回流焊曲线讲解--FLASH

SMT回流焊曲线讲解
PE Team 2009.06.05
目录
回流焊接的定义 测试回流曲线的意义 锡膏的回流过程 常见回流曲线分区及其作用 如何来设定炉温曲线 炉温曲线图解 常见回流曲线类型介绍 如何利用优化Profile 曲线来提高产品制程良率

回流焊接定义
回流焊接就是使用回焊炉提供一种加热环境,使欲焊接 的产品的焊锡膏受热融化,从而让表面贴装的元器件和PCB 焊盘通过焊锡膏合金可靠的结合在一起的一种焊接工艺. 回流焊接工艺到目前有两种加热模式,热风对流和红 外线加热.
常见炉温异常的排除方法
锡珠（SoldeБайду номын сангаас bead)
锡珠一般是一颗或一些大的焊锡球，通常出现在 片状电阻或电容旁边或密间距芯片引脚周围。 产生原因:锡膏印刷过量、被焊体可焊性差、升温 过慢等,过慢的升温速度，引起毛细管作用，将未 回流的锡膏回吸到元件下面，而后在回流期间， 这些锡膏熔融，这时由于不同面积的表面张力及 其差力的剪切力，这些液态锡被挤出并聚集在元 件旁边。 解决方案：适当提高升温斜率，分段尝试，直到 解决为止。
冷却区
理想的冷却区曲线应该 是和回流区曲线成镜像关系。 越是靠近这种镜像关系，焊点 达到固态的结构越紧密，得到 焊接点的质量越高，结合完整 性越好。此区推荐降温斜率1> slope <4度/秒,降温斜率越大 ,焊点越光亮,硬度也越大,容 易产生锡裂异常,降温斜率越 小,焊点越灰暗,硬度也越小, 影响产品外观.
测试回流曲线的意义
⑴测试Profile是为某种PCB装配确定正确的工艺设定。 ⑵检验工艺的连续性，以保证可重复的结果，通过观察 PCB在回流焊接炉中的实际温度（温度曲线），可以检验 和纠正炉子的设定，以达到最终产品的最佳品质。 ⑶保证最终PCB装配的持续质量，降低报废率，提高PCB生 产率和合格率。
反浸润（Dewetting) 反浸润，也叫反润湿或灯芯作 用。它是指焊锡在熔融后，并不 润湿被焊的两介质，只是依附在 其一。 发生原因:预热到熔融间的温度上 升过于平直，稍大的元件与不同 厚度的PCB 或偏厚的PCB 未与不 同元件做到衡温。 解决方案：优化Profile ，在原先 RTS 的基础上让175--183°C间保 留一小平台，使得材料与PCB 达 到共温。
结论
SMT炉温曲线的设置与优化，要根据产品性质、辅 料特性、设备性能等等的因素来综合进行！没有 最好，只有更好、更合适，关键在于要有方向感 地去尝试；归纳、比对、探讨与总结结果！
曲线图解
常见回流焊接炉温曲线
⑴升温--保温--回流（RSS）俗称”保温型温度曲线”
保温型温度曲线
升温--保温--回流（RSS）俗称“保温型温度曲线”。保 温区的唯一目的是减少或消除大的ΔT，保温应该在装配在 达到焊锡回，流之前，把装配上所有零件的温度达到均衡， 使所有的零件同时回流。适用于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，造成不充分的润湿。开始以一个陡坡升 温，在90秒内达到150°C，最大速率可达，2~3°C/秒， 随后在150~170°C间，将装配保温90秒，保证所有类型元 件都达到横温，保温区后，进入回流区，在183°C以上回 流60（+/-15）秒。并在210~220°C的峰值阶段持续35~40 秒钟。最后冷却速率控制在4°C/秒左右。一般，较快的冷 却速率可得到较小的颗粒结构和较高的强度和较亮的焊点， 可是超过4°C/秒会引起温度的冲击，应该避免！
活性区
该区有时叫做浸湿区， 这个区一般占加热通道的 33-50%，它有两个功用，第 一是将PCB在相当稳定的温 度下感温，允许不同质量的 元件在温度上同质，减少它 们的相对温差。第二个功能 是，允许助焊剂活性化，挥 发性物质从锡膏中挥发。一 般普遍的活性温度范围是 120~150°C。
回流区
有时叫做峰值区或最后升温区。 这个区的作用是将PCB装配的温度从 活性温度提高到所推荐的峰值温度。 活性温度总是比合金的熔点温度低 一点，而峰值温度总是在熔点上。 典型的峰值温度范围是有 铅:205~230°C，无铅:230~250°C, 这个区的温度设定太高会使其温升 斜率超过每秒2~5°C，或达到回流 峰值温度比推荐的高。这种情况可 能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损， 并损害元件的完整性。
空洞（Voiding) 空洞，指的是在正常的锡点内存在的气泡或杂 质的空隙。空洞缺陷用目视检查法是比较困难的， 通常使用X--RAY 或5D/3DX 进行切片分析后可以 得到论证。 空洞引起的危害也是非常大的，空洞达到一定 尺寸后容易引起锡裂，小型的空洞也会降低产品 的使用稳定性。 发生原因:不当使用RSS 保温类型曲线，过长的恒 温时间，反复氧化。 解决方案：降低Profile 起始温度，适当使用RTS 温度曲线，缩短恒温时间到最小，减少二次氧化 概率，减少清氧残渣。缩短预热到回流的时间， 普通的产品可以将炉温曲线从预热到熔融优化成 接近直线的曲线，意其预热--共温--润湿--共晶连 续直线完成，但不建议其斜率超过2.5°C/S


4. 这个阶段最为重要，当单 个的焊锡颗粒全部熔化后，结 合一起形成液态锡，这时表面 张力作用开始形成焊脚表面， 如果元件引脚与PCB焊盘的间 隙超过4mil，则极可能由于表 面张力使引脚和焊盘分开，即 造成锡点开路。 5. 冷却阶段，如果冷却快，锡 点强度会稍微大一点，但不可 以太快而引起元件内部的温度 应力
设定锡膏回流温度曲线方法
1.制作温度曲线第一个需要考虑的参数是传输带的速 度，该设定将决定PCB在加热通道所花的时间。 常规的锡膏制造厂参数要求3~4分钟的加热曲线，用总 的加热通道长度除以总的加热感温时间，即为准确的传输 带速度，例如，当锡膏要求四分钟的加热时间，使用六英 尺加热通道长度，计算为：6 英尺 ÷ 4 分钟 = 每分钟 1.5 英尺 = 每分钟 18 英寸。 2.制作温度曲线第二个需要考虑的参数是各个区的 温度设定，相临两个温区的设定温差不能超过60°C,单个 温区的最高温度—有铅产品不能超过280°C,无铅产品不 能超过300°C. 3.设置好炉温,待炉温达到预设温度后,使用相关测 温板和测温仪器进行测试,每项参数必须符合相关产品的 工艺要求,如果达不到相关工艺要求需要从新优化.

常见回流曲线分区及其作用
常规的曲线由四个部分或区间组成，分别是预热区,恒温 区,融锡区和冷却区,其中,前面三个区都是加热区、最后一个 区为降温区。炉子的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更 准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流, 达到理想的焊接效果.
预热区
也叫斜坡区,用来将PCB 的温 度从周围环境温度提升到所须的 活性温度.在这个区,产品的温度 须以0.5~3°C/sec 的速度连续 上升。温度升的太快会引起某些 缺陷，如陶瓷电容的细微裂纹； 溶剂来不及挥发，造成slump 效 应，此时锡膏尚为固态状态，加 上助焊剂成为一固、液态混合物， 锡珠和坍塌效应比较容易产生， 而温度上升慢，锡膏会感温过度， 炉的预热区一般占到整个加热通 道长度的25~33%此段温度点主要 取决于溶剂的挥发温度以及松香 的软化点。
桥接（Bridge)
桥接，俗称短路，它是指原本 不相导通的两个或几个电极或电 路由于种种原因相互导通了。 发生原因:也是多种多样的。过快 的预热升温斜率。温度与锡膏的 自身粘度是成正比的，过快的升 温斜率，使得锡膏粘度在瞬间减 低，引起塔陷；同时也容易因为 锡爆而短路。 解决方案：保证炉温在预热区的 斜率控制在0.5-3.0°C/S
不浸润（Poor wetting) 不浸润，也叫润湿不良或润湿不均匀。 总锡量正常，但未充分润湿焊盘或被 焊者的焊接面，它也是有多种原因造 成的,炉温曲线方面体现在:回流时间过 长，或过于平缓的冷却斜率。回流时 间过长及降温时间过长、斜率过慢， 都容易引起二次氧化，从而导致成品 焊点光洁度不够、甚至浸润不良。 解决方案：一般目前常用的锡膏和炉 温都将合金熔点以上的回流时间控制 在60--90秒之间，冷却速率控制在 4°C/S以下，基本上绘制的炉温曲线 通过最高Peak 顶点画射线为抛物线中 心线，则回流区的上升曲线与冷却的 下降曲线成镜象线即可。
锡膏的回流过程
当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段
1. 用于达到所需粘度和丝 印性能的溶剂开始蒸发 ，温度上升必需慢(大约 每秒3° C)，以限制沸 腾和飞溅，防止形成小 锡珠，还有，一些元件 对内部应力比较敏感， 如果元件外部温度上升 太快，会造成断裂.

2.助焊剂活跃，化学清洗行动 开始，水溶性助焊剂和免洗 型助焊剂都会发生同样的清 洗行动，只不过温度稍微不 同。将金属氧化物和某些污 染从即将结合的金属和焊锡 颗粒上清除。好的冶金学上 的锡焊点要求“清洁”的表 面。 3.当温度继续上升，焊锡颗粒 首先单独熔化，并开始液化 和表面吸锡的“灯草”过程 。这样在所有可能的表面上 覆盖，并开始形成锡焊点。
锡球（Solder Ball) 锡球一般是一些大的焊锡球，通常出现在 焊盘边沿，它跟锡珠是有本质区别的，锡珠 往往只有一颗出现在CHIP件等的本体边上， 而锡球往往有好几颗，而且是在焊盘旁或测 试点上. 发生原因:过快的升温速度，导致锡膏内助焊 成分及少许水分来不及挥发，在进入熔融阶 段导致锡爆产生，微小的融金颗粒爆离在焊 盘周围，而后有牵引力和张力使其聚拢，形 成锡珠。 解决方案：适当降低升温斜率，拉长预热时 间，分段尝试，直到解决为止。
常见回流焊接炉温曲线
⑵升温--到--回流（RTS）俗称“帐篷型温度曲线”
帐篷型温度曲线

升温--到--回流（RTS）俗称 “帐篷型温度曲线”,RTS可用 于任何化学成分及合金，为水溶锡膏和难于焊接的合金与零 件所首选，而且随着电子装配趋势的发展，微型、甚至超微 型电子的普遍推广，RTS是必然的首选，如果PCB上存在 较大ΔT，例如电源板的变压器、众多的连接器，或工序中 使用了夹具或效率低的回流焊炉，那么RTS可能不为适当的 温度曲线选择。简单的说，RTS是一条从室温到回流峰值的 温度渐升曲线，RTS曲线升温区是预热，在这里助焊剂被激 化、挥发物被挥发、并防止温度冲击，RTS典型的升温速率 为0.6~1.8°C/秒。升温的最初的90秒应尽可能保持线性。