SMT回流焊溫度曲线超详细讲解(中）

升温-到-回流的回流温度曲线

　　许多旧式的炉倾向于以不同速率来加热一个装配上的不同零件，取决于回流焊接的零件和线路板层的颜色和质地。一个装配上的某些区域可以达到比其它区域高得多的温度，这个温度变化叫做装配的D T。如果D T大，装配的有些区域可能吸收过多热量，而另一些区域则热量不够。这可能引起许多焊接缺陷，包括焊锡球、不熔湿、损坏元件、空洞和烧焦的残留物。

为什么和什么时候保温

　　保温区的唯一目的是减少或消除大的D T。保温应该在装配达到焊锡回流温度之前，把装配上所有零件的温度达到均衡，使得所有的零件同时回流。由于保温区是没有必要的，因此温度曲线可以改成线性的升温-到-回流(RTS)的回流温度曲线。

应该注意到，保温区一般是不需要用来激化锡膏中的助焊剂化学成分。这是工业中的一个普遍的错误概念，应予纠正。当使用线性的RTS温度曲线时，大多数锡膏的化学成分都显示充分的湿润活性。事实上，使用
RTS温度曲线一般都会改善湿润。

升温-保温-回流

　　升温-保温-回流(RSS)温度曲线可用于RMA或免洗化学成分，但一般不推荐用于水溶化学成分，因为RSS保温区可能过早地破坏锡膏活性剂，造成不充分的湿润。使用RSS温度曲线的唯一目的是消除或减少D T。

　　RSS温度曲线开始以一个陡坡温升，在90秒的目标时间内大约150°
C，最大速率可达2~3°
C。随后，在150~170°
C之间，将装配板保温90秒钟；装配板在保温区结束时应该达到温度均衡。保温区之后，装配板进入回流区，在183°
C以上回流时间为60(±
15)秒钟。

整个温度曲线应该从45°
C到峰值温度215(±
5)°
C持续3.5~4分钟。冷却速率应控制在每秒4°
C。一般，较快的冷却速率可得到较细的颗粒结构和较高强度与较亮的焊接点。可是，超过每秒4°
C会造成温度冲击。

　　RTS温度曲线可用于任何化学成分或合金，为水溶锡膏和难于焊接的合金与零件所首选。
RTS温度曲线比RSS有几个优点。RTS一般得到更光亮的焊点，可焊性问题很少，因为在RTS温度曲线下回流的锡膏在预热阶段保持住其助焊剂载体。这也将更好地提高湿润性，因此，RTS应该用于难于湿润的合金和零件。

　　因为RTS曲线的升温速率是如此受控的，所以很少机会造成焊接缺陷或温度冲击。另外，RTS曲线更经济，因为减少了炉前半部分的加热能量。此外，排除RTS的故障相对比较简单，有排除RSS曲线故障经验的操作员应该没有困难来调节RTS曲线，以达到优化的温度曲线效果。

　　RTS曲线简单地说就是一条从室温到回流峰值温度的温度渐升曲线，RTS曲线温升区其作用是装配的预热区，这里助焊剂被激化，挥发物被挥发，装配准备回流，并防止温度冲击。RTS曲线典型的升温速率为每秒0.6~1.8°
C。升温的最初90秒钟应该尽可能保持线性。

设定RTS温度曲线

　　RTS曲线的升温基本原则是，曲线的三分之二在150°
C以下。在这个温度后，大多数锡膏内的活性系统开始很快失效。因此，保持曲线的前段冷一些将活性剂保持时间长一些，其结果是良好的湿润和光亮的焊接点。

　　RTS曲线回流区是装配达到焊锡回流温度的阶段。在达到150°
C之后，峰值温度应尽快地达到，峰值温度应控制在215(±
5)°
C，液化居留时间为60(±
15)秒钟。液化之上的这个时间将减少助焊剂受夹和空洞，增加拉伸强度。和RSS一样，RTS曲线长度也应该是从室温到峰值温度最大3.5~4分钟，冷却速率控制在每秒4°
C。

　　排除RSS和RTS曲线的故障，原则是相同的：按需要，调节温度和曲线温度的时间，以达到优化的结果。时常，这要求试验和出错，略增加或减少温度，观察结果。以下是使用RTS曲线遇见的普遍回流问题，以及解决办法。

焊锡球

　　许多细小的焊锡球镶陷在回流后助焊剂残留的周边上。在RTS曲线上，这个通常是升温速率太慢的结果，由于助焊剂载体在回流之前烧完，发生金属氧化。这个问题一般可通过曲线温升速率略微提高达到解决。焊锡球也可能是温升速率太快的结果，但是，这对RTS曲线不大可能，因为其相对较慢、较平稳的温升。

　　经常与焊锡球混淆，焊锡珠是一颗或一些大的焊锡球，通常落在片状电容和电阻周围。虽然这常常是丝印时锡膏过量堆积的结果，但有时可以调节温度曲线解决。和焊锡球一样，在RTS曲线上产生的焊锡珠通常是升温速率太慢的结果。这种情况下，慢的升温速率引起毛细管作用，将未回流的锡膏从焊锡堆积处吸到元件下面。回流期间，这些锡膏形成锡珠，由于焊锡表面张力将元件拉向机板，而被挤出到元件边。和焊锡球一样，焊锡珠的解决办法也是提高升温速率，直到问题解决。

熔湿性差

　　熔湿性差经常是时间与温度比率的结果。锡膏内的活性剂由有机酸组成，随时间和温度而退化。如果曲线太长，焊接点的熔湿可能受损害。因为使用RTS曲线，锡膏活性剂通常维持时间较长，因此熔湿性差比RSS较不易发生。如果RTS还出现熔湿性差，应采取步骤以保证曲线的前面三分之二发生在150°
C之下。这将延长锡膏活性剂的寿命，结果改善熔湿性。

焊锡不足

　　焊锡不足通常是不均匀加热或过快加热的结果，使得元件引脚太热，焊锡吸上引脚。回流后引脚看到去锡变厚，焊盘上将出现少锡。减低加热速率或保证装配的均匀受热将有助于防止该缺陷。

墓碑

　　墓碑通常是不相等的熔湿力的结果，使得回流后元件在一端上站起来。一般，加热越慢，板越平稳，越少发生。降低装配通过183°
C的温升速率将有助于校正这个缺陷。

空洞

　　空洞是锡点的X光或截面检查通常所发现的缺陷。空洞是锡点内的微小“气泡” ，可能是被夹住的空气或助焊剂。空洞一般由三个曲线错误所引起：不够峰值温度；回流时间不够；升温阶段温度过高。由于RTS曲线升温速率是严密控制的，空洞通常是第一或第二个错误的结果，造成没挥发的助焊剂被夹住在锡点内。这种情况下，为了避免空洞的产生，应在空洞发生的点测量温度曲线，适当调整直到问题解决。

无光泽、颗粒状焊点

　　一个相对普遍的回流焊缺陷是无光泽、颗粒状焊点。这个缺陷可能只是美观上的，但也可能是不牢固焊点的征兆。在RTS曲线内改正这个缺陷，应该将回流前两个区的温度减少5°
C；峰值温度提高5°
C。如果这样还不行，那么，应继续这样调节温度直到达到希望的结果。这些调节将延长锡膏活性剂寿命，减少锡膏的氧化暴露，改善熔湿能力。

烧焦的残留物

　　烧焦的残留物，虽然不一定是功能缺陷，但可能在使用RTS温度曲线时遇见。为了纠正该缺陷，回流区的时间和温度要减少，通常5°
C。

结论

　　RTS温度曲线不是适于每一个回流焊接问题的万灵药，也不能用于所有的炉或所有的装配。可是，采用RTS温度曲线可以减少能源成本、增加效率、减少焊接缺陷、改善熔湿性能和简化回流工序。这并不是说RSS温度曲线已变得过时，或者RTS曲线不能用于旧式的炉。无论如何，工程师应该知道还有更好的回流温度曲线可以利用。

　　注：所有温度曲线都是使用Sn63/Pb37合金，183°
C的共晶熔点。

群焊的温度曲线

　　作温度曲线是一个很好的直观化方法，保持对回流焊接或波峰焊接工艺过程的跟踪。通过绘制当印刷电路装配(PCA)穿过炉子时的时间温度曲线，可以计算在任何给定时间所吸收的热量。只有当所有涉及的零件在正确的时间暴露给正确的热量时，才可以使群焊达到完善。这不是一个容易达到的目标，因为零件经常有不同的热容量，并在不同的时间达到所希望的温度。

　　经常我们看到在一个PCA上不只一种大小的焊点，同一个温度曲线要熔化不同数量的焊锡。需要考虑PCA的定位与方向、热源位置与设备内均匀的空气循环，以给焊接点输送正确的热量。许多人从经验中了解到，大型元件底部与PCA其它位置的温度差别是不容忽视的。

　　为什么得到正确的热量是如此重要呢？当焊接点不得到足够的热量，助焊剂可能不完全激化，焊接合金可能未完全熔化。在最终产品检查中，可能观察到冷焊点(cold solder)、元件竖立(tomb-stoning)、不湿润(non-wetting)、锡球/飞溅(solder ball/　splash)等结果。另一方面，如果吸收太多热量，元件或板可能被损坏。最终结果可能是元件爆裂或PCB翘曲，同时不能经受对长期的产品可靠性的影响。

　　对于波峰焊接，装配已经部分地安装了回流焊接的表面贴装元件。已回流的焊接点可能回到一个液化阶段，降低固态焊点的位置精度。

　　除了热的数量之外，加热时间也是重要的。PCA温度必须以预先决定的速率从室温提高到液化温度，而不能给装配带来严重的温度冲击。这个预热，或升温阶段也将在助焊剂完全被激化之前让其中的溶剂蒸发。重要的是要保证，装配上的所有零件在上升到焊接合金液化温度之前，以最大的预热温度达到温度平衡。这个预热有时叫作“驻留时间”或“保温时间”。

　　对于蒸发锡膏内的挥发性成分和激化助焊剂是重要的。在达到液化温度之后，装配应该有足够的时间停留在该温度之上，以保证装配的所有区域都达到液化温度，适当地形成焊接点。如果在装配中有表面贴装胶要固化，固化时间和温度必须与焊接温度曲线协调。

　　在焊接点形成之后，装配必须从液化温度冷却超过150°C到室温。同样，这必须一预先确定的速度来完成，以避免温度冲击。稳定的降温将给足够的时间让熔化的焊锡固化。这也将避免由于元件与PCB之间的温度膨胀系数(CTE)不同所产生的力对新形成的焊接点损坏。原创：SMT顶级人脉圈

　　深圳市蓝眼科技有限公司，是一家专门做SMT智能化设备的企业，其自主研发的SMT智能首件检测仪、SMT首件检测系统，大幅度改善了SMT加工时第一块板的确认时间以及效率，使得在SMT智能首件测试、首件确认环节更加省时省力、品质也大幅度提升。除了SMT首件检测仪以外，蓝眼科技还积极研发了SMT自动接料机、IQC来料检测系统、视觉检测平台、一键式测量仪、烧录器等产品……