通過回流爐的溫度曲線圖你能看出哪些異常 - 波峰焊工藝資訊|回流（liú）焊技術資訊（xùn）

通過（guò）回流爐（lú）的溫度曲（qǔ）線圖你能（néng）看出哪些異常

發布（bù）時間：2019-11-22 瀏覽：次責任編輯：晉力達

回流焊是（shì）SMT生產中重要的工（gōng）藝環節，它是（shì）一種自動（dòng）群焊過程，成千上萬個焊點在（zài）短短幾分鍾內一次完成，其焊接質量的優劣直接影響到產（chǎn）品的質量和可靠性，對於數字化的電子產品，產品的質量幾乎（hū）就是焊接的質量。做好回流焊接，人們都知道關鍵是設定回流爐的爐溫曲線，有關回流（liú）爐的爐溫曲線，許多專業文童中均有報導，但麵對一台新的回（huí）流爐（lú），如何盡快設定回流爐溫度曲（qǔ）線呢？這就需要91在线精品一区在线观看首先對所使（shǐ）用的錫膏中金屬成分與焙點（diǎn）、活性溫度等特性有一（yī）個全麵了解，對回流爐的結構，包括加熱溫區的數量、熱風係統、加熱器的尺寸及其控溫精度、加熱區的有效長（zhǎng）度、冷卻區特點、傳送係統等應有一個（gè）全麵認（rèn）識，以及對焊接對象一表麵貼裝組件（ SMA ）尺寸、組件大小及其分布做到心中有數，不難看（kàn）出，回流焊是（shì）SMT工藝中複（fù）雜而又關鍵的一環，它涉及到材料、設備、熱傳導、焊（hàn）接等方麵（miàn）的知識。

本文將從分析典型的焊（hàn）接溫度（dù）曲（qǔ）線入（rù）手，較為（wéi）詳細地介紹如何正確設定回流爐溫度曲線，並實際（jì）介紹 BGA 以及雙麵回流焊的溫度曲線（xiàn）的設定。

理想的溫度曲線

圖 1 是中溫錫膏（ Sn63 / Sn62 ）理想的紅外回流溫度曲線，它反映了 SMA 通過回（huí）流爐時， PCB 上某一點的（de）溫度隨（suí）時間變化（huà）的曲線，它能直觀反映出該點在整個焊接過程中的溫度變（biàn）化，為獲得最佳焊（hàn）接效果提供了科學的依據，從事 SMT焊接的工程技術人員，應對理想的溫度曲線有一個基本的認識，該曲線（xiàn）由四（sì）個區間組成，即預熱（rè）區、保溫區/活性區、回流區（qū）、冷卻區，前三個階段為加熱區，最後一階段為冷卻區，大部（bù）分焊錫膏都能用這四個溫區（qū）成功實現（xiàn）回流焊。故（gù）紅（hóng）外回（huí）流爐均設有 4 - 5 個溫度，以適應焊接的需要。

為了加深對理想的溫度曲線的認識，現將（jiāng）各區的（de）溫度、停（tíng）留時間以（yǐ）及焊錫膏在各區的變化情況，介紹（shào）如下：

1 、預（yù）熱區

預熱區通（tōng）常指由室溫升至 150 ℃ 左右的區域。在這個（gè）區（qū）域， SMA 平穩升溫，在預熱區，焊膏中的部（bù）分溶劑能夠及時揮發，元器件特別是 Ic 器件緩緩升溫（wēn），以適（shì）應以後的高溫。但 SMA 表麵由於元器件大小不一，其溫度有不均勻現象，在預熱區（qū）升溫的速率通常控（kòng）製在（zài） 1.5 ℃ -3 ℃/ sec。若升溫太快，由於熱應力的作用，導致陶瓷電容的（de）細微裂紋、 PCB 變形、 IC 芯片損（sǔn）壞，同（tóng）時錫膏中（zhōng）溶劑揮發太快，導致飛（fēi）珠的發生。爐子（zǐ）的預熱區一般占加熱信道長度的 1 / 4 - 1 / 3 ，其停留時間計算如下：設環境溫度為 25 ℃ ，若升溫速率（lǜ）按（àn） 3 ℃／sec 。計算則（ 150 一 25 ) / 3 即為 42 sec ，若升溫速率（lǜ）按 1. 5 ℃／ sec 。計算則（ 150 一 25 ) / 1 . 5 即為 85sec。通常根（gēn）據組件大小差異程度調整時間以調（diào）控升（shēng）溫速率在 2 ℃ ／ sec。以下為最佳。

2 、保溫區／活（huó）性區

保溫區又稱活（huó）性（xìng）區，在保溫區溫度通（tōng）常維持在 150 ℃ 士 10 ℃ 的區（qū）域，此時（shí）錫膏處於熔化前夕（xī），焊膏中的揮發物進一步被去除，活化劑開始激活，並有效地去除焊（hàn）接表麵的氧化物， SMA 表麵溫度受熱風對流（liú）的影響，不同大小、不同質地的元器件溫度能保持均勻，板麵溫度差 △T 接近最小值，曲線形態接近水平狀，它也是評估回（huí）流爐工藝性的一個窗口（kǒu），選擇能維持平坦活性溫度曲線的爐子將提高 sMA 的焊接效果，特別是防止立碑缺陷的產生。通常保溫區在爐子的二、三區之間，維持（chí）時間約 6 0-120s，若時間（jiān）過長（zhǎng）也會導致錫膏氧化（huà）問題，以致焊接後飛珠增多。

3 、回流（liú）區

回流區的溫度最高， SMA 進（jìn）入該區後迅速升溫，並超出（chū）錫（xī）膏熔點約 30 ℃ 一 40 ℃ ，即板麵溫度瞬時（shí）達到 215 ℃ 一 225 ℃ （此（cǐ）溫度又稱之為峰值溫度），時間（jiān）約（yuē）為 5 一 10sec ，在回流區焊（hàn）膏很快熔化，並迅速潤濕焊盤，隨看溫度的進一步提高，焊料表（biǎo）麵張力降低，焊料爬至組件引腳的一定高度，形成一個彎月麵。從微觀上看，此時焊料中（zhōng）的錫與焊盤中的銅（tóng）或（huò）金由於擴散作用而形成金（jīn）屬間化合物，以錫銅合（hé）金為（wéi）例（lì），當錫膏熔化後，並迅速潤濕銅層，錫原子與銅原子在其界麵上互相滲透初期 Sn - - Cu 合金的結構（gòu）為 Cu6Sn5 ，其（qí）厚度為 1 一 3μ , 若時間過長、溫度過高時（shí）， Cu原子進一步滲透到Cu6Sn5 中，其局部組織將由 Cu6Sn5 轉變為 Cu3Sn 合金，前者合金焊接強（qiáng）度高，導電性能好，而後（hòu）者則（zé）呈脆性，焊（hàn）接強度低、導電（diàn）性能差， SMA 在回流區停留時間過長（zhǎng）鼓溫度超高會造成 PCB 板麵發黃、起泡、以致（zhì）元器件損壞。 SMA在理想（xiǎng）的溫（wēn）度下回流， PCB色質保持原貌，焊點光亮。在回（huí）流區，錫膏熔化後產生的表麵張力能適度校準由（yóu）貼片過程中引起的元（yuán）器件引（yǐn）腳偏移，但也會由於焊盤設計不正確引起多種焊接缺陷，如立（lì）碑、橋聯（lián）等。回流區（qū）的升溫（wēn）速率控製在 2.5 -3 ℃／sec ,一般應在 25sec一 30sec 內達到峰值溫度。

4 、冷卻區

SMA 運行到冷卻區後，焊點迅速（sù）降溫，焊料凝（níng）固。焊點迅速冷（lěng）卻可使焊料晶格細化，結合強度提高，焊點光亮，表麵（miàn）連續呈彎月麵狀。通常冷（lěng）卻的方法是在回流爐出口處安裝風（fēng）扇，強行冷卻。新型的回流爐則設有冷卻區，並采用水冷（lěng）載（zǎi）風冷。理想的冷卻曲線同回流（liú）區升溫曲線呈鏡麵對（duì）稱分布。在大生產中（zhōng），每個產品的實際工作曲線，應根據 SMA 大小、組件的多少及品種反複（fù）調節（jiē）才能獲得，從時間（jiān）上看，整個回流時間為 175sec 一（yī） 295sec即 3 分鍾-5分鍾左右，（不包（bāo）括進入第一溫區前的時間（jiān））。

溫度（dù）曲線的設定

1 、測試工具：在開始測定溫度曲線之前，需要有溫度（dù）測試儀，以及與之相配合的熱（rè）電（diàn）偶，高溫焊錫絲、高溫膠帶以及待（dài）測的 SMA ，當然有的回流爐自身帶有溫度測試儀，（設在（zài）爐（lú）體內），但因附帶（dài）的（de）熱電偶較長，使用不方便，不（bú）如專用溫度測試記錄儀方便。特別這類測試（shì）儀所用的小直徑熱電偶，熱量小、響應（yīng）快、得到的結（jié）果精確。

2 、熱電（diàn）偶的位置與固定熱電偶的焊接位置也（yě）是（shì）一個應認真考慮的問題，其原則是（shì）對熱容量大（dà）的組（zǔ）件焊盤處（chù）別忘了放置熱電偶，見圖 2 ，此外對熱敏感（gǎn）組件的外殼， PCB 上空檔處也應放置熱電偶，以觀察板麵溫度分布狀況。

將熱電偶固定在PCB上最好的方法是采用高溫焊（hàn）料(Sn96Ag4)焊接在所需測量溫度的地方，此外還可用高溫膠帶固定，但效果沒有直接焊接的（de）效果好。總之根據SMA大小咲及複雜減度設有3個（gè）或更多的電偶。電偶數量越多（duō），其對了解SMA板麵的受熱情（qíng）況越全麵。

3、錫（xī）膏性能

對於所使用錫膏的性（xìng）能參數（shù）也是必須考（kǎo）慮的因素之一，首先是考慮到（dào）其合金的熔點，即（jí）回流區溫度（dù）應高於合金熔點的30-40℃。其次應考慮錫膏（gāo）的活（huó）性溫度歎及持續的時間，有條件時（shí）應與（yǔ）錫膏供應商了解，也可（kě）以參考供應商提供的溫度（dù）曲線。

4、爐子的結構

對（duì）於首次使用（yòng）的回流（liú）爐（lú），應首先考察一下（xià）爐子的結構。看一看有幾個溫區，有（yǒu）幾塊發熱體（tǐ），是否獨立控溫。熱電偶放墨在何處（chù）。熱風的形成與特點，是否構成溫區內循環，風（fēng）速是否可調節。每個加熱區的長度以及加熱（rè）溫區的總長度。目前使用的紅外回流爐，一般有四個溫區，每個加熱區有上下獨立發熱體。熱風循環係統各不相同，但基（jī）本上能保持各溫區獨立循環。通常第一溫區為預熱（rè）區，第二、三溫區為保溫區，第四（sì）溫區為回流區，冷卻溫區為爐外（wài）強（qiáng）製冷風，近幾年來也出現將冷卻區設在（zài）爐內，並采用（yòng）水冷卻係統。當然這類爐子其（qí）溫區（qū）相應增多，以（yǐ）至出現八溫區（qū）以（yǐ）上的回流爐。隨著溫區的増多，其（qí）溫度曲（qǔ）線的輪廓與爐子（zǐ）的溫度設蚤將更加（jiā）接近，這將會方便於爐溫（wēn）的調節。但隨著爐子溫區増多（duō），在生產能力増（zēng）加的同時其能耗（hào）増大、費用增多。

5、爐子的帶（dài）速

設定溫度曲線的第一個考慮的參（cān）數是（shì）傳輸帶的速度（dù）設定，故應首先測量爐子的加熱區總長度，再根據所（suǒ）加工的SMA尺寸大小、元器（qì）件多少以及（jí）元器件大小或熱容量的大小決定SMA在抑熱區所運行的時間。正如（rú）前節所說，理想爐溫曲（qǔ）線所需的焊（hàn）接時間約為3-5分鍾，因此不難看出有（yǒu）了加熱區的長度，以及所需時間，就（jiù）可以方便地計算出回流爐運行速度。

各區溫度設定：

接（jiē）下來必須設定（dìng）各個區的溫度，通常回流爐儀表顯示的溫度（dù）僅代表各加熱器內熱電偶所處位置的（de）溫度，並不等於SMA經過該溫區時其扳麵上的溫度。如果,熱電偶越靠近加熱源，顯示溫（wēn）度會明顯高於相應的（de）區間溫度，熱（rè）電偶越靠近PCB的運行信道，顯示溫度將越能（néng）反應區間溫（wēn）度，因此可打開回流爐上蓋了解熱（rè）電偶所設定的位墨。當然也可以（yǐ）用（yòng）一塊試驗板（bǎn）進行模擬測驗，找出PCB上溫（wēn）度與表（biǎo）溫設定（dìng）的關係（xì），通過幾次反複試驗，最終可以找出規律。當速度與溫度確定後，再適當調節其它參數如冷卻風扇速度，強製空氣或N2流量，並可以正式使用所加工的SNA進行測試，並根據實測的結果與理論溫度曲線相比較（jiào）或與錫膏供應商提供的曲線相比較。並結合環境溫度、回流峰值溫（wēn）度、焊接效果（guǒ）、以及生產能力適當（dāng）的協調。最後將（jiāng）爐子（zǐ）的參數（shù）記錄（lù）或儲存以備（bèi）後用。雖然這個過（guò）程開始較慢（màn）和（hé）費力，但最終可以以此為依據取得熟練（liàn）設定爐溫曲（qǔ）線的能力。

兩種（zhǒng）典型的溫度曲線設定

1、BGA焊（hàn）接溫度的設定

BGA是近幾年使用（yòng）較多的封裝器件，由於它的引腳均處於封裝（zhuāng）體的下方，因（yīn）為焊點間距較大（dà）(1.27mm)焊接後不易出現（xiàn）橋連缺陷，但也帶來一些新問（wèn）題，即焊點易出現空（kōng）洞或氣泡，而在QFP或PLCC器件（jiàn）的焊接中，這類缺陷相對的要少得多。就其原因來說這與BGA焊點在其下方陰影效應大有關。故會出現實際焊接溫度比其它元器件（jiàn）焊接（jiē）溫度（dù）要低的現狀，此時錫膏中滾劑得不到有效的揮發，包裏在焊料中（zhōng）。圖3為（wéi）實際測量到的BGA器件焊接溫度（dù）。圖中，第一根溫度曲線為BGA外側，第二根溫度曲線（xiàn）為BGA焊盤上，它是通過在PCB上開一小槽，並將熱電偶伸（shēn）入其中，兩溫度上升為（wéi）同步上升，但（dàn）第二根溫度曲線顯示出的（de）溫度要低8℃左右,這（zhè）是BGA體（tǐ）積較大，其熱容量也較大的（de）緣故，故反映出組件體內的（de）溫度要低，這就告訴我（wǒ）們，盡管熱電偶放在BGA體的（de）外側仍不能（néng）如實地反映出（chū）BGA焊點處的溫度。因此實際工作中應盡可能地（dì）將（jiāng）熱電（diàn）偶伸入到BGA體下方，並調節BGA的焊接溫度（dù）使它與其它組件溫度相兼容。

2、雙麵板焊接溫度的（de）淞

早期對雙麵板回流焊接時，通常要求設計人員（yuán）將器件放在（zài）PCB的一側，而將阻容組件放在另一側，其目的是防止第（dì）二麵焊接時組件（jiàn）在二次高溫時會脫落。但隨著布線密度的増大或SMA功能的増多，PCB雙麵布有器件的產品越來越多，這就要求91在线精品一区在线观看在調節爐溫曲線時，不僅在焊接麵設定熱電偶而且在反麵也應設定熱電偶，並做到（dào）在焊接麵的溫（wēn）度曲線符合要（yào）求（qiú）的同時，SMA反麵的溫（wēn）度最高值不應超過（guò）錫（xī）膏熔化溫度（17913）,見圖4

從圖中（zhōng）看出當焊接麵的溫（wēn）度達到（dào）2i5匕時反麵最高溫度僅為165匕，未（wèi）達到焊膏（gāo）熔化溫度。此時SMA反麵即使有大（dà）的元器件，也不會出現脫落現象。

常見有缺陷（xiàn）的溫度曲線

下列溫度曲線是設定時常見的缺（quē）陷：

1、活性區溫度梯度過大

立碑是片式組件常（cháng）見（jiàn）的（de）焊接缺陷，引（yǐn）起的原因（yīn）是由於組件焊盤上的錫膏熔（róng）化時潤濕力不平衡，導致組件兩（liǎng）端的力距不平衡故易引起組（zǔ）件立碑。引起立碑的原因有多方麵，其中兩焊盤上的溫度不一致是其原（yuán）因之一。圖5所示的溫度曲線表明活性區溫度梯度（dù）過大，這意味著PCB板麵溫度差過大，特別是靠近大器件四周的（de）阻容組件兩端溫（wēn）度受熱不平衡，錫膏熔化時間有一個延遲故易引起立碑缺陷。解決的方法是調整活性區的溫度。