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(lái)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(guò)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(méi)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(lái)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(guò)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D T。

RSS溫度曲線開(kāi)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)?？墒?，超過(guò)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(wèn)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(méi)有困難來(lái)調(diào)節(jié)RTS曲線，以達(dá)到優(yōu)化的溫度曲線效果。

RTS曲線簡(jiǎn)單地說(shuō)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。

設(shè)定RTS溫度曲線

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(kāi)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(jiàn)的普遍回流問(wèn)題，以及解決辦法。

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(wèn)題一般可通過(guò)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。

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(guò)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。回流期間，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(wèn)題解決。

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。

焊錫不足

焊錫不足通常是不均勻加熱或過(guò)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。

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(lái)。一般，加熱越慢，板越平穩(wěn)，越少發(fā)生。降低裝配通過(guò)183°C的溫升速率將有助于校正這個(gè)缺陷。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。空洞是錫點(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(guò)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(méi)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(wèn)題解決。

無(wú)光澤、顆粒狀焊點(diǎn)

一個(gè)相對(duì)普遍的回流焊缺陷是無(wú)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。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(jiàn)。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(wèn)題的萬(wàn)靈藥，也不能用于所有的爐或所有的裝配?？墒牵捎肦TS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(shuō)RSS溫度曲線已變得過(guò)時(shí)，或者RTS曲線不能用于舊式的爐。無(wú)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(guò)程的跟蹤。通過(guò)繪制當(dāng)印刷電路裝配(PCA)穿過(guò)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(lái)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(guò)150°C到室溫。同樣，這必須一預(yù)先確定的速度來(lái)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。