1、錫膏回流溫度曲線的設定與測量摘要：回流焊接是表面組裝技術（SMT）中所特有的工藝。本文主要介紹了錫膏工藝回流溫度曲線的設定方法和回流溫度曲線的測量方法。關鍵詞:溫度曲線、回流焊、溫區引言:自80年代以來，電子產品以驚人的速度向輕薄短小和高性能化方向發展，在這個過程中表面組裝技術(SMT)的普及應用起了關鍵的作用。在目前業內的印刷和貼片設備、技術相差不大的情況下，回流焊接技術的好壞對于最終產品的質量和可靠性顯得至關重要。因此對回流焊工藝進行深入研究、開發合理的回流焊溫度曲線,是保證表面組裝質量的重要環節。回流焊設備的發展在電子行業中，大量的表面組裝組件(SMA)通過回流焊進行焊接，目前回流焊設備

2、的種類以熱傳遞方式劃分有紅外線、全熱風、紅外線加熱風三種類型。u 紅外線：紅外線回流焊是以紅外線輻射的方式實現被焊元器件加熱的焊接方式。具有加熱快，節能，運行平穩的特點。但由于印刷線路板及各種元器件因材質，色澤的不同對紅外線輻射的熱吸收率存在著很大的差異，因此造成印刷線路板上各種不同元件之間，以及相同元件的不同區域之間存在溫度不均勻的現象。u 全熱風：全熱風回流焊是通過對流噴射管嘴或者耐熱風機來迫使爐內熱氣流循環，從而實現被焊元器件加熱的焊接方式。這種加熱方式印刷線路板上元器件的溫度接近設定的加熱溫區的氣體溫度，完全克服了紅外線回流焊的溫差和遮蔽效應，但在全熱風回流焊設備中循環氣體的對流速度至

3、關重要,為確保爐內的循環氣體能夠作用于印刷線路板上的每一個區域，氣流必須具有足夠的速度，這在一定程度上易造成印刷線路板的抖動和元器件的移位。此外這種加熱方式就熱交換而言效率差、能耗高。u 紅外加熱風：紅外加熱風回流焊是在紅外線加熱的基礎上追加了熱風的循環，通過紅外線和熱風雙重作用來實現被焊元器件加熱的焊接方式。這種加熱方式使爐內的溫度更均勻，充分利用了紅外線穿透力強，具有熱效率高，能耗低的特點，同時又有效地克服了紅外線加熱方式的溫差和遮蔽效應，彌補了熱風加熱方式對氣體流動速度要求過快而造成不良影響。溫度曲線0t溫度曲線是施加于裝配元件上的溫度對時間的函數Y=F(T)，體現為回流過程中印刷線路板

4、上某一給定點的溫度隨時間變化的一條曲線。如圖 1 所示，（圖 1 給出的是一條較典型的RSS溫度曲線）。圖中橫軸是時間，縱軸是溫度，曲線Y是一條隨時間的增加溫度不斷發生變化的曲線。曲線Y在OtT坐標系中所包圍的面積為被測點在整個回流焊接過程中所接收到的能量的總和。用能量的概念表示的溫度曲線函數為 Y= d(T)。溫度曲線又可分為 RSS曲線和RTS曲線。o圖 1溫度T時間tY=F（T）u RSS曲線：（如圖2）是一種由升溫、保溫、回流、冷卻四個溫度區間組成的溫度曲線。其每個溫度區間在整個回流焊接過程中扮演著不同的角色。升溫區：通過緩慢加熱的方式使印刷線路板從室溫加熱至135-170（SN63/

5、PB37），升溫速度一般在1-3/S。保溫區：通過保持相對穩定的溫度使錫膏內的助焊劑發揮作用并適當散發。回流區：爐內的溫度達到最高點，使錫膏液化，印刷線路板的焊盤和元器件的焊極之間形成合金，完成焊接過程。冷卻區：對完成焊接的印刷線路板進行降溫。o圖 2溫度T時間t升溫區保溫區回流區冷卻區u RTS曲線：/S。使印刷線路板的溫度從室溫升至峰值溫度。冷卻區：對完成焊接的印刷線路板進行降溫。o圖 3溫度T時間t升溫區冷卻區u RSS曲線與RTS曲線的比較： RSS曲線：重視溫度與時間的結合，曲線的區間劃分祥細，生產效率高，適應能力一般。適用于印刷線路板尺寸偏小，板上元器件體積較小、種類較少的產品。

6、RTS曲線：重視升溫速率，曲線的區間劃分模糊，生產效率不高，適應能力強。適用于印刷線路板尺寸較大，板上元器件體積較大、種類較多的產品。溫度曲線的設定溫度曲線是由回流焊爐的多個參數共同作用的結果，其中起決定性作用的兩個參數是傳送帶速度和溫區的溫度設定。傳送帶速度決定了印刷線路板暴露在每個溫區的持續時間，增加持續時間可以使印刷線路板上元器件的溫度更加接近該溫區的設定溫度。每個溫區所用的持續時間的總和又決定了整個回流過程的處理時間。每個溫區的溫度設定影響印刷線路板通該溫區時溫度的高低。印刷線路板在整個回流焊接過程中的升溫速度則是傳送帶速和各溫區的溫度設定兩個參數共同作用的結果。因此只有合理的設定爐溫

7、參數才能得到理想的爐溫曲線。現以最為常用的RSS曲線為例介紹一下爐溫曲線的設定方法。u 鏈速的設定：設定溫度曲線時第一個要考慮參數是傳輸帶的速度設定，該設定將決定印刷線路板通過加熱通道所花的時間。傳送帶速度的設定可以通過計算的方法獲得。這里要引入一個指標，負載因子。負載因子：F=L/(L+s) L=基板的長，S=基板與基板間的間隔。負載因子的大小決定了生產過程中爐內的印刷線路板對爐內溫度的影響程度。負載因子的數值越大爐內的溫度越不穩定，一般取值在0.50.9之間。在權衡了效率和爐溫的穩定程度后建議取值為0.7-0.8。在知道生產的板長和生產節拍后就可以計算出傳送帶的傳送速度（最慢值）。傳送速度

8、(最慢值)=印刷線路板長/0.8/生產節拍。傳送速度（最快值）由錫膏的特性決定，絕大多數錫膏要求從升溫開始到爐內峰值溫度的時間應不少于180秒。這樣就可以得出傳送速度（最大值）=爐內加熱區的長度/180S。在得出兩個極限速度后就可以根據實際生產產品的難易程度選取適當的傳送速度一般可取中間值。u 溫區溫度的設定：一個完整的RSS爐溫曲線包括四個溫區（如圖2）。分別為： 預熱區：其目的是將印刷線路板的溫度從室溫提升到錫膏內助焊劑發揮作用所需的活性溫度135，溫區的加熱速率應控制在每秒13，溫度升得太快會引起某些缺陷，如陶瓷電容的細微裂紋。 保溫區：其目的是將印刷線路板維持在某個特定溫度范圍并持續一

9、段時間，使印刷線路板上各個區域的元器件溫度相同，減少他們的相對溫差，并使錫膏內部的助焊劑充分的發揮作用，去除元器件電極和焊盤表面的氧化物，從而提高焊接質量。一般普遍的活性溫度范圍是135-170（以SN63PB37為例），活性時間設定在60-90秒。如果活性溫度設定過高會使助焊劑過早的失去除污的功能，溫度太低助焊劑則發揮不了除污的作用。活性時間設定的過長會使錫膏內助焊劑的過度揮發，致使在焊接時缺少助焊劑的參與使焊點易氧化，潤濕能力差，時間太短則參與焊接的助焊劑過多，可能會出現錫球，錫珠等焊接不良。從而影響焊接質量。 回流區：其目的是使印刷線路板的溫度提升到錫膏的熔點溫度以上并維持一定的焊接時間

10、，使其形成合金，完成元器件電極與焊盤的焊接。該區的溫度設定在183以上，時間為30-90秒。（以SN63PB37為例）峰值不宜超過230，200以上的時間為20-30秒。如果溫度低于183將無法形成合金實現不了焊接，若高于230會對元器件帶來損害，同時也會加劇印刷線路板的變形。如果時間不足會使合金層較薄，焊點的強度不夠，時間較長則合金層較厚使焊點較脆。 冷卻區：其目的是使印刷線路板降溫，通常設定為每秒3-4。如速率過高會使焊點出現龜裂現象，過慢則會加劇焊點氧化。理想的冷卻曲線應該是和回流區曲線成鏡像關系，越是靠近這種鏡像關系，焊點達到固態的結構越緊密，得到焊接點的質量越高，結合完整性越好。了解

11、了溫度曲線各個溫區的特性后就可以根據產品的特點來設定回流焊爐每個溫區的溫度了。一但溫區的溫度設定以后回流焊爐內的熱容量就確定了下來。在生產過程中通過爐內的產品會不斷的吸收熱量，隨著爐內產品數量的不斷增加被吸收的熱量也在不斷的增加。如果回流焊爐所能補允的熱量小于產品所吸收的熱量時就不能夠保證產品的品質。而實際生產中是不可能對爐溫進行實時更新的，因此這就要求設定的溫度曲線具有一定的適應能力或針對不同的產品種類設定不同的溫度曲線。如，印刷線路板的尺寸較小，元器件體積較小的產品，因這種產品對熱量的吸收較小，元器件本身的升溫速度也相對較快，所以曲線升溫區的升溫速率可以適當加大，保溫區的保溫時間可以相對縮

12、短。而對于印刷線路板的尺寸較大，元器體積較大的產品，其對熱量吸收的要求較高，元器件本身的內外部溫差較大，所以其升溫區的升溫速率應降低，保溫區的保溫時間應加長以保證板面上各種元器件及元器件的每個部位之間的溫差最小。典型區間溫度設定（SN63PB37）區間溫度時間速率升溫室溫135大于30S13/S保溫13517060-90S0.51/S回流1831836090S13/S冷卻14/S溫度曲線的測量因回流焊設備的結構和工作原理決定了溫區的設定溫度反映到生產的產品上時會有不小的差異。回流焊設備上顯示的區間溫度并不是實際的區間溫度，顯示溫度只是代表該溫區內熱敏電偶所感應到的環境溫度，如果熱電偶靠近加熱源

13、，顯示的溫度將相應比溫區內其它區域的溫度高，熱電偶越靠近印刷線路板的傳送軌道，顯示的溫度將越能反映產品的實際溫度。因此在設定了溫度之后還必需對產品進行實際的測量以得到產品實際的溫度，并對設定的溫度進行分析，修改以得到一條針對某種產品的最佳溫度曲線。u 爐溫曲線測量需要的設備和輔助工具： 溫度曲線儀：測溫儀一般分為兩類：實時測溫儀，能夠即時傳送溫度、時間數據并作出圖形。另一種非實時測溫儀，通過采樣、儲存，然后將采集來的數據上載到計算機進行分析。 熱電偶：用于感受環境溫度的介質。其工作原理是由兩種不同成分的導體組成回路，當測溫端和參比端存在溫差時回路中就會產生熱電流，通過電流的大小來反映外界溫度的

14、變化。熱電偶一般要求較小直徑，因為較小直徑的熱電偶熱質量小、響應快，得到的結果較為精確。 將熱電偶附著于印刷線路板上的工具：焊料，膠粘劑，高溫膠帶。n 測試點的選擇：實際在生產一塊印刷線路板過程中，板面上各個區域所承載的各種元器件的溫度是不盡相同的。爐內的熱空氣在熱風機的作用下在爐內流動（從上、下 兩個加熱板向傳輸軌道方向流動，當遇到阻隔時就沿著印刷線路板的表面向板的邊緣擴散，這樣板的中心區域就變成了溫度最低的地方）。元器件體積的大小也決定著溫度的高低，體積小的元器件溫度高，體積大的元器件溫度低。因此在實際測量中要較真實，較全面的反映被測產品的真實溫度被測點的選取尤為重要。一般遵循以下幾個原則

15、。1) 在條件允許的條件下盡量多的選取被點。2) 被測點的選擇盡量在同一縱軸線上。3) 對溫度有特殊要求的元器件。4) 板面溫度最高的位置。5) 板面溫度最低的位置。n 熱電偶的固定：選擇好被測點后則需在被測點安置熱電偶，一般有以下幾種方法：1) 使用焊料固定，一般使用PB含量較高的高溫焊料將熱電偶固定在被測點。要求焊點要盡可能的小，因為高溫焊料的可焊性不高所以對焊接的技能要求較高，由于是高溫焊接所以對元器件的熱沖擊也較大。測溫效果較好。2) 使用膠粘劑固定，一般使用環氧樹脂類的膠粘劑將熱電偶固定在被測點。要求膠點要盡可能的小。測溫效果一般。3) 使用高溫膠帶固定，一般使用具有耐高溫、導熱性能

16、好的膠帶將熱電偶固定在被測點。要求要盡可能的將熱電偶靠近被測點。這種方法操作方便，但測量效果最差。每種方法都應該將熱電偶的測量端盡可能的靠近被測點，這樣才能夠得到較真實的測量結果。（如圖4）（圖4）n 測量方法：1) 對被測的印刷線路板進行熱性能分析選擇被測點。2) 將熱電偶附著在被測的印刷線路板上。為了保證測量結果的準確性被測的印刷線路板應選用完全貼裝的產品。3) 觸發測溫儀開始記錄數據并將測溫儀連同被測的印刷線路板一同放入回流焊爐內。這里要注意兩點。第一點：測溫儀有兩種，一種是觸發后立即開始記錄數據，這就要求在觸發后在最短的時間內將測溫儀放入回流焊爐，以保證所測回流時間的準確性。另一種測溫

17、儀為溫感型，當環境溫度升高到40（一般高于人體的體溫，用于保證在操作階段不會記錄數據。）以上時才開始記錄數據，這種測溫儀對放入時間就沒有什么要求。第二點：為了最大限度的還原生產時的實際環境，在被測板的前方要保證正常生產時的過板數量。在被測板放入爐腔后不可再放入產品，避免意外發生。4) 最后將從爐中采集好數據的測溫儀接入計算機，生成溫度曲線。n 曲線分析與爐溫調整：分析溫度曲線之前需掌握幾個控制點的數據。1) 確定從環境溫度到回流峰值溫度的總時間。2) 各溫區的工藝參數（溫度、時間、升溫速度）。具體調整方法如下：首先通過調整傳送帶速度來滿足從環境溫度到回流峰值溫度的總時間與所希望的加熱曲線居留時間相區配。下一步，應以從左到右的順序調整曲線的偏差（流程順序），來保證整體曲線的形狀和各溫區的工藝參數、給定的標準相符。例：如果預熱區和回流區中存在差異，首先應將預熱區的差異調整正確，最好一次調整一個參數，在作進一步調整之前應先運行調整后的曲線并測出新的曲線后再參照新的曲線進行調整。因為一個給定溫區的溫度改變將影響其隨后溫區的溫度變化。應以循序漸進的原則進行爐溫曲線的調整。下面給出幾種典型的不良爐溫曲線調整方法： （圖5） 圖5中紅色曲線預熱不足，應提升預熱區的