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如何正確設(shè)定回流爐溫度曲線
紅外回流焊是SMT大生產(chǎn)中重要的工藝環(huán)節(jié)，它是一種自動(dòng)群焊過程，成千上萬個(gè)焊點(diǎn)在短短幾分鐘內(nèi)一次完成，其焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，對(duì)于數(shù)字化的電子產(chǎn)品，產(chǎn)品的質(zhì)量幾乎就是焊接的質(zhì)量。做好回流焊，人們都知道關(guān)鍵是設(shè)定回流爐的爐溫曲線，有關(guān)回流爐的爐溫曲線，許多專業(yè)文章中均有報(bào)導(dǎo)，但面對(duì)一臺(tái)新的紅外回流爐，如何盡快設(shè)定回流爐溫度曲線呢？這就需要我們首先對(duì)所使用的錫膏中金屬成分與熔點(diǎn)、活性溫度等特性有一個(gè)全面了解，對(duì)回流爐的結(jié)構(gòu)，包括加熱溫區(qū)的數(shù)量、熱風(fēng)系統(tǒng)、加熱器的尺寸及其控溫精度、加熱區(qū)的有效長(zhǎng)度、冷卻區(qū)特點(diǎn)、傳送系統(tǒng)等應(yīng)有一個(gè)全面認(rèn)識(shí)，以及對(duì)焊接對(duì)象--表面貼裝組件（SMA）尺寸、組件大小及其分布做到心中有數(shù)，不難看出，回流焊是SMT工藝中復(fù)雜而又關(guān)鍵的一環(huán)，它涉及到材料、設(shè)備、熱傳導(dǎo)、焊接等方面的知識(shí)?！ ”疚膶姆治龅湫偷暮附訙囟惹€入手，較為詳細(xì)地介紹如何正確設(shè)定回流爐溫度曲線，并實(shí)際介紹BGA以及雙面回流焊的溫度曲線的設(shè)定?！ ±硐氲臏囟惹€
圖1 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通過回流爐時(shí)，PCB上某一點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的曲線，它能直觀反映出該點(diǎn)在整個(gè)焊接過程中的溫度變化，為獲得*焊接效果提供了科學(xué)的依據(jù)，從事SMT焊接的工程技術(shù)人員，應(yīng)對(duì)理想的溫度曲線有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，該曲線由四個(gè)區(qū)間組成，即預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)/活性區(qū)、回流區(qū)、冷卻區(qū)，前三個(gè)階段為加熱區(qū)，zui后一階段為冷卻區(qū)，大部分焊錫膏都能用這四個(gè)溫區(qū)成功實(shí)現(xiàn)回流焊。故紅外回流爐均設(shè)有4-5個(gè)溫度，以適應(yīng)焊接的需要?！ 榱思由顚?duì)理想的溫度曲線的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)將各區(qū)的溫度、停留時(shí)間以及焊錫膏在各區(qū)的變化情況，介紹如下： ?。?/span>1）預(yù)熱區(qū) 預(yù)熱區(qū)通常指由室溫升至150℃左右的區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域，SMA平穩(wěn)升溫，在預(yù)熱區(qū)，焊膏中的部分溶劑能夠及時(shí)揮發(fā)，元器件特別是IC器件緩緩升溫，以適應(yīng)以后的高溫。但SMA表面由于元器件大小不一，其溫度有不均勻現(xiàn)象，在預(yù)熱區(qū)升溫的速率通?？刂圃?/span>1.5℃-3℃/sec。若升溫太快，由于熱應(yīng)力的作用，導(dǎo)致陶瓷電容的細(xì)微裂紋、PCB變形、IC芯片損壞，同時(shí)錫膏中溶劑揮發(fā)太快，導(dǎo)致飛珠的發(fā)生。爐子的預(yù)熱區(qū)一般占加熱信道長(zhǎng)度的1/4-1/3，其停留時(shí)間計(jì)算如下：設(shè)環(huán)境溫度為25℃，若升溫速率按3℃/sec計(jì)算則（150-25）/3即為42sec，若升溫速率按1.5℃/sec計(jì)算則（150-25）/ 1.5即為85sec。通常根據(jù)組件大小差異程度調(diào)整時(shí)間以調(diào)控升溫速率在2℃/sec以下為*。 ?。?/span>2）保溫區(qū)/活性區(qū) 保溫區(qū)又稱活性區(qū)，在保溫區(qū)溫度通常維持在150℃±10℃的區(qū)域，此時(shí)錫膏處于熔化前夕，焊膏中的揮發(fā)物進(jìn)一步被去除，活化劑開始激活，并有效地去除焊接表面的氧化物，SMA表面溫度受熱風(fēng)對(duì)流的影響，不同大小、不同質(zhì)地的元器件溫度能保持均勻，板面溫度差△T接近zui小值，曲線形態(tài)接近水平狀，它也是評(píng)估回流爐工藝性的一個(gè)窗口，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(chǎn)生。通常保溫區(qū)在爐子的二、三區(qū)之間，維持時(shí)間約60-120s，若時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致錫膏氧化問題，以致焊接后飛珠增多?！ 。?/span>3）回流區(qū) 回流區(qū)的溫度zui高，SMA進(jìn)入該區(qū)后迅速升溫，并超出錫膏熔點(diǎn)約30℃-40℃，即板面溫度瞬時(shí)達(dá)到215℃-225℃（此溫度又稱之為峰值溫度），時(shí)間約為5-10sec，在回流區(qū)焊膏很快熔化，并迅速潤濕焊盤，隨著溫度的進(jìn)一步提高，焊料表面張力降低，焊料爬至組件引腳的一定高度，形成一個(gè)"彎月面"。從微觀上看，此時(shí)焊料中的錫與焊盤中的銅或金由于擴(kuò)散作用而形成金屬間化合物，以錫銅合金為例，當(dāng)錫膏熔化后，并迅速潤濕銅層，錫原子與銅原子在其界面上互相滲透初期Sn-Cu合金的結(jié)構(gòu)為 Cu6Sn5，其厚度為1-3μ，若時(shí)間過長(zhǎng)、溫度過高時(shí)，Cu原子進(jìn)一步滲透到Cu6Sn5中，其局部組織將由Cu6Sn5轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Cu3Sn合金，前者合金焊接強(qiáng)度高，導(dǎo)電性能好，而后者則呈脆性，焊接強(qiáng)度低、導(dǎo)電性能差，SMA在回流區(qū)停留時(shí)間過長(zhǎng)或溫度超高會(huì)造成PCB板面發(fā)黃、起泡、以致元器件損壞。SMA在理想的溫度下回流，PCB色質(zhì)保持原貌，焊點(diǎn)光亮。在回流區(qū)，錫膏熔化后產(chǎn)生的表面張力能適度校準(zhǔn)由貼片過程中引起的元器件引腳偏移，但也會(huì)由于焊盤設(shè)計(jì)不正確引起多種焊接缺陷，如"立碑"、"橋聯(lián)"等。回流區(qū)的升溫速率控制在2.5-3℃/ sec，一般應(yīng)在25sec-30sec內(nèi)達(dá)到峰值溫度。 ?。?/span>4）冷卻區(qū) SMA運(yùn)行到冷卻區(qū)后，焊點(diǎn)迅速降溫，焊料凝固。焊點(diǎn)迅速冷卻可使焊料晶格細(xì)化，結(jié)合強(qiáng)度提高，焊點(diǎn)光亮，表面連續(xù)呈彎月面狀。通常冷卻的方法是在回流爐出口處安裝風(fēng)扇，強(qiáng)行冷卻。新型的回流爐則設(shè)有冷卻區(qū)，并采用水冷或風(fēng)冷。理想的冷卻曲線同回流區(qū)升溫曲線呈鏡面對(duì)稱分布?！ ≡诖笊a(chǎn)中，每個(gè)產(chǎn)品的實(shí)際工作曲線，應(yīng)根據(jù)SMA大小、組件的多少及品種反復(fù)調(diào)節(jié)才能獲得，從時(shí)間上看，整個(gè)回流時(shí)間為175sec-295sec即3分鐘-5分鐘左右，（不包括進(jìn)入*溫區(qū)前的時(shí)間）?！ 囟惹€的設(shè)定 1、測(cè)試工具： 在開始測(cè)定溫度曲線之前，需要有溫度測(cè)試儀，以及與之相配合的熱電偶，高溫焊錫絲、高溫膠帶以及待測(cè)的SMA，當(dāng)然有的回流爐自身帶有溫度測(cè)試儀，（設(shè)在爐體內(nèi)），但因附帶的熱電偶較長(zhǎng)，使用不方便，不如溫度測(cè)試記錄儀方便。特別這類測(cè)試儀所用的小直徑熱電偶，熱量小、響應(yīng)快、得到的結(jié)果?！ ?/span>2、熱電偶的位置與固定 熱電偶的焊接位置也是一個(gè)應(yīng)認(rèn)真考慮的問題，其原則是對(duì)熱容量大的組件焊盤處別忘了放置熱電偶，見圖2，此外對(duì)熱敏感組件的外殼，PCB上空檔處也應(yīng)放置熱電偶，以觀察板面溫度分布狀況。
圖2 熱電偶的位置
將熱電偶固定在PCB上的方法是采用高溫焊料（Sn96Ag4）焊接在所需測(cè)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效果好。 總之根據(jù)SMA大小以及復(fù)雜成度設(shè)有3個(gè)或更多的電偶。電偶數(shù)量越多，其對(duì)了解SMA板面的受熱情況越全面?！ ?/span>3、錫膏性能 對(duì)于所使用錫膏的性能參數(shù)也是必須考慮的因素之一，首先是考慮到其合金的熔點(diǎn)，即回流區(qū)溫度應(yīng)高于合金熔點(diǎn)的30-40℃。其次應(yīng)考慮錫膏的活性溫度以及持續(xù)的時(shí)間，有條件時(shí)應(yīng)與錫膏供應(yīng)商了解，也可以參考供應(yīng)商提供的溫度曲線。
圖3 BGA溫度測(cè)試點(diǎn)的選擇
4、爐子的結(jié)構(gòu)： 對(duì)于使用的回流爐，應(yīng)首先考察一下爐子的結(jié)構(gòu)?？匆豢从袔讉€(gè)溫區(qū)，有幾塊發(fā)熱體，是否獨(dú)立控溫。熱電偶放置在何處。熱風(fēng)的形成與特點(diǎn)，是否構(gòu)成溫區(qū)內(nèi)循環(huán)，風(fēng)速是否可調(diào)節(jié)。每個(gè)加熱區(qū)的長(zhǎng)度以及加熱溫區(qū)的總長(zhǎng)度。目前使用的紅外回流爐，一般有四個(gè)溫區(qū)，每個(gè)加熱區(qū)有上下獨(dú)立發(fā)熱體。熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)各不相同，但基本上能保持各溫區(qū)獨(dú)立循環(huán)。通常*溫區(qū)為預(yù)熱區(qū)，第二、三溫區(qū)為保溫區(qū)，第四溫區(qū)為回流區(qū)，冷卻溫區(qū)為爐外強(qiáng)制冷風(fēng)，近幾年來也出現(xiàn)將冷卻區(qū)設(shè)在爐內(nèi)，并采用水冷卻系統(tǒng)。當(dāng)然這類爐子其溫區(qū)相應(yīng)增多，以至出現(xiàn)八溫區(qū)以上的回流爐。隨著溫區(qū)的增多，其溫度曲線的輪廓與爐子的溫度設(shè)置將更加接近，這將會(huì)方便于爐溫的調(diào)節(jié)。但隨著爐子溫區(qū)增多，在生產(chǎn)能力增加的同時(shí)其能耗增大、費(fèi)用增多。 5、爐子的帶速： 設(shè)定溫度曲線的*個(gè)考慮的參數(shù)是傳輸帶的速度設(shè)定，故應(yīng)首先測(cè)量爐子的加熱區(qū)總長(zhǎng)度，再根據(jù)所加工的SMA尺寸大小、元器件多少以及元器件大小或熱容量的大小決定SMA在加熱區(qū)所運(yùn)行的時(shí)間。正如前節(jié)所說，理想爐溫曲線所需的焊接時(shí)間約為3-5分鐘，因此不難看出有了加熱區(qū)的長(zhǎng)度，以及所需時(shí)間，就可以方便地計(jì)算出回流爐運(yùn)行速度。 各區(qū)溫度設(shè)定： 接下來必須設(shè)定各個(gè)區(qū)的溫度，通常回流爐儀表顯示的溫度僅代表各加熱器內(nèi)熱電偶所處位置的溫度，并不等于SMA經(jīng)過該溫區(qū)時(shí)其板面上的溫度。如果熱電偶越靠近加熱源，顯示溫度會(huì)明顯高于相應(yīng)的區(qū)間溫度，熱電偶越靠近PCB的運(yùn)行信道，顯示溫度將越能反應(yīng)區(qū)間溫度，因此可打開回流爐上蓋了解熱電偶所設(shè)定的位置。當(dāng)然也可以用一塊試驗(yàn)板進(jìn)行模擬測(cè)驗(yàn)，找出PCB上溫度與表溫設(shè)定的關(guān)系，通過幾次反復(fù)試驗(yàn)，zui終可以找出規(guī)律。當(dāng)速度與溫度確定后，再適當(dāng)調(diào)節(jié)其它參數(shù)如冷卻風(fēng)扇速度，強(qiáng)制空氣或N2流量，并可以正式使用所加工的SMA進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)果與理論溫度曲線相比較或與錫膏供應(yīng)商提供的曲線相比較。并結(jié)合環(huán)境溫度、回流峰值溫度、焊接效果、以及生產(chǎn)能力適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)。zui后將爐子的參數(shù)記錄或儲(chǔ)存以備后用。雖然這個(gè)過程開始較慢和費(fèi)力，但zui終可以以此為依據(jù)取得熟練設(shè)定爐溫曲線的能力。 兩種典型的溫度曲線設(shè)定 1、BGA焊接溫度的設(shè)定 BGA是近幾年使用較多的封裝器件，由于它的引腳均處于封裝體的下方，因?yàn)楹更c(diǎn)間距較大（1.27mm）焊接后不易出現(xiàn)橋連缺陷，但也帶來一些新問題，即焊點(diǎn)易出現(xiàn)空洞或氣泡，而在QFP或PLCC器件的焊接中，這類缺陷相對(duì)的要少得多。就其原因來說這與BGA焊點(diǎn)在其下方陰影效應(yīng)大有關(guān)。故會(huì)出現(xiàn)實(shí)際焊接溫度比其它元器件焊接溫度要低的現(xiàn)狀，此時(shí)錫膏中溶劑得不到有效的揮發(fā)，包裹在焊料中。圖3為實(shí)際測(cè)量到的BGA器件焊接溫度?！ D中，*根溫度曲線為BGA外側(cè)，第二根溫度曲線為BGA焊盤上，它是通過在PCB上開一小槽，并將熱電偶伸入其中，兩溫度上升為同步上升，但第二根溫度曲線顯示出的溫度要低8℃左右，這是BGA體積較大，其熱容量也較大的緣故，故反映出組件體內(nèi)的溫度要低，這就告訴我們，盡管熱電偶放在BGA體的外側(cè)仍不能如實(shí)地反映出BGA焊點(diǎn)處的溫度。因此實(shí)際工作中應(yīng)盡可能地將熱電偶伸入到BGA體下方，并調(diào)節(jié)BGA的焊接溫度使它與其它組件溫度相兼容?！ ?/span>2、雙面板焊接溫度的設(shè)定 早期對(duì)雙面板回流焊接時(shí)，通常要求設(shè)計(jì)人員將器件放在PCB的一側(cè)，而將阻容組件放在另一側(cè)，其目的是防止第二面焊接時(shí)組件在二次高溫時(shí)會(huì)脫落。但隨著布線密度的增大或SMA功能的增多，PCB雙面布有器件的產(chǎn)品越來越多，這就要求我們?cè)谡{(diào)節(jié)爐溫曲線時(shí)，不僅在焊接面設(shè)定熱電偶而且在反面也應(yīng)設(shè)定熱電偶，并做到在焊接面的溫度曲線符合要求的同時(shí)，SMA反面的溫度zui高值不應(yīng)超過錫膏熔化溫度（179℃），見圖4
圖4 雙面板焊接溫度曲線
從圖中看出當(dāng)焊接面的溫度達(dá)到215℃時(shí)反面zui高溫度僅為165℃，未達(dá)到焊膏熔化溫度。此時(shí)SMA反面即使有大的元器件，也不會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。 常見有缺陷的溫度曲線 下列溫度曲線是設(shè)定時(shí)常見的缺陷： 1、活性區(qū)溫度梯度過大 立碑是片式組件常見的焊接缺陷，引起的原因是由于組件焊盤上的錫膏熔化時(shí)潤濕力不平衡，導(dǎo)致組件兩端的力距不平衡故易引起組件立碑。引起立碑的原因有多方面，其中兩焊盤上的溫度不一致是其原因之一。圖5所示的溫度曲線表明活性區(qū)溫度梯度過大，這意味著PCB板面溫度差過大，特別是靠近大器件四周的阻容組件兩端溫度受熱不平衡，錫膏熔化時(shí)間有一個(gè)延遲故易引起立碑缺陷。解決的方法是調(diào)整活性區(qū)的溫度。
圖5 活性區(qū)溫度梯度過大
2、活性區(qū)溫度過低 圖6所示的溫度曲線表明，活性區(qū)溫度過低，此時(shí)易引起錫膏中溶劑得不到充分揮發(fā)，當(dāng)?shù)交亓鲄^(qū)時(shí)錫膏中溶劑受高溫易引起激烈揮發(fā)，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致飛珠的形成?！ ?/span>3、回流區(qū)溫度過高或過低 圖7中曲線1所示的溫度曲線表明回流溫度過高，易造成PCB以及元器件損傷，應(yīng)降低回流區(qū)溫度，而曲線2所示的溫度表明回流溫度過低。此時(shí)焊料雖已熔化，但流動(dòng)性差。焊料不能充分潤濕，故易引起虛焊或冷焊。
圖6 活性區(qū)溫度過低
4、熱電偶出故障 圖8所示溫度曲線，曲線出現(xiàn)明顯抖動(dòng)，曲線如鋸齒狀，這通常是由于用來測(cè)試溫度的熱電偶出現(xiàn)故障?！ 【C上所述，面對(duì)使用的回流爐，當(dāng)測(cè)試溫度曲線時(shí)，應(yīng)對(duì)回流爐的結(jié)構(gòu)、錫膏性能、SMA的大小及元器件的分布等全面了解。首先設(shè)定帶速，然后調(diào)節(jié)溫度，并與理想溫度曲線比較，反復(fù)調(diào)節(jié)，就能得到實(shí)際產(chǎn)品所需要的溫度曲線和滿意的焊接效果。正點(diǎn)~~~~~~~！
紅外回流焊是SMT大生產(chǎn)中重要的工藝環(huán)節(jié)，它是一種自動(dòng)群焊過程，成千上萬個(gè)焊點(diǎn)在短短幾分鐘內(nèi)一次完成，其焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，對(duì)于數(shù)字化的電子產(chǎn)品，產(chǎn)品的質(zhì)量幾乎就是焊接的質(zhì)量。做好回流焊，人們都知道關(guān)鍵是設(shè)定回流爐的爐溫曲線，有關(guān)回流爐的爐溫曲線，許多專業(yè)文章中均有報(bào)導(dǎo)，但面對(duì)一臺(tái)新的紅外回流爐，如何盡快設(shè)定回流爐溫度曲線呢？這就需要我們首先對(duì)所使用的錫膏中金屬成分與熔點(diǎn)、活性溫度等特性有一個(gè)全面了解，對(duì)回流爐的結(jié)構(gòu)，包括加熱溫區(qū)的數(shù)量、熱風(fēng)系統(tǒng)、加熱器的尺寸及其控溫精度、加熱區(qū)的有效長(zhǎng)度、冷卻區(qū)特點(diǎn)、傳送系統(tǒng)等應(yīng)有一個(gè)全面認(rèn)識(shí)，以及對(duì)焊接對(duì)象--表面貼裝組件（SMA）尺寸、組件大小及其分布做到心中有數(shù)，不難看出，回流焊是SMT工藝中復(fù)雜而又關(guān)鍵的一環(huán)，它涉及到材料、設(shè)備、熱傳導(dǎo)、焊接等方面的知識(shí)?！ ”疚膶姆治龅湫偷暮附訙囟惹€入手，較為詳細(xì)地介紹如何正確設(shè)定回流爐溫度曲線，并實(shí)際介紹BGA以及雙面回流焊的溫度曲線的設(shè)定?！ ±硐氲臏囟惹€
圖1 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通過回流爐時(shí)，PCB上某一點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的曲線，它能直觀反映出該點(diǎn)在整個(gè)焊接過程中的溫度變化，為獲得*焊接效果提供了科學(xué)的依據(jù)，從事SMT焊接的工程技術(shù)人員，應(yīng)對(duì)理想的溫度曲線有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，該曲線由四個(gè)區(qū)間組成，即預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)/活性區(qū)、回流區(qū)、冷卻區(qū)，前三個(gè)階段為加熱區(qū)，zui后一階段為冷卻區(qū)，大部分焊錫膏都能用這四個(gè)溫區(qū)成功實(shí)現(xiàn)回流焊。故紅外回流爐均設(shè)有4-5個(gè)溫度，以適應(yīng)焊接的需要?！ 榱思由顚?duì)理想的溫度曲線的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)將各區(qū)的溫度、停留時(shí)間以及焊錫膏在各區(qū)的變化情況，介紹如下： ?。?/span>1）預(yù)熱區(qū) 預(yù)熱區(qū)通常指由室溫升至150℃左右的區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域，SMA平穩(wěn)升溫，在預(yù)熱區(qū)，焊膏中的部分溶劑能夠及時(shí)揮發(fā)，元器件特別是IC器件緩緩升溫，以適應(yīng)以后的高溫。但SMA表面由于元器件大小不一，其溫度有不均勻現(xiàn)象，在預(yù)熱區(qū)升溫的速率通?？刂圃?/span>1.5℃-3℃/sec。若升溫太快，由于熱應(yīng)力的作用，導(dǎo)致陶瓷電容的細(xì)微裂紋、PCB變形、IC芯片損壞，同時(shí)錫膏中溶劑揮發(fā)太快，導(dǎo)致飛珠的發(fā)生。爐子的預(yù)熱區(qū)一般占加熱信道長(zhǎng)度的1/4-1/3，其停留時(shí)間計(jì)算如下：設(shè)環(huán)境溫度為25℃，若升溫速率按3℃/sec計(jì)算則（150-25）/3即為42sec，若升溫速率按1.5℃/sec計(jì)算則（150-25）/ 1.5即為85sec。通常根據(jù)組件大小差異程度調(diào)整時(shí)間以調(diào)控升溫速率在2℃/sec以下為*。 ?。?/span>2）保溫區(qū)/活性區(qū) 保溫區(qū)又稱活性區(qū)，在保溫區(qū)溫度通常維持在150℃±10℃的區(qū)域，此時(shí)錫膏處于熔化前夕，焊膏中的揮發(fā)物進(jìn)一步被去除，活化劑開始激活，并有效地去除焊接表面的氧化物，SMA表面溫度受熱風(fēng)對(duì)流的影響，不同大小、不同質(zhì)地的元器件溫度能保持均勻，板面溫度差△T接近zui小值，曲線形態(tài)接近水平狀，它也是評(píng)估回流爐工藝性的一個(gè)窗口，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(chǎn)生。通常保溫區(qū)在爐子的二、三區(qū)之間，維持時(shí)間約60-120s，若時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致錫膏氧化問題，以致焊接后飛珠增多?！ 。?/span>3）回流區(qū) 回流區(qū)的溫度zui高，SMA進(jìn)入該區(qū)后迅速升溫，并超出錫膏熔點(diǎn)約30℃-40℃，即板面溫度瞬時(shí)達(dá)到215℃-225℃（此溫度又稱之為峰值溫度），時(shí)間約為5-10sec，在回流區(qū)焊膏很快熔化，并迅速潤濕焊盤，隨著溫度的進(jìn)一步提高，焊料表面張力降低，焊料爬至組件引腳的一定高度，形成一個(gè)"彎月面"。從微觀上看，此時(shí)焊料中的錫與焊盤中的銅或金由于擴(kuò)散作用而形成金屬間化合物，以錫銅合金為例，當(dāng)錫膏熔化后，并迅速潤濕銅層，錫原子與銅原子在其界面上互相滲透初期Sn-Cu合金的結(jié)構(gòu)為 Cu6Sn5，其厚度為1-3μ，若時(shí)間過長(zhǎng)、溫度過高時(shí)，Cu原子進(jìn)一步滲透到Cu6Sn5中，其局部組織將由Cu6Sn5轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Cu3Sn合金，前者合金焊接強(qiáng)度高，導(dǎo)電性能好，而后者則呈脆性，焊接強(qiáng)度低、導(dǎo)電性能差，SMA在回流區(qū)停留時(shí)間過長(zhǎng)或溫度超高會(huì)造成PCB板面發(fā)黃、起泡、以致元器件損壞。SMA在理想的溫度下回流，PCB色質(zhì)保持原貌，焊點(diǎn)光亮。在回流區(qū)，錫膏熔化后產(chǎn)生的表面張力能適度校準(zhǔn)由貼片過程中引起的元器件引腳偏移，但也會(huì)由于焊盤設(shè)計(jì)不正確引起多種焊接缺陷，如"立碑"、"橋聯(lián)"等。回流區(qū)的升溫速率控制在2.5-3℃/ sec，一般應(yīng)在25sec-30sec內(nèi)達(dá)到峰值溫度。 ?。?/span>4）冷卻區(qū) SMA運(yùn)行到冷卻區(qū)后，焊點(diǎn)迅速降溫，焊料凝固。焊點(diǎn)迅速冷卻可使焊料晶格細(xì)化，結(jié)合強(qiáng)度提高，焊點(diǎn)光亮，表面連續(xù)呈彎月面狀。通常冷卻的方法是在回流爐出口處安裝風(fēng)扇，強(qiáng)行冷卻。新型的回流爐則設(shè)有冷卻區(qū)，并采用水冷或風(fēng)冷。理想的冷卻曲線同回流區(qū)升溫曲線呈鏡面對(duì)稱分布?！ ≡诖笊a(chǎn)中，每個(gè)產(chǎn)品的實(shí)際工作曲線，應(yīng)根據(jù)SMA大小、組件的多少及品種反復(fù)調(diào)節(jié)才能獲得，從時(shí)間上看，整個(gè)回流時(shí)間為175sec-295sec即3分鐘-5分鐘左右，（不包括進(jìn)入*溫區(qū)前的時(shí)間）?！ 囟惹€的設(shè)定 1、測(cè)試工具： 在開始測(cè)定溫度曲線之前，需要有溫度測(cè)試儀，以及與之相配合的熱電偶，高溫焊錫絲、高溫膠帶以及待測(cè)的SMA，當(dāng)然有的回流爐自身帶有溫度測(cè)試儀，（設(shè)在爐體內(nèi)），但因附帶的熱電偶較長(zhǎng)，使用不方便，不如溫度測(cè)試記錄儀方便。特別這類測(cè)試儀所用的小直徑熱電偶，熱量小、響應(yīng)快、得到的結(jié)果?！ ?/span>2、熱電偶的位置與固定 熱電偶的焊接位置也是一個(gè)應(yīng)認(rèn)真考慮的問題，其原則是對(duì)熱容量大的組件焊盤處別忘了放置熱電偶，見圖2，此外對(duì)熱敏感組件的外殼，PCB上空檔處也應(yīng)放置熱電偶，以觀察板面溫度分布狀況。
圖2 熱電偶的位置
將熱電偶固定在PCB上的方法是采用高溫焊料（Sn96Ag4）焊接在所需測(cè)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效果好。 總之根據(jù)SMA大小以及復(fù)雜成度設(shè)有3個(gè)或更多的電偶。電偶數(shù)量越多，其對(duì)了解SMA板面的受熱情況越全面?！ ?/span>3、錫膏性能 對(duì)于所使用錫膏的性能參數(shù)也是必須考慮的因素之一，首先是考慮到其合金的熔點(diǎn)，即回流區(qū)溫度應(yīng)高于合金熔點(diǎn)的30-40℃。其次應(yīng)考慮錫膏的活性溫度以及持續(xù)的時(shí)間，有條件時(shí)應(yīng)與錫膏供應(yīng)商了解，也可以參考供應(yīng)商提供的溫度曲線。
圖3 BGA溫度測(cè)試點(diǎn)的選擇
4、爐子的結(jié)構(gòu)： 對(duì)于使用的回流爐，應(yīng)首先考察一下爐子的結(jié)構(gòu)?？匆豢从袔讉€(gè)溫區(qū)，有幾塊發(fā)熱體，是否獨(dú)立控溫。熱電偶放置在何處。熱風(fēng)的形成與特點(diǎn)，是否構(gòu)成溫區(qū)內(nèi)循環(huán)，風(fēng)速是否可調(diào)節(jié)。每個(gè)加熱區(qū)的長(zhǎng)度以及加熱溫區(qū)的總長(zhǎng)度。目前使用的紅外回流爐，一般有四個(gè)溫區(qū)，每個(gè)加熱區(qū)有上下獨(dú)立發(fā)熱體。熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)各不相同，但基本上能保持各溫區(qū)獨(dú)立循環(huán)。通常*溫區(qū)為預(yù)熱區(qū)，第二、三溫區(qū)為保溫區(qū)，第四溫區(qū)為回流區(qū)，冷卻溫區(qū)為爐外強(qiáng)制冷風(fēng)，近幾年來也出現(xiàn)將冷卻區(qū)設(shè)在爐內(nèi)，并采用水冷卻系統(tǒng)。當(dāng)然這類爐子其溫區(qū)相應(yīng)增多，以至出現(xiàn)八溫區(qū)以上的回流爐。隨著溫區(qū)的增多，其溫度曲線的輪廓與爐子的溫度設(shè)置將更加接近，這將會(huì)方便于爐溫的調(diào)節(jié)。但隨著爐子溫區(qū)增多，在生產(chǎn)能力增加的同時(shí)其能耗增大、費(fèi)用增多。 5、爐子的帶速： 設(shè)定溫度曲線的*個(gè)考慮的參數(shù)是傳輸帶的速度設(shè)定，故應(yīng)首先測(cè)量爐子的加熱區(qū)總長(zhǎng)度，再根據(jù)所加工的SMA尺寸大小、元器件多少以及元器件大小或熱容量的大小決定SMA在加熱區(qū)所運(yùn)行的時(shí)間。正如前節(jié)所說，理想爐溫曲線所需的焊接時(shí)間約為3-5分鐘，因此不難看出有了加熱區(qū)的長(zhǎng)度，以及所需時(shí)間，就可以方便地計(jì)算出回流爐運(yùn)行速度。 各區(qū)溫度設(shè)定： 接下來必須設(shè)定各個(gè)區(qū)的溫度，通常回流爐儀表顯示的溫度僅代表各加熱器內(nèi)熱電偶所處位置的溫度，并不等于SMA經(jīng)過該溫區(qū)時(shí)其板面上的溫度。如果熱電偶越靠近加熱源，顯示溫度會(huì)明顯高于相應(yīng)的區(qū)間溫度，熱電偶越靠近PCB的運(yùn)行信道，顯示溫度將越能反應(yīng)區(qū)間溫度，因此可打開回流爐上蓋了解熱電偶所設(shè)定的位置。當(dāng)然也可以用一塊試驗(yàn)板進(jìn)行模擬測(cè)驗(yàn)，找出PCB上溫度與表溫設(shè)定的關(guān)系，通過幾次反復(fù)試驗(yàn)，zui終可以找出規(guī)律。當(dāng)速度與溫度確定后，再適當(dāng)調(diào)節(jié)其它參數(shù)如冷卻風(fēng)扇速度，強(qiáng)制空氣或N2流量，并可以正式使用所加工的SMA進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)果與理論溫度曲線相比較或與錫膏供應(yīng)商提供的曲線相比較。并結(jié)合環(huán)境溫度、回流峰值溫度、焊接效果、以及生產(chǎn)能力適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)。zui后將爐子的參數(shù)記錄或儲(chǔ)存以備后用。雖然這個(gè)過程開始較慢和費(fèi)力，但zui終可以以此為依據(jù)取得熟練設(shè)定爐溫曲線的能力。 兩種典型的溫度曲線設(shè)定 1、BGA焊接溫度的設(shè)定 BGA是近幾年使用較多的封裝器件，由于它的引腳均處于封裝體的下方，因?yàn)楹更c(diǎn)間距較大（1.27mm）焊接后不易出現(xiàn)橋連缺陷，但也帶來一些新問題，即焊點(diǎn)易出現(xiàn)空洞或氣泡，而在QFP或PLCC器件的焊接中，這類缺陷相對(duì)的要少得多。就其原因來說這與BGA焊點(diǎn)在其下方陰影效應(yīng)大有關(guān)。故會(huì)出現(xiàn)實(shí)際焊接溫度比其它元器件焊接溫度要低的現(xiàn)狀，此時(shí)錫膏中溶劑得不到有效的揮發(fā)，包裹在焊料中。圖3為實(shí)際測(cè)量到的BGA器件焊接溫度?！ D中，*根溫度曲線為BGA外側(cè)，第二根溫度曲線為BGA焊盤上，它是通過在PCB上開一小槽，并將熱電偶伸入其中，兩溫度上升為同步上升，但第二根溫度曲線顯示出的溫度要低8℃左右，這是BGA體積較大，其熱容量也較大的緣故，故反映出組件體內(nèi)的溫度要低，這就告訴我們，盡管熱電偶放在BGA體的外側(cè)仍不能如實(shí)地反映出BGA焊點(diǎn)處的溫度。因此實(shí)際工作中應(yīng)盡可能地將熱電偶伸入到BGA體下方，并調(diào)節(jié)BGA的焊接溫度使它與其它組件溫度相兼容?！ ?/span>2、雙面板焊接溫度的設(shè)定 早期對(duì)雙面板回流焊接時(shí)，通常要求設(shè)計(jì)人員將器件放在PCB的一側(cè)，而將阻容組件放在另一側(cè)，其目的是防止第二面焊接時(shí)組件在二次高溫時(shí)會(huì)脫落。但隨著布線密度的增大或SMA功能的增多，PCB雙面布有器件的產(chǎn)品越來越多，這就要求我們?cè)谡{(diào)節(jié)爐溫曲線時(shí)，不僅在焊接面設(shè)定熱電偶而且在反面也應(yīng)設(shè)定熱電偶，并做到在焊接面的溫度曲線符合要求的同時(shí)，SMA反面的溫度zui高值不應(yīng)超過錫膏熔化溫度（179℃），見圖4
圖4 雙面板焊接溫度曲線
從圖中看出當(dāng)焊接面的溫度達(dá)到215℃時(shí)反面zui高溫度僅為165℃，未達(dá)到焊膏熔化溫度。此時(shí)SMA反面即使有大的元器件，也不會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。 常見有缺陷的溫度曲線 下列溫度曲線是設(shè)定時(shí)常見的缺陷： 1、活性區(qū)溫度梯度過大 立碑是片式組件常見的焊接缺陷，引起的原因是由于組件焊盤上的錫膏熔化時(shí)潤濕力不平衡，導(dǎo)致組件兩端的力距不平衡故易引起組件立碑。引起立碑的原因有多方面，其中兩焊盤上的溫度不一致是其原因之一。圖5所示的溫度曲線表明活性區(qū)溫度梯度過大，這意味著PCB板面溫度差過大，特別是靠近大器件四周的阻容組件兩端溫度受熱不平衡，錫膏熔化時(shí)間有一個(gè)延遲故易引起立碑缺陷。解決的方法是調(diào)整活性區(qū)的溫度。
圖5 活性區(qū)溫度梯度過大
2、活性區(qū)溫度過低 圖6所示的溫度曲線表明，活性區(qū)溫度過低，此時(shí)易引起錫膏中溶劑得不到充分揮發(fā)，當(dāng)?shù)交亓鲄^(qū)時(shí)錫膏中溶劑受高溫易引起激烈揮發(fā)，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致飛珠的形成?！ ?/span>3、回流區(qū)溫度過高或過低 圖7中曲線1所示的溫度曲線表明回流溫度過高，易造成PCB以及元器件損傷，應(yīng)降低回流區(qū)溫度，而曲線2所示的溫度表明回流溫度過低。此時(shí)焊料雖已熔化，但流動(dòng)性差。焊料不能充分潤濕，故易引起虛焊或冷焊。
圖6 活性區(qū)溫度過低
4、熱電偶出故障 圖8所示溫度曲線，曲線出現(xiàn)明顯抖動(dòng)，曲線如鋸齒狀，這通常是由于用來測(cè)試溫度的熱電偶出現(xiàn)故障?！ 【C上所述，面對(duì)使用的回流爐，當(dāng)測(cè)試溫度曲線時(shí)，應(yīng)對(duì)回流爐的結(jié)構(gòu)、錫膏性能、SMA的大小及元器件的分布等全面了解。首先設(shè)定帶速，然后調(diào)節(jié)溫度，并與理想溫度曲線比較，反復(fù)調(diào)節(jié)，就能得到實(shí)際產(chǎn)品所需要的溫度曲線和滿意的焊接效果。正點(diǎn)~~~~~~~！
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