曲線簡(jiǎn)單地說就是一條從室溫到回流峰值溫度的溫度漸升曲線，RTS曲線溫升區(qū)其作用是裝配的預(yù)熱區(qū)，這里助焊劑被激化，揮發(fā)物被揮發(fā)，裝配準(zhǔn)備回流，并防止溫度沖擊。RTS曲線典型的升溫速率為每秒0.6~1.8° C。升溫的最初90秒鐘應(yīng)該盡可能保持線性。

RTS曲線的升溫基本原則是，曲線的三分之二在150°C以下。在這個(gè)溫度后，大多數(shù)錫膏內(nèi)的活性系統(tǒng)開始很快失效。因此，保持曲線的前段冷一些將活性劑保持時(shí)間長(zhǎng)一些，其結(jié)果是良好的濕潤(rùn)和光亮的焊接點(diǎn)。

RTS曲線回流區(qū)是裝配達(dá)到焊錫回流溫度的階段。在達(dá)到150° C之后，峰值溫度應(yīng)盡快地達(dá)到，峰值溫度應(yīng)控制在215(± 5)° C，液化居留時(shí)間為60(± 15)秒鐘。液化之上的這個(gè)時(shí)間將減少助焊劑受夾和空洞，增加拉伸強(qiáng)度。和RSS一樣，RTS曲線長(zhǎng)度也應(yīng)該是從室溫到峰值溫度最大3.5~4分鐘，冷卻速率控制在每秒4° C。

排除RTS曲線的故障

排除RSS和RTS曲線的故障，原則是相同的：按需要，調(diào)節(jié)溫度和曲線溫度的時(shí)間，以達(dá)到優(yōu)化的結(jié)果。時(shí)常，這要求試驗(yàn)和出錯(cuò)，略增加或減少溫度，觀察結(jié)果。以下是使用RTS曲線遇見的普遍回流問題，以及解決辦法。

1、焊錫球

許多細(xì)小的焊錫球鑲陷在回流后助焊劑殘留的周邊上。在RTS曲線上，這個(gè)通常是升溫速率太慢的結(jié)果，由于助焊劑載體在回流之前燒完，發(fā)生金屬氧化。這個(gè)問題一般可通過曲線溫升速率略微提高達(dá)到解決。焊錫球也可能是溫升速率太快的結(jié)果，但是，這對(duì)RTS曲線不大可能，因?yàn)槠湎鄬?duì)較慢、較平穩(wěn)的溫升。

2、焊錫珠

經(jīng)常與焊錫球混淆，焊錫珠是一顆或一些大的焊錫球，通常落在片狀電容和電阻周圍。雖然這常常是絲印時(shí)錫膏過量堆積的結(jié)果，但有時(shí)可以調(diào)節(jié)溫度曲線解決。和焊錫球一樣，在RTS曲線上產(chǎn)生的焊錫珠通常是升溫速率太慢的結(jié)果。這種情況下，慢的升溫速率引起毛細(xì)管作用，將未回流的錫膏從焊錫堆積處吸到元件下面?；亓髌陂g，這些錫膏形成錫珠，由于焊錫表面張力將元件拉向機(jī)板，而被擠出到元件邊。和焊錫球一樣，焊錫珠的解決辦法也是提高升溫速率，直到問題解決。

3、熔濕性差

熔濕性差經(jīng)常是時(shí)間與溫度比率的結(jié)果。錫膏內(nèi)的活性劑由有機(jī)酸組成，隨時(shí)間和溫度而退化。如果曲線太長(zhǎng)，焊接點(diǎn)的熔濕可能受損害。因?yàn)槭褂肦TS曲線，錫膏活性劑通常維持時(shí)間較長(zhǎng)，因此熔濕性差比RSS較不易發(fā)生。如果RTS還出現(xiàn)熔濕性差，應(yīng)采取步驟以保證曲線的前面三分之二發(fā)生在150° C之下。這將延長(zhǎng)錫膏活性劑的壽命，結(jié)果改善熔濕性。

4、焊錫不足

焊錫不足通常是不均勻加熱或過快加熱的結(jié)果，使得元件引腳太熱，焊錫吸上引腳?；亓骱笠_看到去錫變厚，焊盤上將出現(xiàn)少錫。減低加熱速率或保證裝配的均勻受熱將有助于防止該缺陷。

5、墓碑

墓碑通常是不相等的熔濕力的結(jié)果，使得回流后元件在一端上站起來。一般，加熱越慢，板越平穩(wěn)，越少發(fā)生。降低裝配通過183° C的溫升速率將有助于校正這個(gè)缺陷。

6、空洞

空洞是錫點(diǎn)的X光或截面檢查通常所發(fā)現(xiàn)的缺陷?？斩词清a點(diǎn)內(nèi)的微小“氣泡” ，可能是被夾住的空氣或助焊劑?？斩匆话阌扇齻€(gè)曲線錯(cuò)誤所引起：不夠峰值溫度；回流時(shí)間不夠；升溫階段溫度過高。由于RTS曲線升溫速率是嚴(yán)密控制的，空洞通常是第一或第二個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果，造成沒揮發(fā)的助焊劑被夾住在錫點(diǎn)內(nèi)。這種情況下，為了避免空洞的產(chǎn)生，應(yīng)在空洞發(fā)生的點(diǎn)測(cè)量溫度曲線，適當(dāng)調(diào)整直到問題解決。

7、無光澤、顆粒狀焊點(diǎn)

一個(gè)相對(duì)普遍的回流焊缺陷是無光澤、顆粒狀焊點(diǎn)。這個(gè)缺陷可能只是美觀上的，但也可能是不牢固焊點(diǎn)的征兆。在RTS曲線內(nèi)改正這個(gè)缺陷，應(yīng)該將回流前兩個(gè)區(qū)的溫度減少5° C；峰值溫度提高5° C。如果這樣還不行，那么，應(yīng)繼續(xù)這樣調(diào)節(jié)溫度直到達(dá)到希望的結(jié)果。這些調(diào)節(jié)將延長(zhǎng)錫膏活性劑壽命，減少錫膏的氧化暴露，改善熔濕能力。

8、燒焦的殘留物

燒焦的殘留物，雖然不一定是功能缺陷，但可能在使用RTS溫度曲線時(shí)遇見。為了糾正該缺陷，回流區(qū)的時(shí)間和溫度要減少，通常5° C。

結(jié)論

RTS溫度曲線不是適于每一個(gè)回流焊接問題的萬靈藥，也不能用于所有的爐或所有的裝配?？墒?，采用RTS溫度曲線可以減少能源成本、增加效率、減少焊接缺陷、改善熔濕性能和簡(jiǎn)化回流工序。這并不是說RSS溫度曲線已變得過時(shí)，或者RTS曲線不能用于舊式的爐。無論如何，工程師應(yīng)該知道還有更好的回流溫度曲線可以利用。

注：所有溫度曲線都是使用Sn63/Pb37合金，183° C的共晶熔點(diǎn)。

群焊的溫度曲線

作溫度曲線是一個(gè)很好的直觀化方法，保持對(duì)回流焊接或波峰焊接工藝過程的跟蹤。通過繪制當(dāng)印刷電路裝配(PCA)穿過爐子時(shí)的時(shí)間溫度曲線，可以計(jì)算在任何給定時(shí)間所吸收的熱量。只有當(dāng)所有涉及的零件在正確的時(shí)間暴露給正確的熱量時(shí)，才可以使群焊達(dá)到完善。這不是一個(gè)容易達(dá)到的目標(biāo)，因?yàn)榱慵?jīng)常有不同的熱容量，并在不同的時(shí)間達(dá)到所希望的溫度。

經(jīng)常我們看到在一個(gè)PCA上不只一種大小的焊點(diǎn)，同一個(gè)溫度曲線要熔化不同數(shù)量的焊錫。需要考慮PCA的定位與方向、熱源位置與設(shè)備內(nèi)均勻的空氣循環(huán)，以給焊接點(diǎn)輸送正確的熱量。許多人從經(jīng)驗(yàn)中了解到，大型元件底部與PCA其它位置的溫度差別是不容忽視的。

為什么得到正確的熱量是如此重要呢？當(dāng)焊接點(diǎn)不得到足夠的熱量，助焊劑可能不完全激化，焊接合金可能未完全熔化。在最終產(chǎn)品檢查中，可能觀察到冷焊點(diǎn)(cold solder)、元件豎立(tomb-stoning)、不濕潤(rùn)(non-wetting)、錫球/飛濺(solder ball/splash)等結(jié)果。另一方面，如果吸收太多熱量，元件或板可能被損壞。最終結(jié)果可能是元件爆裂或PCB翹曲，同時(shí)不能經(jīng)受對(duì)長(zhǎng)期的產(chǎn)品可靠性的影響。

對(duì)于波峰焊接，裝配已經(jīng)部分地安裝了回流焊接的表面貼裝元件。已回流的焊接點(diǎn)可能回到一個(gè)液化階段，降低固態(tài)焊點(diǎn)的位置精度。

除了熱的數(shù)量之外，加熱時(shí)間也是重要的。PCA溫度必須以預(yù)先決定的速率從室溫提高到液化溫度，而不能給裝配帶來嚴(yán)重的溫度沖擊。這個(gè)預(yù)熱，或升溫階段也將在助焊劑完全被激化之前讓其中的溶劑蒸發(fā)。重要的是要保證，裝配上的所有零件在上升到焊接合金液化溫度之前，以最大的預(yù)熱溫度達(dá)到溫度平衡。這個(gè)預(yù)熱有時(shí)叫作“駐留時(shí)間”或“保溫時(shí)間”。

對(duì)于蒸發(fā)錫膏內(nèi)的揮發(fā)性成分和激化助焊劑是重要的。在達(dá)到液化溫度之后，裝配應(yīng)該有足夠的時(shí)間停留在該溫度之上，以保證裝配的所有區(qū)域都達(dá)到液化溫度，適當(dāng)?shù)匦纬珊附狱c(diǎn)。如果在裝配中有表面貼裝膠要固化，固化時(shí)間和溫度必須與焊接溫度曲線協(xié)調(diào)。

在焊接點(diǎn)形成之后，裝配必須從液化溫度冷卻超過150°C到室溫。同樣，這必須一預(yù)先確定的速度來完成，以避免溫度沖擊。穩(wěn)定的降溫將給足夠的時(shí)間讓熔化的焊錫固化。這也將避免由于元件與PCB之間的溫度膨脹系數(shù)(CTE)不同所產(chǎn)生的力對(duì)新形成的焊接點(diǎn)損壞。

經(jīng)典印刷電路板(PCB)的溫度曲線(profile)作圖，涉及將PCB裝配上的熱電偶連接到數(shù)據(jù)記錄曲線儀上，并把整個(gè)裝配從回流焊接爐中通過。作溫度曲線有兩個(gè)主要的目的：1) 為給定的PCB裝配確定正確的工藝設(shè)定，2) 檢驗(yàn)工藝的連續(xù)性，以保證可重復(fù)的結(jié)果。通過觀察PCB在回流焊接爐中經(jīng)過的實(shí)際溫度(溫度曲線)，可以檢驗(yàn)和/或糾正爐的設(shè)定，以達(dá)到最終產(chǎn)品的最佳品質(zhì)。

經(jīng)典的PCB溫度曲線將保證最終PCB裝配的最佳的、持續(xù)的質(zhì)量，實(shí)際上降低PCB的報(bào)廢率，提高PCB的生產(chǎn)率和合格率，并且改善整體的獲利能力。

回流工藝

在回流工藝過程中，在爐子內(nèi)的加熱將裝配帶到適當(dāng)?shù)暮附訙囟?，而不損傷產(chǎn)品。為了檢驗(yàn)回流焊接工藝過程，人們使用一個(gè)作溫度曲線的設(shè)備來確定工藝設(shè)定。溫度曲線是每個(gè)傳感器在經(jīng)過加熱過程時(shí)的時(shí)間與溫度的可視數(shù)據(jù)集合。通過觀察這條曲線，你可以視覺上準(zhǔn)確地看出多少能量施加在產(chǎn)品上，能量施加哪里。溫度曲線允許操作員作適當(dāng)?shù)母淖?，以?yōu)化回流工藝過程。

一個(gè)典型的溫度曲線包含幾個(gè)不同的階段 -初試的升溫(ramp)、保溫(soak)、向回流形成峰值溫度(spike to reflow)、回流(reflow)和產(chǎn)品的冷卻(cooling)。作為一般原則，所希望的溫度坡度是在2~4°C范圍內(nèi)，以防止由于加熱或冷卻太快對(duì)板和/或元件所造成的損害。

在產(chǎn)品的加熱期間，許多因素可能影響裝配的品質(zhì)。最初的升溫是當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入爐子時(shí)的一個(gè)快速的溫度上升。目的是要將錫膏帶到開始焊錫激化所希望的保溫溫度。最理想的保溫溫度是剛好在錫膏材料的熔點(diǎn)之下 - 對(duì)于共晶焊錫為183°C，保溫時(shí)間在30~90秒之間。

保溫區(qū)有兩個(gè)用途：1) 將板、元件和材料帶到一個(gè)均勻的溫度，接近錫膏的熔點(diǎn)，允許較容易地轉(zhuǎn)變到回流區(qū)，2) 激化裝配上的助焊劑。在保溫溫度，激化的助焊劑開始清除焊盤與引腳的氧化物的過程，留下焊錫可以附著的清潔表面。向回流形成峰值溫度是另一個(gè)轉(zhuǎn)變，在此期間，裝配的溫度上升到焊錫熔點(diǎn)之上，錫膏變成液態(tài)。

一旦錫膏在熔點(diǎn)之上，裝配進(jìn)入回流區(qū)，通常叫做液態(tài)以上時(shí)間(TAL, time above liquidous)?；亓鲄^(qū)時(shí)爐子內(nèi)的關(guān)鍵階段，因?yàn)檠b配上的溫度梯度必須最小，TAL必須保持在錫膏制造商所規(guī)定的參數(shù)之內(nèi)。產(chǎn)品的峰值溫度也是在這個(gè)階段達(dá)到的 - 裝配達(dá)到爐內(nèi)的最高溫度。

必須小心的是，不要超過板上任何溫度敏感元件的最高溫度和加熱速率。例如，一個(gè)典型的鉭電容具有的最高溫度為230°C。理想地，裝配上所有的點(diǎn)應(yīng)該同時(shí)、同速率達(dá)到相同的峰值溫度，以保證所有零件在爐內(nèi)經(jīng)歷相同的環(huán)境。在回流區(qū)之后，產(chǎn)品冷卻，固化焊點(diǎn)，將裝配為后面的工序準(zhǔn)備。控制冷卻速度也是關(guān)鍵的，冷卻太快可能損壞裝配，冷卻太慢將增加TAL，可能造成脆弱的焊點(diǎn)。

在回流焊接工藝中使用兩種常見類型的溫度曲線，它們通常叫做保溫型(soak)和帳篷型(tent)溫度曲線。在保溫型曲線中，如前面所講到的，裝配在一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷相同的溫度。帳篷型溫度曲線是一個(gè)連續(xù)的溫度上升，從裝配進(jìn)入爐子開始，直到裝配達(dá)到所希望的峰值溫度。

典型的保溫型溫度曲線：

典型的帳篷型溫度曲線：

所希望的溫度曲線將基于裝配制造中使用的錫膏類型而不同。取決于錫膏化學(xué)組成，制造商將建議最佳的溫度曲線，以達(dá)到最高的性能。溫度曲線的信息可以通過聯(lián)系錫膏制造商得到。最常見的配方類型包括水溶性(OA)、松香適度激化型(RMA, rosin mildly activated)和免洗型(no-clean)錫膏。

經(jīng)典的PCB溫度曲線系統(tǒng)元件

一個(gè)經(jīng)典的PCB溫度曲線系統(tǒng)由以下元件組成：

?數(shù)據(jù)收集曲線儀，它從爐子中間經(jīng)過，從PCB收集溫度信息。

?熱電偶，它附著在PCB上的關(guān)鍵元件，然后連接到隨行的曲線儀上。

?隔熱保護(hù)，它保護(hù)曲線儀被爐子加熱。

?軟件程序，它允許收集到的數(shù)據(jù)以一個(gè)格式觀看，迅速確定焊接結(jié)果和/或在失控惡劣影響最終PCB產(chǎn)品之前找到失控的趨勢(shì)。

讀出與評(píng)估溫度曲線數(shù)據(jù)

錫膏制造商一般對(duì)其錫膏配方專門有推薦的溫度曲線。應(yīng)該使用制造商的推薦來確定一個(gè)特定工藝的最佳曲線，與實(shí)際的裝配結(jié)果進(jìn)行比較。然后可能采取步驟來改變機(jī)器設(shè)定，以達(dá)到特殊裝配的最佳結(jié)果。

總結(jié)

做溫度曲線是PCB裝配中的一個(gè)關(guān)鍵元素，它用來決定過程機(jī)器的設(shè)定和確認(rèn)工藝的連續(xù)性。沒有可測(cè)量的結(jié)果，對(duì)回流工藝的控制是有限的。咨詢一下錫膏供應(yīng)商，查看一下元件規(guī)格，為一個(gè)特定的工藝確定最佳的曲線參數(shù)。通過實(shí)施經(jīng)典PCB溫度曲線和機(jī)器的品質(zhì)管理溫度曲線的一個(gè)正常的制度，PCB的報(bào)廢率將會(huì)降低，而質(zhì)量與產(chǎn)量都會(huì)改善。結(jié)果，總的運(yùn)作成本將減低。

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審核編輯：湯梓紅