无铅焊接工艺温度曲线
无铅手工焊接工艺分析
第一步准备施焊 中， 所要焊 接的焊 盘仍处于室温 ， 仅 是烙
焊 盘温度状 态如图 ４所示 。 度 要 比焊 料 的 熔 点 高 出 ４ Ｏ ℃， 焊 接 时保 持 这 个 温 度 ３ － ５秒 ， 其 铁头达到预设 的温度 ，
（ ３ ） 电烙铁加热设定温度。无铅焊料的焊接 ， 烙铁 的设定 温度应采用低端温度 。 温度 的设定要根据被焊元件 的耐热性、 焊接部位吸收热量成度等因素进行设定 。
２ ０ ０
Ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６
—
胁 ｃ
。 。
Ｃ ３ ０
Ｐ Ｃ Ｂ损 坏温度 区， 温度 为 ３ ０ ０ ＂ （ ２ 左右 ， 焊点达到这个温度
１ ０ ０
会造成 Ｐ Ｃ Ｂ焊盘损坏； 元器件损坏温度 区， 温度为 ２ ６ ０ ＂ １ ２ 左右 ， 焊点 达到这个温度会造成元件损坏； 回流焊接温度 区： 虚 线为
料对整个工 艺的可操作性、 可靠性等方面起 着决定性 的作用， 工艺窗口的缩 小给工艺人员带来很大的挑战， 同时焊接温 无铅焊料与有铅焊料 Ｓ ｎ ６ ３ Ｐ ｂ ３ ７相比有 不同特性 。图 １中分 度的提 高也对焊接工艺提 出了更高的要求 。手工焊接 的主要 别是锡铅焊料与无铅焊料的手工焊 接工 艺窗 口。 工具是电烙铁 ， “ 工欲 善其事 ， 必先利其器” ， 要提 高无铅手工
焊锡熔 点温度 ； 助焊剂活化 区， 为该 区域的下半部分。
０
一
— ： 时 间 ２ ｊ ｓ
图 ２理 接 工艺窗 口
从图 ｌ 可知 ， Ｐ ｂ ． ｓ ｎ 焊料的回流焊接温度为 ２ ｌ ５ ℃． ２ ３ ０ ℃， 无 铅回流焊 接温度为 ２ ４ ５ ＂ Ｃ－ ２ ５ ５ ￣ Ｃ 左右 。若 以元器件损坏温
SMT焊接核心工艺-完美炉温工艺曲线理论-分析
SMT焊接核心工艺-完美炉温工艺曲线理论-分析SMT焊接核心工艺温度曲线 Profile：SMT生产流程中，回流炉参数设置是影响焊接质量的关键，理想的温度曲线为回流炉参数的设置提供准确的理论依据，在大多数情况下，温度的分布受组装电路板的特性、焊膏特性和所用回流炉能力的影响。
温度曲线分区情况：1：预热区（又名：升温区）2：恒温区（保温区/活性区）3：回流区（焊接）4 ：泠却区（固化）对于smt无铅回流焊来说温度曲线的调整是个技术复杂难题，这个温度曲线一般的锡膏厂家在都会提供一个参考的曲线，由于smt回流焊千差万别导致很难达到他们参考炉温曲线的焊接效果，不光要知道回流焊炉温曲线该怎么调节还要知道锡膏和回流焊炉的作用原理。
下一节我們一起探討讲解一下smt无铅回流焊温度曲线。
典型：无铅炉温曲线（熱風迴焊爐温度曲线图）SMT焊接核心工艺温度曲线理论：曲线分成4个区域，首先得到PCB在通过回流焊时某一个区域所经历的时间。
这里我们阐明另一个概念“斜率①”。
用PCB通过回流焊某个区域的时间除以这个时间段内温度变化的绝对值，得到的值即为“斜率”。
引入斜率的概念是为了表示PCB受热后升降温的速率，是温度曲线中最重要的工艺参数之一。
PCB上所有电子元器件通过加热一次性完成焊接，SMT品质绝对是为获得优良的焊接质量。
对于一款新产品、新炉子、新锡膏，如何快速设定回流焊温度曲线？需要我们对温度曲线的概念和锡膏焊接原理有基本的认识。
本文以最常用的无铅锡膏Sn96.5Ag3.0Cu0.5锡银铜合金为例，介绍理想的回流焊温度曲线设定方案和分析其原理。
如图一：图一 SAC305无铅锡膏温度曲线图图中黄、橙、绿、紫、蓝和黑6条曲线即为温度曲线。
构成曲线的每一个点代表了对应PCB上测温点在过炉时相应时间测得的温度。
随着时间连续的记录即时温度，把这些点连接起来，就得到了连续变化的曲线。
可以看做PCB上测试点的温度在炉子内随着时间变化过程。
单波无铅波峰焊温度曲线
单波无铅波峰焊温度曲线
无铅波峰焊温度曲线通常包括以下几个阶段：
预热阶段：这是焊接过程的开始，目的是使电路板和组件逐渐升温，以防止热冲击。
在这个阶段，温度通常在100√150摄氏度之间。
湿润阶段：这个阶段的目的是使焊锡膏充分熔化，并使其流动到焊接区域。
在这个阶段，温度通常在150∙200摄氏度之间。
保持阶段：这个阶段的目的是使焊锡膏在焊接区域内充分扩散，形成良好的焊接接头。
在这个阶段，温度通常在200-250摄氏度之间。
峰值阶段：这是焊接过程的最后阶段，目的是使焊接接头充分固化。
在这个阶段，温度通常在250-300摄氏度之间。
以上温度只是一般的参考，具体的温度曲线需要根据实际的电路板材料、组件类型、焊锡膏的种类等因素进行调整。
焊接温度标准
版次：V1拟制:冯俊泽审核:批准:锡铅合金回流炉温曲线标准(Sn63/Pb37)最高温度230℃以下预热时间(70±20秒)预热温度范围(140~160℃)回流焊接时间(20~40秒)200℃以上版次：V3胶水固化炉温曲线标准90-150秒适用红胶规格：1、LOCTITE 3482、SOMAR IR-130拟制: 王玉洁审核:批准:版次：V2拟制:王玉洁审核:批准:(高熔点)无铅回流焊炉温曲线标准(Sn-3.0Ag-0.5Cu)①热容量小的部品(上限)②热容量大的部品(下限)回流预热冷却T ＝10℃之内0(秒)230℃245℃版次：V2拟制:王玉洁审核:批准:35±10Sec 是表示从进板到开始预热的时间90±30Sec 是表示预热从130°到达150°的时间25Sec 以下是表示从150°到达200°的时间30±10Sec 是表示保持200°的时间最高温度230℃以下35±10秒预热温度范围(130~150℃)200℃以上15013020023090±30秒25秒以下30±1010040秒以下无铅回流焊炉温曲线标准(Sn-8Zn-3Bi)特别要求:最大热容量部品与最小热容量部品最高温度的温差控制在10℃之内40Sec 以下是表示冷却从200°降至100°的时间版次：V1拟制:管群英审核:批准:①热容量小的部品(上限) ②热容量大的部品(下限)回流预热冷却T ＝10℃之内0(秒)250235MP4/I-REC 无铅回流焊炉温曲线标准(Sn-3.0Ag-0.5Cu)。
BGA曲线表
BGA曲线表笔者收集编辑了各种BGA芯片的焊接数据与不同格式的表格，希望对大家有帮助。
无铅南北桥曲线六段温度曲线有铅不得超过180度，第六段就等于是融化温度了，那么我们要求能达到205度到215度直接，无铅前四段控制在185度以下，在第六段，我们要求无铅的正常工艺温度是235度到245度之间。
以上所指的温度均属于测温线测量的温度值，当测量温度偏低，或者偏高，我们就适当的去修改我们所设置的温度：例如有铅，我前面四段温度测量为195度，那么我们前期的温度就偏高，可以把第3段的180度，改为170，第四段上下也跟着降低10度，这样，温度大概能符合我们的范围，假如我们测试的最高温度，也就是前面所说的，第6段要求能达到205-215度之间，那么测试结果高于这个温度，假如测量值为225度，那么我们可以把第六段的时间缩短10秒，把下部的高温段降低10度，大概也能符合我们的焊接要求了，所以，我们在进行测试，是很重要的。
高就降，低就加。
在个人维修市场中，发现最多的就是因为受潮引起的BGA损坏，如果有这种情况,我们这么解决,一般我们是将上部的温度尽量设低,一般有铅不超过215,无铅不超过225。
CPU座子除外。
希望大家能多提出来对温度曲线的不足，我好进行完善。
以上温度为参考温度。
有些机器需要设置斜率，那么我们像触摸屏的设置成100，表头的设置99。
99最大值就好了。
BGA焊接可分为以下几个温区（无铅焊接）1.预热区, 2.保温段, 3.升温段, 4.焊接段, 5.焊接段2, 6.降温段升温斜率必须＜3℃/秒温的曲线的获取需参考：焊锡特性（一般供应商都会提供焊锡特性报告，含温度曲线）、零件特性（购买芯片时厂商会提供零件SPEC，含BGA焊接曲线）、IPC电子元器件返修国际标准（如IPC-7095B）符合了上述条件才是最佳的温度曲线，BGA返修不仅仅是熔锡了即可，熔锡的时间也很关键！这与焊接的品质息息相关！降温段降温斜率不可超过5℃/秒。
无铅焊接工艺温度曲线
无铅回流焊接工艺温度曲线冷却速率至关重要作者:Ursula Marquez,工艺研究工程师和Denis Barbini博士，高级技术经理，维多利绍德（Vitronics Soltec）有限公司良好可控的回流工艺影响焊接质量。
对无铅焊接，各种不同的回流参数及工艺、材料与成品率和质量的关系，再次成为今天研究的主题。
由于现在的强制对流回流炉子的设计可以获得并控制很好的热稳定性和一致性,许多问题已经可以得到回答或解决，比如最高温度对零件可靠性的影响,如何降低回流最高温的要求,焊料成份的影响,减小ΔT的重要性,焊料在液态的滞留时间,以及焊料和助焊剂的匹配兼容性，等。
但是人们通常忽略了对冷却速率在焊接质量和成品率影响的研究和评估。
传统电子组装的冷却仅仅强调PCB板子的出炉温度和快速的回流回流速度，当无铅材料出现的时候,这个问题又被重新拿出来讨论。
最近的研究显示冷速率影响了焊接的微细构造的形成和最终焊接质量。
更快的冷却速率被采纳和应用，还因为快冷却速率的好处包括降低出炉温度,降低PCB板子、板子的镀层、热敏感性元器件、助焊剂和焊料在高温的时间, 减少金属化合物的形成。
然而，人们仍然面临这样的矛盾，即比较慢的冷却率可以减少不同热膨胀或热容量系数材料中的内应力。
这份报告研究和阐述了冷却的速率在回流工艺中的重要影响。
其中描述了冷却过程中焊接剪切力及微观组织的变化趋势，和不同板子的焊接表面材料对焊接力的影响。
为发展复杂无铅工艺找到了几把钥匙。
实验研究使用了一个标准的有可控冷却系统的回流炉。
板子是一块放满元器件的中等尺寸的板子(33cmx40.6cm,1.25kg)。
当三个冷却区被配置达到慢的和快速的冷却率的时候,加热部分的温度曲线保持不变。
温度测量使用了一个标准的数据装置和新的标准的热电偶。
用紫外线可修整的粘胶把热电偶粘在二个代表板子最冷的和最热的位置的器件上。
先前就对这些元器件做过了一些评估。
无铅回流曲线的冷却斜率是以最高温度和200°C之间来计算取值的。
回流焊温度曲线
冷却区：温度由Tmax～180℃，温度下降速率最大不能超过4℃/s。
温度从室温25℃升温到250℃时间不应该超过6分钟。
该Hale Waihona Puke 流焊曲线仅为推荐值，客户端需根据实际生产情况做相应调整。
回流时间以30～90s为目标，对于一些热容较大无法满足时间要求的单板可将回流时间放宽至120s。
无铅回流焊接工艺曲线，如下图
无铅回流焊工艺参数，如下表
区域
时间
升温速率
峰值温度
降温速率
预热区（室温～150℃）
60～150s
≤2.0℃/s
均温区（150～200℃）
60～120s
＜1.0℃/s
回流区（＞217℃）
60～90s
230-260℃
冷却区（Tmax～180℃）
1.0℃/s≤Slope≤4.0℃/s
说明：
预热区：温度由室温～150℃，温度上升速率控制在2℃/s左右，该温区时间为60～150s。
均温区：温度由150℃～200℃，稳定缓慢升温，温度上升速率小于1℃/s，且该区域时间控制在60~120s（注意：该区域一定缓慢受热，否则易导致焊接不良）。
回流区：温度由217℃～Tmax～217℃，整个区间时间控制在60～90s。
无铅制程回流炉炉温曲线标准
无铅制程回流围:
适用无铅产品系列机种。
2.0 测量仪器:
测温仪。
3.0 参考文件:
参考无铅制程相关温度曲线标准。
4.0 锡膏产品温度设置
4.1 预热区:由室温到120℃,升温率V1-3℃/sec。
44..32 回 恒峰 温区区::温120度℃t>～212800℃℃,时,时间间3为0秒60至～6900秒秒 。
4.4 PCB表面温度≦250℃。
44..65 冷 QF却P引区脚:降温度为220℃～240℃(QFP Lead)。 温率V≦3℃
编号:
版本:A/0 批工准程/ 编号：SMT-07 日期:
224500℃℃ 222200℃℃ 128000℃℃
112400℃℃
1-3℃/S
5.0 注意事项
60～90秒 ≤
30～60秒
≤3℃/S
TIIMME
5.1 测温次数,每一天一次(同一类型板24小时);换不同类型板时,需重新测温确
认,并填写<<回流炉温度记录表>>。
5.2 如客户特殊要求时,按客户要求作业。
5.3 非工程人员不得善自更改温度或测回流炉曲线。
ITSMT001
无铅锡膏回流焊温度曲线与焊接原理
无铅锡膏回流焊温度曲线与焊接原理针对目前应用广泛的无铅锡膏，本文探讨无铅锡膏回流焊温度曲线的工艺要求及设置方法，并简明阐述锡膏回流焊的基本原理。
回流焊是SMT表面组装的核心工艺。
SMT生产中的电路设计、锡膏印刷、元器件装配，最终都是为了焊接成PCB成品。
所有的不良都将在回流焊之后表现出来。
而SMT 生产中的大部分工艺控制都是为了得到高直通率的品质结果，若回流焊温度曲线没有设置好，前段的所有品质管控都失去了意义。
所以，正确设置回流焊温度，实现温度曲线的最优化，是所有SMT产线工艺控制中的重中之重。
图一图一为典型的Sn96.5Ag3.0Cu0.5合金传统无铅锡膏温度曲线。
A为升温区，B为恒温区（浸润区），C为熔锡区。
260S后为冷却区。
升温区A,目的是快速使PCB板升温到助焊剂激活温度。
在45-60秒左右从室温升温至150℃左右，斜率应在1到3之间。
升温过快容易发生坍塌导致锡珠、桥接等不良产生。
恒温区B，从150℃至190℃平缓升温，时间以具体的产品要求为依据，控制在60到120秒左右，充分发挥助焊溶剂的活性，去除焊接面氧化物。
时间过长，则易出现活化过度，影响焊接品质。
在此阶段中，助焊溶剂中的活性剂开始起作用，松香树脂开始软化流动，活性剂随松香树脂在PCB焊盘和零件焊接端面扩散和浸润，并与焊盘和零件焊接面表面氧化物反应，清洁被焊接表面并去除杂质。
同时松香树脂快速膨胀在焊接表面外层形成保护膜与隔绝与外界气体接触，保护焊接面不再发生氧化。
设置充足的恒温时间，目的是让PCB焊盘与零件再回流焊接前达到一致的温度，减少温差，因为PCB 上面贴装的不同零件吸热能力有很大的区别。
防止回焊时的温度不均衡造成品质问题，如立碑、虚焊等不良。
恒温区升温太快，锡膏中助焊剂就会迅速膨胀挥发，产生气孔、炸锡、锡珠等各种品质问题。
而恒温时间过长，则会使助焊溶剂过度挥发，在回流焊接时失去活性和保护功能，造成虚焊、焊点残留物发黑、焊点不光亮等等一系列不良后果。
无铅锡膏4258回焊温度曲线图
无铅锡膏回焊温度曲线图[Sn42/Bi58]以下是我们建议的热风回流焊工艺所采用的温度曲线，可以用作回焊炉温度设定之参考。
该温度曲线可有效减少锡膏的垂流性以及锡球的发生，对绝大多数的产品和工艺条件均适用。
温度 (0℃) 时间(sec)A. 预热区（加热通道的25~33%）在预热区，焊膏内的部分挥发性溶剂被蒸发，并降低对元器件之热冲击：*要求：升温速率为1.0~3.0℃/秒；*若升温速度太快，则可能会引起锡膏的流移性及成份恶化，造成锡球及桥连等现象。
同时会使被焊件承受过大的热应力而受损。
B. 浸濡区（加热通道的28~45%）在该区助焊开始活跃，化学清洗行动开始，并使被焊件在到达回焊区前各部温度均匀。
*要求：温度：110~130℃时间：2.5~3.5 分钟升温速度：＜2℃/秒C. 回焊区锡膏中的金属颗粒熔化，在液态表面张力作用下形成焊点表面。
* 要求：最高温度：160~180℃时间：138℃以上1.5~2.0 分钟（Important）。
* 若峰值温度过高或回焊时间过长，可能会导致焊点变暗、助焊剂残留物碳化变色、被焊件受损等。
* 若温度太低或回焊时间太短，则可能会使焊料的润湿性变差而不能形成高品质的焊点，具有较大热容量的被焊件的焊点甚至会形成虚焊。
D. 冷却区离开回焊区后，被焊件进入冷却区，控制焊点的冷却速度也十分重要，焊点强度会随冷却速率增加而增加。
* 要求：降温速率＜4℃冷却终止温度最好不高于55℃* 若冷却速率太快，则可能会因承受过大的热应力而造成被焊件受损，焊点有裂纹等不良现象。
* 若冷却速率太慢，则可能会形成较大的晶粒结构，影响焊点光亮度，且使焊点强度变差或元件移位。
注：¾上述温度曲线是指焊点处的实际温度，而非回焊炉的设定加热温度（不同）¾上述回焊温度曲线仅供参考，可作为使用者寻找在不同制程应用之最佳曲线的基础。
实际温度设定需结合被焊件性质、元器件分布状况及特点、设备工艺条件等因素综合考虑，事前不妨多做试验，以确保曲线的最佳化。
SMT炉温标准曲线
版次：V1拟制:审核:批准:锡铅合金回流炉温曲线标准(Sn63/Pb37)最高温度230℃以下预热时间(70±20秒)预热温度范围(140~160℃)回流焊接时间200℃以上版次：V3胶水固化炉温曲线标准90-150秒适用红胶规格：1、LOCTITE 3482、SOMAR IR-130拟制:审核:批准:版次：V2拟制:审核:批准:无铅回流焊炉温曲线标准(Sn-3.0Ag-0.5Cu)①热容量小的部品(上限) ②热容量大的部品(下限)回流预热冷却T ＝10℃之内(秒)版次：V2拟制:审核:批准:35±10Sec 是表示从进板到开始预热的时最高温度230℃以下35±10秒预热温度范围(130~150℃)200℃以上15013020023090±30秒25秒以下30±1010040秒以下无铅回流焊炉温曲线标准(Sn-8Zn-3Bi)特别要求:最大热容量部品与最小热容量部品最高温度的温差控制在10℃之内90±30Sec是表示预热从130°到达150°的时间25Sec以下是表示从150°到达200°的时间30±10Sec是表示保持200°的时40Sec以下是表示冷却从200°降至100°的时间版次：V1T＝10℃之内250235MP4/I-REC无铅回流焊炉温曲线标准(Sn-3.0Ag-0.5Cu)拟制:审核:批准:①热容量小的部品(上限) ②热容量大的部品(下限)(秒)。
无铅波峰焊温度曲线
无铅波峰焊温度曲线
无铅波峰焊温度曲线是用来描述无铅波峰焊过程中温度的变化规律的曲线。
波峰焊是一种常用的表面贴装技术，通过在电路板上加热焊接区域使焊膏熔化并与元件进行焊接。
无铅波峰焊温度曲线一般分为预热区、回流区和冷却区三个阶段。
1. 预热区：温度从室温升至焊膏的液态温度，一般为100-150摄氏度。
在这个阶段，焊膏中的挥发物和溶剂会蒸发并迅速排出，为后续的焊接工艺做准备。
2. 回流区：温度上升到焊膏的熔点温度，一般为220-250摄氏度。
在这个阶段，焊膏完全熔化并变为液体状态，焊接区域达到最高温度。
焊接完成后，焊盘和元件之间的液态焊膏通过表面张力作用形成焊点。
3. 冷却区：温度逐渐降低，焊膏冷却固化。
在这个阶段，焊点会逐渐凝固，固化为可靠的电连接。
无铅波峰焊温度曲线的形状和参数可以根据具体的焊接材料和工艺要求进行调整。
通过合理的温度曲线设计，可以保证焊接质量和可靠性，避免焊接过热或不完全熔化等问题的发生。
国家标准-》无铅波峰焊接通用工艺规范
国家标准-》无铅波峰焊接通用工艺规范ICS 31(180L 30 备案号:23055--2008 J国中华人民共和国机械行业标准JB,T 7488—20087488—1 994 代替JB,T无铅波峰焊接通用工艺规范for lead-free General technological specification wavesoldering 2008(07(0 1实施 2008(02(0 1发布员会发布中华人民共禾口国国家发展和改革委JB，r 7488-一2008目次前言( ( ( ( (( ( ((( (( ( ( ( (( ( ( ( (( ( (( ( ( IIl1 范[1| ( ( (( ( ( ( ( (( ( (((12规范性引用文件 ( ( ((1 3术语和定义 ( ((1 4无铅波峰焊接工艺要求?? 3 4(1无铅波峰焊对无铅焊料、印制电路板等关键原材料的要求 3 4(2无铅工艺对波峰焊设备的要求一5 5无铅波峰焊接的工艺流程和工艺控制 (5 5(1无铅波峰焊接的一般工艺流程 ( ( ( 5 5(2无铅波峰焊接的工艺控制 6 6无铅波峰焊接电子组装件产品的质量检验 7 6(1 无铅波峰焊接电子组装件的焊接质量要求 7 6(2无铅波峰焊接焊点的质量要求 7 附录A(资料性附录)无铅波峰焊接常见的主要缺陷11 与对策1A(1焊料球 ( (I1A(2桥连 ( ( (( ( ( ( (1A(3漏焊(不润湿) ( ( ( 12 A(4拉尖 ( ( ( ( ( ( ( 12A(5焊缝起翘与焊盘起翘 ( ( ( ( 13 A(6表面粗糙与裂纹， 14 图1无铅波峰焊接温度曲线示意图 7 图2无铅焊点的润湿角示意图 8图4满足可接受条件的金属化孔图3满足目标条件的金属化孔填充 8填充 ((8 图5 iL壁表面的焊锡润湿不良 ( (9 图6满足目标条件一1，2，( (9 图7满足可接受条件一1，3级2，3级 10网8满足1级要求，2，3级为缺陷一10I 图A(1元件上的焊料球 (1 图A(2器件引脚间的焊料球 I】图A(3元件端头问的桥连 12 图A 4器件引脚之问的桥连 ((125 图A E?制电路板焊盘无焊料 12 图A(6元件端头无焊料 12 图A(7元件端头焊料拉尖 13 图A(8印制电路板焊盘焊料拉尖 13 图A(9焊料与焊盘问局部翘起13 图A(10 焊料与焊盘问翘起 ( 13(IB厂r 7488--20081 图A(1 焊盘与印制电路板之间分离 (13 图A(12无铅焊点表面上的粗糙与裂纹 (14 表1在电子产品生产中推荐使用下列的无铅焊料合金 3 表2无铅印制电路板焊盘表面镀(涂)( 一4 表3无铅元器件焊端表面镀层层4表4带引脚的金属化孔一焊接最低可接受条件 9 表5检查用的放大倍数(焊盘宽度) 10117488--2008 JB,T舀刚本标准代替JB,T 7488一1994《波峰焊工艺规范》。
016 无铅炉温曲线设定规范作业指导书
一、目的：规定本公司SMT所有热风回流焊炉温曲线的设定标准和测量方法。
二、范围： 适应于本公司VITRONICS回流炉。
三、职责： SMT工程人员负责回焊炉炉温曲线的设定和规范四、所需工具：PROFILE 测试仪、热偶线、测量PROFILE 专用PCBA 实板、手套；专用锡膏资料等 1.炉温曲线的各段要求可参考锡膏资料2 .所有的炉温曲线必须以真实的PCB 板测量,同时产品标准炉温曲线的设定要以产品试产时反馈为准。
3.通用标准：无铅锡膏回流焊接时的炉温曲线要求： 3.1 保持PREHEAT 140-190°C 即预热区的时间为90-130秒 3.2 保持回流区220°C 以上的时间为30-50秒 3.3 保持PEAK TEMPERATURE 在235-250°C 之间3.4 特殊要求: 生产过程中根据产品的品质质量反馈或做适当调整，如客户有指定标准则遵照执行。
日 期：2013-8-6批 准：页 码： 第 1 页生效日期：2013-8-6五、炉温曲线的设定标准：深圳市渴望通信有限公司作业指导书无铅炉温曲线设定规范产品型号： 回流炉文件编号：WI-GC-016工 序： 回流焊接拟 制：版 本： A/0审 核：六、注意事项：1. 每天开机后或者转线都要对炉温进行测试并打印炉温曲线图；2. 每天24小时内必须进行一次炉温测试；3. 炉温曲线的更改必须由SMT 工程人员操作。
220℃217℃无铅炉温曲线设定规范深圳市渴望通信有限公司作业指导书200250℃190℃140℃160140120806040180210240270300260240220200180页 码： 第 2 页生效日期：2013-8-6最高温度235-250℃30-60秒90-130秒306090120150工 序： 回流焊接拟 制：版 本： A/0审 核：日 期：2013-8-6批 准：产品型号： 回流炉文件编号：准：616制：核：6制： 核：准：。
LED灯珠无铅回流焊接工艺曲线设定
LED灯珠无铅回流焊接工艺曲线设定讨论了3014LED灯珠基于95.5Sn3.8Ag0.7Cu无铅焊料的回流焊工艺。
重点绘制了无铅回流焊接工艺曲线，分析了无铅回流焊工艺升温预热区、焊接区（回流区）和冷却區等各阶段所受温度的影响及其可能引起的不良后果，为LED灯珠无铅回流焊接工艺提供参考。
标签：LED灯珠；无铅回流焊；温度曲线被誉为第四代新型照明LED光源的出现，使得各种LED产品的应用越来越广泛，如LED灯、LED显示屏等。
目前，小型化LED产品的生产大多是基于传统的表面贴装技术（SMT），锡膏回流焊接是SMT关键工艺。
以锡铅（Sn-Pb）合金作为主要焊料的锡膏，因其熔融温度低、流动性、可焊性和润湿性优良等优点被广泛应用[1]。
随着人类对环境保护的关注，广泛使用的LED产品贴装也越来越趋向于无铅化。
研究[2]表明无铅回流焊接较Sn-Pb合金回流焊相比具有焊料熔点高、焊接工艺窗口小、润湿性差等缺点。
LED灯珠规格众多，目前针对其无铅回流焊接工艺的研究报道较少，文中以长方3014LED灯珠为研究对象，讨论与其适合的无铅回流焊接工艺，以获得较好焊接效果。
1 LED灯珠及无铅锡膏的选用文中选用深圳长方集团出品的长方3014LED灯珠，市面上有售。
锡膏为较成熟的无铅焊料95.5Sn3.8Ag0.7Cu[3]锡膏，Sn-Ag-Cu系[4]合金焊料熔点在217℃附近，润湿性良好，抗热疲劳性能、化学性能均能满足LED灯珠等细间距电子元件的焊接，能有效避免桥接缺陷的出现，可获得与Sn-Pb系合金相媲美的焊点力学性能。
2 3014LED灯珠无铅回流焊温度曲线的确定借鉴Sn-Pb合金回流焊的典型温度曲线，目前工业上采用较多的无铅回流焊温度曲线主要有梯形温度曲线和渐升式温度曲线[5]。
结合典型的温度曲线，针对3014LED灯珠的特点和无铅焊料95.5Sn3.8Ag0.7Cu的性能，设计了回流温度曲线，如图1所示。
图1 无铅合金95.5Sn3.8Ag0.7Cu常规温度（实际焊点温度）曲线2.1 预热区预热区又可分为3个亚区，分别为升温区、保温区和快速升温区。
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无铅回流焊接工艺温度曲线冷却速率至关重要作者:Ursula Marquez,工艺研究工程师和Denis Barbini博士，高级技术经理，维多利绍德（Vitronics Soltec）有限公司良好可控的回流工艺影响焊接质量。
对无铅焊接，各种不同的回流参数及工艺、材料与成品率和质量的关系，再次成为今天研究的主题。
由于现在的强制对流回流炉子的设计可以获得并控制很好的热稳定性和一致性,许多问题已经可以得到回答或解决，比如最高温度对零件可靠性的影响,如何降低回流最高温的要求,焊料成份的影响,减小ΔT的重要性,焊料在液态的滞留时间,以及焊料和助焊剂的匹配兼容性，等。
但是人们通常忽略了对冷却速率在焊接质量和成品率影响的研究和评估。
传统电子组装的冷却仅仅强调PCB板子的出炉温度和快速的回流回流速度，当无铅材料出现的时候,这个问题又被重新拿出来讨论。
最近的研究显示冷速率影响了焊接的微细构造的形成和最终焊接质量。
更快的冷却速率被采纳和应用，还因为快冷却速率的好处包括降低出炉温度,降低PCB板子、板子的镀层、热敏感性元器件、助焊剂和焊料在高温的时间, 减少金属化合物的形成。
然而，人们仍然面临这样的矛盾，即比较慢的冷却率可以减少不同热膨胀或热容量系数材料中的内应力。
这份报告研究和阐述了冷却的速率在回流工艺中的重要影响。
其中描述了冷却过程中焊接剪切力及微观组织的变化趋势，和不同板子的焊接表面材料对焊接力的影响。
为发展复杂无铅工艺找到了几把钥匙。
实验研究使用了一个标准的有可控冷却系统的回流炉。
板子是一块放满元器件的中等尺寸的板子(33cmx40.6cm,1.25kg)。
当三个冷却区被配置达到慢的和快速的冷却率的时候,加热部分的温度曲线保持不变。
温度测量使用了一个标准的数据装置和新的标准的热电偶。
用紫外线可修整的粘胶把热电偶粘在二个代表板子最冷的和最热的位置的器件上。
先前就对这些元器件做过了一些评估。
无铅回流曲线的冷却斜率是以最高温度和200°C之间来计算取值的。
在当今使用典型的板子和现代的强制对流的回流回流炉时,冷却速率决定了焊料在液态的时间和冷却的速度。
本研究共使用三种板子,它们是铜有机(Cu-OSP)，无电镀的镍-金(ENIG)和渗锡(ImmSn)表层的板子。
板子基体材料包括玻璃化的,四功能化合物FR-4环氧基树脂,它具有175°C的玻璃化转变温度,厚度有0.81毫米。
焊接区域直径是0.56毫米。
所有对无铅做的回流模拟实验都使用了一种非洁净的有点粘的助焊剂。
助焊剂是用一个小模板手动刷到板子上的。
使用小镊子人工把焊球放置在板子上。
实验选用了63Sn/37Pb和95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu材料,0.76毫米的焊球。
回流曲线样品大小需要裁减以适合热量计(DSC)的大小。
热量计是一个在氮环境中工作的炉子。
每一组实验配置,无论无铅还是有铅焊料,每一个板子都跑8次同样的回流曲线。
每块板子上焊4个焊球。
每个曲线都用了Omega型号K的热电偶和可用紫外修整的粘结剂。
实验设计调查了焊料在液相上面的时间（60或90秒）,直线加热升温曲线(L),或经过升温、恒温浸润、再融化的温度曲线(RSS)对焊接力的影响和最高温度后的冷却速率的影响。
无铅的最高温度是244℃－245℃,有铅的最高温度是210℃－211℃。
无铅最快速的冷却速率是-2.5℃/sec,有铅最快速的冷却速率是-2.4℃/sec。
最慢的冷却速率两个都是-0.5℃/sec。
无铅冷却速率是从244℃-245℃最高点温度到200℃测量的。
有铅冷却速率的测量是从210℃-211℃最高点温度到165℃。
表1是有铅焊接回流回流曲线的参数,表2是无铅焊接回流回流曲线的参数。
表1 有铅组装回流回流曲线的参数表2 无铅组装回流回流曲线的参数模拟的曲线加热斜坡速率达到4℃/sec。
这是由于热量计炉(DSC)良好有效的热传导。
然而这个不会影响焊接的质量。
图1和2分别是典型的有铅和无铅焊球的切面图。
两个焊点都是良好浸润,典型的倒塌形状,且内部没有气孔。
图1典型的有铅焊球的切面图图2典型的无铅焊球的切面图所有无铅的温度曲线都达到了244℃的最高温。
冷却速率-0.5℃/sec。
最小达到液相的时间决定了曲线的形状。
冷却的时间等于54秒。
这个时间是以-0.5℃/sec的冷却速率从最高温244℃到217℃计算的。
因此,为了要达成一个TAL60秒的曲线,升温段的时间应该是6秒,这在DSC中不可达到。
在线性和RDD曲线中观察到,TAL分别等于77和79秒。
相同的情形在表1有铅的模拟中也存在。
焊接强度的剪切力测试在回流模拟之后,焊接的剪切力使用了Instron材料测试机器来测量。
测试头的最大测试负荷100牛顿，速度是0.5毫米/分钟。
测试设备使用了一个小探头装置,它可以平行电路板来推动焊球。
为了要进行该测试,小的板子被粘到一个比较大的电路板上。
见图3。
图3 焊球的剪切力测试实验装置该测试符合联合电子设备工程会议标准中的JESD22-B117"BGA球剪力"标准。
每种材料及参数的实验都有十六个焊球被切和取值，而且对最大剪切破坏力的收集是自动完成的。
截面取样和电子扫描显微镜SEM分析为了要在焊接里面分析微观组织结构变化和金属间化合物层的形成,每个小组的样品都要用显微镜和电子扫描显微镜做截面分析。
经过碾磨和抛光到4000 FEPA或1200砂砾级,再用以矾土为基础的胶质悬浮粒继续磨光。
使用二种酸性溶液的清洗方法再来看金属间化合物层的结构。
一种溶液是由一份浓盐酸和九份甲醇混合而成。
磨好的样品在室温下在溶液中浸30秒。
另一种溶液由4份丙三醇,一份冰乙酸和一份浓硝酸混合而成。
样品在80℃的溶液中浸20秒。
老化研究对有Cu-OSP表面完成和95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu和63Sn/37Pb的焊球的样品做了老化研究。
样品采用了升温,恒温浸润,再融化的温度曲线(RSS)。
具有90秒的液相时间,慢的和快速的两种冷却速率。
表3中列出了测量的曲线数据。
表3老化实验中的回流曲线用每个曲线都做20个焊球,在125的恒温中老化500小时。
剪切力测试和切面实验都是采用先前文章提到的相同的方法做出来的样品。
结果和讨论在强制对流炉中的冷却率根据板子的类型，大小,元器件类型和位置,冷却的速率可以在加热后观察到。
用强制对流炉做两个不同冷却速率的曲线。
研究的是一块典型的电脑主板。
温度最底的是QFP的领引，最热器件是一个电阻0603。
使用相等的温区设置和传送带速度,直接比较冷却的速率，TAL和ΔT是可能的。
图4就是一个慢冷却率的曲线。
图5用是一个快速冷却率的曲线。
图4慢冷却率曲线在最热和最冷的元器件上的表现图5快速冷却率曲线在最热和最冷的元器件上的表现上述的情行中冷却速率从两个重要方面影响了回流工艺。
那就是TAL和ΔT。
ΔT由于板子在最后一个回流温区之后还保持的潜在的热能而被影响。
对于快速的冷却速率,热能被驱散到炉子中,而很少留在板子中。
这就使板子能够快速冷却,同时没有内部热能残留在板子中的现象发生。
对于慢的冷却速率,板子内部残留热能会释放到环境中,和快速的冷却速率比起来,会使板子和看似冷却的元器件继续保持一段高温的时间。
虽然在二个曲线之间的ΔT中的不同只有0.5℃,但是对于要求苛刻的无铅工艺窗口还是有很明显的影响的。
保持加温部分曲线不变,改变冷却速率会直接影响TAL。
确认板子上最热和最冷的器件之后,在表4中列出了在特别的测试工具得到的冷却速率的范围。
表4总结了对二个曲线的分析结果控制冷却的速率可以用来更好的精调回流工艺。
通过识别和孤立那些发挥影响力的回流参数,就可以分析单个工艺参数的影响力。
在这项研究中，TAL，冷却速率和ΔT对无铅工艺的影响被通过对焊接质量，强度和动力学上的分析而进一步展现在大家面前。
冷却速率在金属化合物形成中的影响有铅焊接会形成一层富含锡铅的合金结构,见图6。
该焊球使用的回流.图6在冷却速率-2.4℃/sec时,ENIG镀层上锡铅焊接处的微观构造曲线是RSS和90秒的TAL。
较黑部分是含有大量的锡,明亮的区域含有大量的铅。
用能源分散X光设备(EDX)来分析这些元素。
金属间化合物由于PCB板子表面的不同而不同。
对于ENIG表面,金属间化合物主要是Ni3Sn4。
表现为结晶状或针状。
对于铜有机(Cu-OSP)和渗锡(ImmSn)的表面,金属间化合物主要是Cu6Sn5。
锡铅焊料会和Cu-OSP及锡表面反应,产生两种金属间化合物,一种是Cu6Sn5在靠近焊料的一边,另一种是Cu3Sn在靠近铜的一边。
Cu3Sn 是连续的一层,而Cu6Sn5是象针状物的结构。
在这项切面的样品研究中只观察到有Cu6Sn5。
甚至500个小时125℃的老化后,也没有观察到Cu3Sn。
图7中可以看到共晶的无铅合金含有大量锡的颗粒和锡银结构的区域。
焊球使用的回流曲线是RSS和60秒的TAL。
较黑部分主要是锡,明亮的区域含有大量的锡和银。
图7Sn/Ag/Cu焊料在渗锡表面板子(ImmSn)上的微观构造,冷却速率为-0.5(C/sec)这些金属间化合物也会根据板子表面的金属镀层的改变而改变。
对于无电镀的镍-金(ENIG),金属间化合物主要是Ni3Sn4。
这一层化合物较厚且粗糙而有规则。
对于铜有机物镀层板子(Cu-OSP)和渗锡表面板子,可以观察到主要是Ag3Sn和Cu6Sn5。
不看特殊板子的表面镀层，可以观察到较大的Ag3Sn化合物被附在Cu6Sn5或Ni3Sn4的分界面。
图8举例说明了大块焊料中的Cu6Sn5颗粒。
该切面焊球样品使用的回流曲线是RSS,60秒的TAL和-0.5℃/sec的冷却速率。
图8 Sn/Ag/Cu焊料(大块部分)在渗锡表面板子(ImmSn)上的微观构造冷却速率对大块无铅焊料中的金属化合物的影响已经是很明确了。
进一步对金属化合物的量的分析,可以得出从冷却速率-0.5℃/sec到-2.5℃/sec,呈现出下降的趋势。
包括图7中的Ag3Sn和图8中的Cu6Sn5。
这和早先的结论是一致的。
本项目还详细地研究了板子焊接处的表层材料和各个参数的相互作用影响，以及老化对剪切力和金属间化合物形成的影响力。